Presión de un gas

Para poder comprender las leyes que rigen los cambios en los gases cuando existen cambios en la temperatura o presión, necesitamos saber más acerca de esta última. La presión se define como fuerza la fuerza por unidad de área. Por ejemplo usted puede llenar las llantas su auto a 32 lb/pilg2 (libras (fuerza) por pulgada cuadrada).

Manejaremos tres variables el volumen la temperatura y  la presión.

El impacto de las moléculas sobre las paredes del recipiente que contiene el gas es lo que origina la presión (con la cámara de aire). A mayor frecuencia de las colisiones, mayor presión del gas. A meno frecuencia de las colisiones menor presión del gas. 

Todos los gases ejercen al menos una pequeña presión. Aun los gases de la atmósfera (principalmente nitrógeno, el oxígeno y una pequeña cantidad de argón, además de cantidades pequeñas de otros gases) ejercen sobre “su recipiente”.

Presión: fuerza por unidad de área, ya sea que se exprese como libras por pulgada cuadrada (psi), centímetros de mercurio (cm Hg), milímetros de mercurio (mm Hg), torr, pulgadas de mercurio (pulg. Hg), atmosferas (atm), pascales (Pa) o milibares (mbar).

Barométrica.

Se define como la fuerza (F) ejercida sobre determinada superficie (A). En el caso de la atmosfera; esta capa gaseosa ejerce presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre.

La presión atmosférica se mide con barómetro de mercurio, que fue diseñado en 1643 por el matemático y físico italiano evangelista Torricelli (1608-1647). Su barómetro estaba formado por un largo tubo de vidrio cerrado en un extremo, lleno de mercurio, he invertido por el extremo abierto sobre un recipiente de mercurio. A nivel del mar el tubo se llegaba a una altura de 76.0 cm.

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En repetidas ocasiones los experimentos con tubos de diferentes diámetros revelaron un fenómeno importante: sin importar el diámetro del tubo, el nivel de mercurio llegaba a 76 cm. Para comprender esto utilizamos un tubo cerrado con un diámetro de 1.13 cm. El volumen del mercurio dentro del tubo a nivel del mar seria 76.0 cm x 1.00cm2 = 76 cm23.

Manométrica.

Se usan utilizan diversos dispositivos para medir las presiones de gases encerrados en un recipiente. Los sencillos medidores que se emplean para medir la presión del aire en las llantas de los automóviles indican presiones mayores y menores a la presión atmosférica.

En los laboratorios un dispositivo sencillo llamado manómetro, cuyo principio de operación es similar al del barómetro.

En la figura a) se ilustra un manómetro de tubo cerrado, dispositivo que para medir presiones inferiores a la presión atmosférica.

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Leyes de los gases

A modo de recordatorio. ¿Cuáles son los estados de la materia?: sólido, líquido y gaseoso, que dependen de la presión y de la temperatura a la que se encuentran sometidos.

Distintas materias, distintas fuerzas de cohesión molecular.

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En el estado sólido la fuerza de cohesión de las moléculas hace que estas estén muy próximas unas de otros con escaso margen de movimiento entre ellas.

En el estado líquido esta fuerza de cohesión molecular es menor lo cual permite mayor libertad de movimiento entre ellas.

En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas es muy pequeña, prácticamente nula,  lo cual permite que estas se muevan libremente y en todas direcciones.

Antes de entrar de lleno en el estudio de las leyes que explican el comportamiento de los gases, veamos cómo influyen en este los eventos físicos que los alteran y que son: temperatura, presión y volumen, además de la cantidad de que se trate.

 Temperatura

La temperatura (T) ejerce gran influencia sobre el estado de las moléculas de un gas aumentando o disminuyendo la velocidad de las mismas. Para trabajar con nuestras fórmulas siempre expresaremos la temperatura en grados Kelvin. Cuando la escala usada esté en grados Celsius, debemos hacer la conversión, sabiendo que 0º C equivale a + 273,15 º Kelvin.

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1 atm es igual a 760 mmHg de presión.

Presión

En Física, presión (P) se define como la relación que existe entre una fuerza (F) y la superficie (S) sobre la que se aplica, y se calcula con la fórmula

Lo cual significa que la Presión (P) es igual a la Fuerza (F) aplicada dividido por la superficie (S) sobre la cual se aplica.

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En nuestras fórmulas usaremos como unidad de presión la atmósfera (atm) y el milímetro de mercurio (mmHg), sabiendo que una atmósfera equivale a 760 mmHg.

Volumen

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Recordemos que volumen es todo el espacio ocupado por algún tipo de materia. En el caso de los gases, estos ocupan todo el volumen disponible del recipiente que los contiene.

