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El gas es un estado extraño de la materia: los Gases adoptan la forma del recipiente en el que se encuentran y no tienen un volumen fijo. Por ello, todos los Gases se comportan de forma diferente e imprevisible, y no existe una ecuación única que pueda describir el comportamiento de todos los…
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Jetzt kostenlos anmeldenEl gas es un estado extraño de la materia: los Gases adoptan la forma del recipiente en el que se encuentran y no tienen un volumen fijo. Por ello, todos los Gases se comportan de forma diferente e imprevisible, y no existe una ecuación única que pueda describir el comportamiento de todos los gases en todas las condiciones de presión y temperatura. Entonces, para facilitar las cosas, se necesita un gas de referencia que se comporte exactamente como se predice, en todas las condiciones. Así, se parte de un gas teórico, llamado gas ideal.
A continuación, veremos la Ley de los Gases Ideales.
Un gas ideal es un gas hipotético que sigue la Ley de los Gases Ideales en todas las condiciones de temperatura y presión.
Por otra parte, todos los gases que existen en el medio ambiente son gases reales. Estos siguen la Ley de los Gases Ideales solo en condiciones de alta temperatura y baja presión.
Por tanto, ¡el gas ideal no es un gas real! (juego de palabras).
La Ley de los Gases Ideales, también denominada ecuación general de los gases, explica el comportamiento de los gases ideales. Su fórmula es
Donde:La ecuación dada por la Ley de los Gases Ideales es una ecuación de estado, ya que es una expresión matemática que describe el comportamiento del gas, relacionando variables de estado como la presión, temperatura y el volumen.
Se utilizan diferentes ecuaciones de estado de la materia para describir todos los tipos de materia: gases, líquidos, sólidos ¡e incluso plasma!
El plasma es el cuarto estado de la materia que está formado por partículas cargadas, como iones y electrones. ¿Sabías que las estrellas están formadas por plasma?
Ahora, apliquemos la ecuación de los gases ideales con un ejemplo sencillo:
Calcula el volumen de 1 mol de un gas ideal a 0°C y 1 atmósfera de presión.
Dada:
T = 0°C = 237 K
P = 1 atm
n = 1 mol
Sabemos que:
R = 0,082
PV = nRT
Por lo tanto, a 0°C y a una presión de 1 atmósfera, un gas ideal ocupa 22,4 litros.
El gas ideal es un gas teórico que se comporta de forma muy ideal. Ningún gas que exista en el medio ambiente se comporta perfectamente como un gas ideal, aunque algunos se acercan mucho a él en determinadas condiciones de temperatura y presión.
Dado que el gas ideal es un gas teórico, hay algunas suposiciones que se hacen para su comportamiento; estas se pueden considerar como las propiedades del gas ideal:
La colisión de las partículas entre sí o con la pared del recipiente son completamente elásticas, por lo que no hay fricción y la energía cinética permanece constante.
La distancia media entre las partículas es mucho mayor que el tamaño de las moléculas.
Las moléculas de gas son partículas puntuales, pequeñas, sólidas y esféricas; su tamaño es despreciable.
Las moléculas se mueven a altas velocidades, de forma completamente aleatoria.
Las partículas se desplazan constantemente hasta que chocan con otra partícula o con la pared del recipiente, ejerciendo una presión constante sobre este.
En un gas ideal no hay fuerza de atracción/repulsión entre las moléculas.
Los gases ideales no pueden cambiar de su estado gaseoso a líquido o sólido.
Cualquier gas que exista en la realidad es un gas real. Algunos gases se acercan al comportamiento de los gases ideales en algunas condiciones, pero nunca pueden ser perfectamente ideales.
Esto se debe a que:
En general, el comportamiento de los gases tiende a un comportamiento de gas ideal a altas temperaturas y bajas presiones. Por esto, los gases se desvían del comportamiento de los gases ideales a bajas temperaturas o altas presiones.
