Referencias

Aquí te dejamos, todas las referencias en las que se basa este blog.

Tippens, Paul; Fisica, conceptos y aplicaciones; 8a edición, Mc Graw-Hill, México:2009. 
http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/ens_3/portafolios/quimica/equipo3/index.htm
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/13/htm/sec_4.html

Experimento, Ley de los Gases

En este video se realiza un experimento sobre la Ley de Gay Lussac

Ley General de los gases

Visto anteriormente, La ley general del estado gaseoso es una combinación de las leyes del Boyle, Charles y Gay-Lussac, en la cual varían los tres parámetros (presión, volumen y temperatura).

Fig.1: Ley general de los gases

Ley de los gases a partir de la Teoría

En 1.857, el físico alemán R. Clausius desarrolló un modelo que pretendía explicar la naturaleza de la materia y reproducir su comportamiento. Se conoce como teoría cinéticomolecular, y fue desarrollada inicialmente para los gases. 
Con los siguientes postulados:

• Los gases están formados por partículas (átomos o moléculas) que se encuentran a grandes distancias en comparación con su tamaño, por lo que, la mayor parte del volumen ocupado por un gas es espacio vacío.
• La moléculas están en un continuo movimiento aleatorio. Se desplazan en línea recta.
• Las fuerzas atractivas de cohesión entre las moléculas, o fuerzas intermoleculares, son muy débiles o nulas.
• La temperatura es proporcional a la energía cinética media de las moléculas y, por tanto, a la velocidad media de las mismas. ( Ec = 1/2 m .v 2 )
• La presión ejercida por un gas es proporcional al número de choques por unidad de superficie de las moléculas contra las paredes del recipiente que lo contiene. 

Ley de Charles:

Fig.1 El V el directamente proporcional a la T.

A presión constante el volumen de un gas aumenta al aumentar la temperatura absoluta.(Fig.1)

Ley de Gay-Lussac
Al volúmen constante la presión de un gas aumenta al aumentar la temperatura. (Fig.2)

Fig.2 La P es directamente proporcional a la T.

Ley de Boyle:
Cuando la temperatura se mantiene constante existe una relación inversa con la presión y el volumen, si la presión aumenta el volumen disminuye y viceversa. (Fig.3)

Fig.3 la presión de un gas por su volumen es constante.

Ecuaciones de la Presión y Temperatura

En general, el volumen de cualquier sustancia sólida, líquida o gaseosa viene determinado por la presión y la temperatura a la cual se halla dicha sustancia. Existe una relación matemática entre el volumen, la presión y la temperatura para una cantidad dada de materia; esta relación se denomina ecuación de estado y, en general, se simboliza por: V = V( n, R, T). (Fig.1)

Fig.1 Ecuación de la Presión

donde P es la presión; N, el número de moléculas o átomos; V, el volumen ocupado; m, la masa de una partícula, y v, la velocidad cuadrática media de las moléculas o los átomos del gas.

De acuerdo con esta expresión se puede observar cómo la presión P de un gas depende de la concentración molecular N/ V, de la masa m de las moléculas de gas y del cuadrado de la velocidad media con la que éstas se desplazan. (Fig.2)

Fig. 2 Ecuación 

La energía cinética media 

de traslación de cada molécula es, según las leyes de la física:

Aislando el término de la velocidad al cuadrado, v2 = 2· E_c/ m, y sustituyéndolo en la expresión de la presión, P, encontrada en el apartado anterior, se obtiene: (Fig.4)

Fig.4: Ecuación aislando la velocidad y sustituyéndola en la Presión

y como N = n · N_A, donde N_A es el número de moléculas por mol, llamado número de Avogadro ( N_A = 6,022·10 23) se puede encontrar la energía cinética por molécula a partir de la siguiente ecuación.(Fig.5)

Fig.5 Ecuación de la Ec.

Una mol de cualquier gas a 1 atm de presión y 273,15 K de temperatura ocupa un volumen de 22,4 l; sustituyendo estos valores en la expresión de  R se obtiene un valor de 0,082 atm·l·K  −1 ·mol −1, o 8,313 J·K −1·mol −1 en el sistema internacional de unidades. 

La presión es siempre proporcional a la densidad de energía (Energía de la Unidad de Volumen). Independientemente de qué energía se trate. Esto se pone en evidencia si se analizan las dimensiones de la presión.(Fig 6)

Fig.6 Ecuacón

Movimiento Browniano

El movimiento browniano es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas nanoscópicas que se hallan en un medio fluido, por ejemplo:el polen en una gota de agua.
El movimiento aleatorio de estas partículas se debe a que su superficie es bombardeada incesantemente por las moléculas del fluido sometidas a una agitación térmica. Este bombardeo a escala atómica no es siempre uniforme y sufre variaciones estadísticas importantes. Así la presión ejercida sobre los lados puede variar ligeramente con el tiempo provocando el movimiento observado.(Ver Fig. 1 y 2) 

Fig. 1 Demuestra el bombardeo incesante de las moléculas.

Fig.2 Demuestra las variaciones estadísticas y del tiempo del movimiento.

DATO CURIOSO:
Robert Brown lo describe en 1827. En 1785, el mismo fenómeno había sido descrito por Jan Ingenhousz sobre partículas de carbón en alcohol.

Teoría de los Gases

La teoría cinética molecular se basa en el movimiento de sus partículas microscópicas. Un gas que se comporta de acuerdo a la teoría cinética-molecular, se conoce como gas ideal.

Postulados:

1.- Los gases están formados por partículas microscópicas.

2.- Las partículas están muy separadas por lo que el volumen de un gas es espacio vacío.

3.- Las partículas de un gas se mueven en línea recta, en todas direcciones chocando entre si y con las paredes del recipiente que lo contiene.

4.- Al chocar las partículas no pierden energía, los choques son elásticos.

5.- La energía cinética promedio de las partículas es igual a todos los gases a la misma temperatura y su valor es directamente proporcional a la temperatura Kelvin.

Fig.1: Muestra que los gases están formados de partículas microscópicas

Fig.2 Esta imagen expresa la diferencia de espacio intramolecular entre los sólidos, los líquidos y los gases.