Hay muchas unidades para medir el volumen, pero en nuestras fórmulas usaremos el litro (L) y el milílitro (ml). Recordemos que un litro equivale a mil milílitros:

1 L = 1.000 mL

También sabemos que 1 L equivale a 1 decímetro cúbico (1 dm3) o a mil centímetros cúbicos (1.000 cm3) , lo cual hace equivalentes (iguales) 1 mL con  1 cm3:

1 L = 1 dm3 = 1.000 cm3 = 1.000 mL

1 cm3 = 1 mL

Ley de Boyle 

Esta ley establece que a temperatura constante el volumen de una masa fija de un determinado gas es inversamente proporcional a la presion es decir si se duplica la presión el volumen se reducira a la mitad. Esta ley nos dice también en resumidas palabras quea temperatura constante el volumen de una masa fija es inversamente proporcional.

Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.

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Fórmula: P1V1=P2V2

P= Presión
V= Volumen 

LEY DE CHARLES

A presión constante, el volumen que ocupa una muestra de gas es directamente proporcional a las temperaturas absolutas que soportan.

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Formula: 

V1/T1 = V2/T2 

          

           V1= Volumen.      V2 = volumen

        T= Temperatura.    T1 = temperatura

     Primer paso: Identificar los datos que se dan en el enunciado.

     Segundo paso: Conocer cuál es la incógnita o interrogante

     Tercer paso: Despejar V2 de la expresión: V1/T1 = V2/T2, quedando así:     V2= V1.T2   /T2

     Cuarto paso: Transformar °C a K, de la siguiente manera:  °C+273 

Finalmente: se sustituyen los valores y se realiza el calculo matemático.

Ley de Gay-Lussac 

Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.

Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.

La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.

•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:

Es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

Ejemplo:

Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T1 = (25 + 273) K= 298 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación: 

970 mmHg		760 mmHg
------------	=	------------
298 K		T2

970 mmHg

760 mmHg

------------

=

------------

298 K

T₂

Si despejas T₂ obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo que es lo mismo -39.5 °C.

Ley combinada de los gases 

Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares. Se puede visualizar como una colección de esferas perfectamente rígidas que chocan unas con otras pero sin interacción entre ellas. 

Obtenida de:https://upload.wikimedia.org

En tales gases toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura.

Un gas ideal se caracteriza por tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura absoluta (T).

Fórmula:

(P1) (V1)/TI= (P2) (V2)/T2

La ley general de los gases o ley combinada dice que una masa de un gas ocupa un volumen que está determinado por la presión y la temperatura de dicho gas. Estudia el comportamiento de una determinada masa de gas si ninguna de esas magnitudes permanece constante.’

La ecuación de los gases ideales

Fue Gay - Lussac quien unifico las tres leyes: la ley de Boye Mariotte y las dos leyes de Gay Lussac, enunciando la ecuación general de los gases. Nos da la relación entre la presión volumen y temperatura de una determinada masa de gas.

Esta ecuación general de los gases ideales globaliza las tres leyes estudiadas en una sola ecuación, que nos indica que:

 donde R

                 

Utilizando R la ecuación de estado de los gases para 1 mol de sustancia quedará:

Ley  de Dalton de las presiones parciales 

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Cuando se colocan en un recipiente varios gases que no reaccionan entre sí, las partículas de cada gas chocan contra las paredes del recipiente, independientemente de la presencia de los otros gases.

Esta ley dice: “la presión total de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de los gases que la componen”

La mayoría de los gases son insolubles al agua, por lo que en el laboratorio se obtienen fácilmente con el método de desplazamiento del agua. Por tanto para calcular la presión del gas seco, es necesario conocer la presión del vapor de agua a esa temperatura.

Para terminar, si deseas poner  en practica lo anterior, haz click aquí  encontrar ejercicios  con las leyes antes mencionadas 

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Aplicaciones

PRACTICA DEPORTIVA

Los seres humanos suelen vivir en distintos lugares. Algunas ciudades se encuentran situadas sobre el nivel del mar, y otras a diferentes alturas sobre el nivel del mar. A pesar de que en la mayoría de los casos es imperceptible, el aire de la atmósfera presenta un determinado "peso", que se traduce en una presión denominada atmosférica. A nivel del mar la presión atmosférica es de 760 mm de Hg. (miligramos de mercurio), lo que equivale a una atmósfera o a un torr.

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Para entender mejor toda esta cuestión, hay que recordar que el aire es una mezcla de gases, siendo los más importantes en la función respiratoria de los seres humanos, el oxígeno y el gas carbónico. A nivel del mar, la presión parcial del oxígeno en el aire es de 159 mm de Hg. Cuando el aire ingresa a los pulmones, a nivel de los alvéolos, la presión del oxígeno se reduce a 102 mm de Hg. La reducción de la presión del oxígeno a nivel de los alvéolos se debe a que constantemente el oxígeno está pasando del alvéolo a la sangre. Una vez la sangre abandona el alvéolo, la presión del oxígeno de la sangre arterial es de aproximadamente 100 mm de Hg.

Hay que entender que el gradiente de presión del oxígeno es una premisa imprescindible para obligar a éste a que pase de una manera rápida del alvéolo a la sangre. Por ejemplo, el gradiente de la presión del oxígeno entre el aire alveolar y la sangre es igual a 62 mm de Hg. (102 mm de Hg en el alvéolo menos 40 mm de Hg en la sangre venosa).

