El estudio de los gases comprende el análisis de la materia cuando está en estado gaseoso, que es su estado termodinámico más simple.

Un gas está compuesto de átomos y moléculas y en este estado físico, un sistema tiene poca interacción entre sus partículas.

Debemos tener en cuenta que un gas es diferente del vapor. Por lo general, consideramos un gas cuando la sustancia está en estado gaseoso a temperatura y presión ambiente.

Las sustancias que están en estado sólido o líquido en condiciones ambientales cuando están en estado gaseoso se denominan vapor.

Variables de estado

Podemos caracterizar un estado de equilibrio termodinámico de un gas a través de las variables de estado: presión, volumen y temperatura.

Cuando conocemos el valor de dos de las variables de estado, podemos encontrar el valor de la tercera, porque están interrelacionadas.

Volumen

Como existe una gran distancia entre los átomos y las moléculas que forman un gas, la fuerza de interacción entre sus partículas es muy débil.

Por lo tanto, los gases no tienen una forma definida y ocupan todo el espacio donde están contenidos. Además, pueden estar comprimidos.

Presión

Las partículas que forman un gas ejercen fuerza sobre las paredes de un contenedor. La medida de esta fuerza por unidad de área representa la presión del gas.

La presión de un gas está relacionada con el valor promedio de la velocidad de las moléculas que lo componen. Por lo tanto, tenemos una conexión entre una cantidad macroscópica (presión) y una microscópica (velocidad de partículas).

Temperatura

La temperatura de un gas representa la medida del grado de agitación de las moléculas. Por lo tanto, la energía cinética traslacional promedio de las moléculas de un gas se calcula midiendo su temperatura.

Usamos la escala absoluta para indicar el valor de temperatura de un gas, es decir, la temperatura se expresa en la escala Kelvin.

Gas ideal

Bajo ciertas condiciones, la ecuación de estado de un gas puede ser bastante simple. Un gas que cumple con estas condiciones se llama gas ideal o gas perfecto.

Las condiciones necesarias para que un gas se considere perfecto son:

  • Estar compuesto de una gran cantidad de partículas en movimiento desordenado;
  • El volumen de cada molécula es insignificante en relación con el volumen del recipiente;
  • Las protuberancias son elásticas de muy corta duración;
  • Las fuerzas entre las moléculas son insignificantes, excepto durante las colisiones.

De hecho, el gas perfecto es una idealización del gas real, pero en la práctica a menudo podemos usar esta aproximación.

Cuanto más se aleje la temperatura de un gas de su punto de licuefacción y se reduzca su presión, más cerca estará de un gas ideal.

Ecuación general de gases ideales.

La ley de los gases Los ideales o la ecuación de Clapeyron describen el comportamiento de un gas perfecto en términos de parámetros físicos y nos permiten evaluar el estado macroscópico del gas. Se expresa como:

P.V = n.R.T

Ser

P: presión de gas (N / m2)
V: volumen (m3)
n: número de moles (mol)
R: constante de gas universal (J / K.mol)
T: temperatura (K)

Constante de gas universal

Si consideramos 1 mol de un gas dado, el producto a presión puede encontrar la constante R con el volumen dividido por la temperatura absoluta.

Según la ley de AvogadroEn condiciones normales de temperatura y presión (la temperatura es de 273,15 K y la presión de 1 atm) 1 mol de un gas ocupa un volumen igual a 22,415 litros. Así tenemos:

Haciendo las transformaciones adecuadas, también podemos expresar la constante del gas como:

R = 8.314 J / K.mol o 1.986 cal / k.mol

Ejercicios resueltos

1) UERJ – 2016

Para describir el comportamiento de los gases ideales en función del volumen V, la presión P y la temperatura T, se pueden utilizar las siguientes ecuaciones:

Según estas ecuaciones, la relación es aproximadamente igual a:

Aislando el valor de R en la primera ecuación y el valor de k en la segunda ecuación, podemos determinar la relación R / k:

Considerando que el número de moléculas es igual al producto del número de moles por la constante de Avogadro (6. 1023), tenemos:

N = n. 6.1023

Sustituyendo en la expresión anterior, encontramos:

Alternativa: d) 6.1023

2) UFPR – 2014

La ecuación general del gas ideal es una ecuación de estado que correlaciona presión, temperatura, volumen y cantidad de materia, y es una buena aproximación al comportamiento de la mayoría de los gases.

Los ejemplos descritos a continuación corresponden a las observaciones realizadas para una cantidad fija de materia gaseosa y dos variaciones de parámetros. Numere las representaciones gráficas relacionándolas con las siguientes descripciones.

1. Al llenar un globo con gas helio u oxígeno, el globo tendrá el mismo tamaño.
2. Al inflar un neumático de bicicleta, se requiere una presión mayor que la de un automóvil.
3. La cocción de alimentos es más rápida a presiones más altas.
4. Un baloncesto de verano completo probablemente se verá más vacío en invierno, incluso si no hay fugas de aire.

Marque la alternativa que presenta la secuencia correcta en la numeración de representaciones gráficas.

a) 1 – 3 – 4 – 2.
b) 2 – 3 – 4 – 1.
c) 4 – 2 – 1 – 3.
d) 4 – 3 – 1 – 2.
e) 2 – 4 – 3 – 1.

El primer diagrama está relacionado con la declaración 2, porque para inflar el neumático de la bicicleta, que tiene un volumen menor que el neumático de un automóvil, necesitaremos más presión.

El segundo diagrama representa la relación entre temperatura y presión e indica que cuanto mayor es la presión, mayor es la temperatura. Por lo tanto, este gráfico está relacionado con la declaración 3.

La relación entre volumen y temperatura en el tercer diagrama está relacionada con la declaración 4, porque en invierno la temperatura es más baja y el volumen también es más bajo.

Finalmente, el último gráfico está relacionado con el primer enunciado, porque para un volumen dado tendremos la misma cantidad de mol, sin depender del tipo de gas (helio u oxígeno).

Alternativa: b) 2 – 3 – 4 – 1

Física