A temperatura y presión estándar, los gases puros de moléculas diatómicas (como El hidrógeno, El oxígeno, el Nitrógeno) y los gases nobles (como el Helio y el Neón) muestran un comportamiento cercano al de los gases ideales.
Estos gases se acercan al comportamiento ideal porque las moléculas son ligeras y pequeñas. Además, la distancia media entre las moléculas es mucho mayor que su tamaño. Por lo tanto, la interacción entre las moléculas es mínima.
Según la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), la temperatura y presión estándar (TPE, o STP por sus siglas en inglés) son 273,25K (0oC) y de 1 atm respectivamente. Aunque, en la Termodinámica se suele usar condiciones de temperatura ambiente, que en la química es una temperatura de 298 (25ºC).
Al no existir fuerzas de atracción intermoleculares entre las partículas de un gas ideal, este nunca puede cambiar su estado a líquido. Por el contrario, los gases reales pueden convertirse en líquidos, ya que en determinadas condiciones las fuerzas de atracción intermoleculares superan la energía cinética de las partículas y se unen para formar un líquido.
Aunque el gas ideal y el gas real parecen ser completamente diferentes, no olvidemos que ambos son gases y tienen algunas similitudes:
Similitudes | |
Gas ideal | Gas real |
Las partículas del gas ideal tienen energía cinética. | Las partículas del gas real también tienen energía cinética. |
Las partículas presentan un movimiento aleatorio. | Las partículas del gas real también presentan un movimiento aleatorio. |
La distancia entre las partículas es mucho mayor que su tamaño. | La distancia entre las partículas es mucho mayor que su tamaño a la mayoría de las temperaturas y presiones. |
La colisión de partículas es perfectamente elástica, es decir, el momento y la energía cinética de las partículas se conservan. | La colisión de partículas es perfectamente elástica, es decir, el momento y la energía cinética de las partículas se conservan. |
Podemos tabular todas las diferencias entre los gases ideales y los reales así:
Diferencias | |
Gas ideal | Gas real |
Sigue la ley de los gases ideales a todas las temperaturas y presiones. | Sigue la ley de los gases ideales solo a altas temperaturas y bajas presiones. |
Las partículas son puntuales y no ocupan espacio. | Las partículas tienen volumen y ocupan espacio. |
No hay interacción intermolecular en ninguna condición de temperatura y presión. | Las Fuerzas intermoleculares están presentes. Es despreciable a alta temperatura y baja presión, pero no despreciable a baja temperatura y presión. |
No se puede licuar. | Puede ser licuado. |
El tamaño de las partículas es despreciable en comparación con la distancia entre ellas. | El tamaño de las partículas no puede despreciarse en condiciones de baja temperatura y alta presión. |
El movimiento aleatorio de las partículas de un gas, como resultado de las colisiones con las partículas circundantes, se denomina movimiento browniano.
Algunos ejemplos de gases ideales son El hidrógeno, El oxígeno, el nitrógeno y los gases nobles como el helio y el neón. Estos gases muestran un comportamiento muy cercano al de los gases ideales en condiciones de temperatura y presión estándar (TPE).
Todos los gases que se encuentran en el medio ambiente son ejemplos de gases reales. Incluso el Hidrógeno, el Oxígeno y el Nitrógeno se comportan como gases reales a baja temperatura y alta presión, condiciones en las cuales estos gases se pueden transformar en líquidos.
Es importante recordar que el gas ideal es un gas teórico y, en un sentido estricto, no existe.
Los siguientes puntos te ayudarán a entender el comportamiento ideal de los gases reales que te rodean:
Imagina que hay un recipiente de gran volumen que contiene un gas real. La temperatura dentro del recipiente es alta.
El gas en el interior del recipiente tiene las condiciones adecuadas para comportarse como un gas ideal.
Por lo tanto, la presión de este gas puede determinarse mediante la ecuación del gas ideal:
Reordenando:
¿Te has preguntado alguna vez qué hace que el gas ejerza presión sobre el recipiente en el que se encuentra? Las partículas del gas siempre están chocando con las paredes del recipiente y rebotando entre él. Así, cada partícula ejerce una fuerza sobre el recipiente.