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En la medida en que se gane altura, disminuye progresivamente la presión atmosférica y en consecuencia también disminuye la presión del oxígeno en el aire atmosférico y en el aire alveolar. La presión del oxígeno en la sangre venosa permanece más o menos igual. El resultado es que disminuye el gradiente de concentración del oxígeno, es decir la fuerza que impulsa al oxígeno a dirigirse del alvéolo a la sangre y de la sangre a los tejidos a nivel de los capilares.

El efecto invernadero 

Los rayos infrarrojo prevenientes del sol, llegan a la superficie terrestre y rebotan, pero no se devuelven al espacio, sino que vuelven a rebotar en los estratos inferiores en la atmosfera, dirigiéndose nuevamente a la superficie terrestre, produciendo en la troposfera un fenómeno conocido como “efecto invernadero”, el cual es responsable de las variaciones climáticas que solo suceden en esta capa atmosférica.

Obtenida  de: http://cambioclimaticoglobal.com

La vida en la Tierra depende de la energía que recibe del Sol, cerca de la mitad de la luz que llega a la atmósfera terrestre pasa a través del aire y las nubes para llegar a la superficie donde se absorbe y luego es irradiado nuevamente en forma de calor (ondas infrarojas). De este calor el 90% es absorbido por los gases de efecto invernadero y devuelta hacia la superficie que la ayuda a calentar hasta una temperatura promedio de 15 grados Celcius perfecto para la vida, es conocido como el Efecto Invernadero.

Los gases de efecto invernadero principales son:

• El vapor de agua, el más abundante y funciona como un gas que actúa en retroalimentación con el clima, a mayor temperatura de la atmósfera, más vapor, más nubes y más precipitaciones.

• Dióxido de carbono (CO2), un componente menor, pero muy importante de la atmósfera. Se libera en procesos naturales como la respiración y en erupciones volcánicas y a través de actividades humanas como la deforestación, cambio en el uso de suelos y la quema de combustibles fósiles. Desde el inicio de la Revolución Industrial (aproximadamente 1760) la concentración de CO2 ha aumentado en un 43% (para el 2013).

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• Metano, un gas hidrocarburo que tiene origen natural y resultado de actividades humanas, que incluyen la descomposición de rellenos sanitarios, la agricultura (en especial el cultivo de arroz), la digestión de rumiantes y el manejo de desechos de ganado y animales de producción. Es un gas más activo que el dióxido de carbono, aunque menos abundante.

• Óxido nitroso, gas invernadero muy poderoso que se produce principalmente a través del uso de fertilizantes comerciales y orgánicos, la quema de combustibles fósiles, la producción de ácido nítrico y la quema de biomasa.

• Los Clorofluorocarbones (CFCs), son compuestos sintéticos de origen industrial que fueron utilizados en varias aplicaciones, ahora ampliamente regulados en su producción y liberación a la atmósfera para evitar la destrucción de la capa de ozono.

Inversión térmica 

Es un fenómeno que se presenta cuando en las noches despejadas el suelo ha perdido calor por radiación, las capas de aire cercanas a él se enfrían más rápido que las capas superiores de aire lo cual provoca que se genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenómeno contrario al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera disminuye con la altitud).

Obtenida  de: http://www.uclm.es

Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de aire frío sin poder circular, ya que la presencia de la capa de aire frío cerca del suelo le da gran estabilidad a la atmósfera porque prácticamente no hay convección térmica, ni fenómenos de transporte y difusión de gases y esto hace que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la región que hay entre las 2 capas frías de aire.

¿Cuánto se presenta?

Este fenómeno climatológico se presenta normalmente en las mañanas frías sobre los valles de escasa circulación de aire en todos los ecosistemas terrestres. También se presenta este fenómeno en las cuencas cercanas a las laderas de las montañas en noches frías debido a que el aire frío de las laderas desplaza al aire caliente de la cuenca provocando el gradiente positivo de temperatura.

Obtenida de: http://www.uclm.es

¿Por qué ocurre?

Cuando se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversión térmica, se acumulan (aumenta su concentración) debido a que los fenómenos de transporte y difusión de los contaminantes ocurren demasiado lentos, provocando graves episodios de contaminación atmosférica de consecuencias graves para la salud de los seres vivos.

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Datos del equipo

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO 

ENMS Salvatierra

Bloque III Química II

Blog: "La maravilla de ser un gas" 

Maestra: Hilda Lucia Cisneros 

INTEGRANTES:

Antonio de Jesús Plaza Flores

Alonso Villagómez Núñez

Luis Alfonso  López Anaya

Renato Jhael Sainz Rodríguez

Álan Didier Hernández Dávila

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Bibliografias

•  http://www.inegi.org.mx/est/contenidos/proyectos/encuestas/hogares/modulos/mopradef/presentacion.aspx

• http://www.fundaciondelcorazon.com/ejercicio/para-ninos/988-beneficios-de-la-practica-deportiva-para-ninos.html

• Cortez león lilia, morales Ortega Sergio jesus, ribera rubio rocío, química II, editorial cámara nacional de la industria mexicana, primera edición. 

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