Recuerda que la presión es la fuerza por unidad de superficie. Por tanto, la presión del gas es la fuerza neta que se ejerce el gas sobre el recipiente por unidad de superficie.
Entre los gases reales, el helio es el que más se comporta como un gas ideal. Esto se debe a que el helio es un gas monoatómico, lo que significa que existe como un solo átomo y no como una molécula. Además, el átomo de helio es muy pequeño y tiene una capa de electrones externa completamente llena, lo que minimiza las interacciones intermoleculares.
Ahora, enfriemos el mismo recipiente a una temperatura muy baja. El volumen del recipiente es el mismo.
Observando la ecuación de la presión de la ecuación del gas ideal:
La temperatura está en el numerador. Por lo tanto, si reducimos la temperatura, la presión también debería reducirse.
Comparemos esto con lo que ocurre dentro del recipiente:
El comportamiento del gas ya no puede predecirse con exactitud mediante la ecuación del gas ideal y, por tanto, se dice que el gas se desvía del comportamiento del gas ideal.
Ahora, tomemos otro recipiente con la misma cantidad del mismo gas. La temperatura se ajusta a alta, igual que antes. Pero, esta vez el volumen del recipiente es pequeño; por "pequeño" queremos decir que el tamaño de las moléculas no es despreciable en comparación con el tamaño del recipiente.
Observando la ecuación de P de la ecuación del gas ideal:
Podemos ver que el volumen está en el denominador:
El comportamiento del gas ya no puede predecirse con exactitud mediante la ley de los gases ideales, y se dice que el gas se desvía del comportamiento de los gases ideales.
Por tanto, has aprendido que, en condiciones de baja temperatura o alta presión, el comportamiento de los gases reales tiende a desviarse del comportamiento de los gases ideales.
Los gases reales o no ideales no presentan las condiciones estándar de un gas ideal; especialmente aquellos que presentan una temperatura baja y una presión alta, y, por ende, tienen un comportamiento que se desvía de lo esperado, según la ley de los gases ideales.
Las moléculas de los gases reales sí ocupan un volumen finito y no despreciable del recipiente que las contienen; sus átomos y moléculas poseen fuerzas intermoleculares mediante las cuales sus átomos y moléculas interactúan.
Los gases ideales se caracterizan por que las moléculas que lo componen tienen un tamaño tan pequeño que es despreciable el volumen que ocupan dentro de un recipiente.
En un gas ideal, las fuerzas intermoleculares están ausentes, las moléculas se mueven aleatoriamente y a alta velocidad y las colisiones entre moléculas y con el recipiente son elásticas, sin fricción.
Un gas ideal es un gas hipotético o teórico que, si bien no describe de forma precisa a los gases reales ni existe en la naturaleza, sirve para generalizar y predecir su comportamiento; especialmente, en condiciones de baja presión y alta temperatura.
La fórmula del gas ideal PV = nRT relaciona la presión, el volunen, las moles y la temperatura de un gas ideal, teniendo en cuenta una constante R.
Podemos despejar cada una de estas variables en función de lo que queramos calcular.
P = nRT/V
V = nRT/P
n = PV/RT
T = PV/nR
El modelo de gas idea asume que:
Tarjetas en Gases Reales e Ideales14
Empieza a aprender¿Cuánto es 1bar en pascales?
105 Pa o 100kPa
¿Cuál es la fórmula de los gases ideales?
PV = nRT
Donde:
¿Dónde se puede encontrar el gas ideal en el medio ambiente?
En ninguna parte. El gas ideal es un gas hipotético que no existe en la naturaleza.
¿Qué gas real se comporta más como un gas ideal?
Helio
¿Qué significa TPE y cuales son sus valores?
TPE significa temperatura y presión estándar y sus valores correspondientes son T = 273,15K (°C) y P = 1 atm
Las colisiones de un gas ideal no son elásticas
Falso
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