Leyes de los gases

Ley de los gases Ideales

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las variables macroscópicas en base a las experiencias en laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T).

La ley de Boyle - Mariotte relaciona inversamente las proporciones de
volumen y presión de un gas, manteniendo la temperatura constante:

P₁. V₁ = P₂ . V₂

La ley de Gay-Lussac afirma que el volumen de un gas......., a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta:

V1/T1 = V2/T2

La ley de Charles sostiene que, a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del sistema:

P1/T1 = P2/T2

La temperatura se mide en kelvin (273 ºK = 0ºC) ya que no se puede dividir por cero.

Ley universal de los gases

De las tres leyes anteriores se deduce

P1/T1 =P2/T2; V1/T1 = V2/T2; P1.V1=P2.V2 -----

POR TANTO

P₁.V₁.T₂ = P₂.V₂.T₁

Ley de los Gases Generalizada

En base a la hipótesis de Avogadro puede considerarse una generalización de la ley de los gases. Si el volumen molar (volumen que ocupa un mol de molécula de gas) es el mismo para todos los gases en CNPT, entonces podemos considerar que el mismo para todos los gases ideales a cualquier temperatura y presión que se someta al sistema. Esto es cierto debido a que las leyes que gobiernan los cambios de volumen de los gases con variaciones de temperatura y presión son las mismas para todos los gases ideales. Se relaciona entonces, proporcionalmente, el número de moles (n), el volumen, la presión y la temperatura: P.V ~ n T. Para establecer una igualdad debemos añadir una constante (R) quedando:

P.V = n . R . T

El valor de R se calcula a partir del volumen molar en CNPT:

R = PV/nT = 1 atm. 22,4 L/1 mol. 273 K = 0.08205 atm.L/mol.K

Problema de soluciones resuelto

Se prepara una solución diluyendo 5 ml de etanol (d = 0,789 g/mL) en suficiente agua para obtener 100 al de una solución de densidad 0,982 g/mL). Veamos como se puede expresar la concentración de esta solución:

Unidades Físicas:

Porcentaje Volumen-Volumen (V/V)

% (V/V) = [5 mL (soluto-etanol) /100 mL (solución)] x 100 = 5% etanol en agua

Porcentaje Peso-Volumen (P/V)

5 mL de etanol (soluto) equivalen a 3,945 g de etanol (5 mL x 0,789 g/mL), entonces:

% (P/V) = [3,945 g etanol (soluto) /100 mL solución] x 100 = 3,945%

Porcentaje Peso-Peso (P/P)

masa de etanol = 5 mL x 0,789 g/mL = 3,945 g

masa de solución = 100 mL x 0.982 g/mL = 98,2 g disolución

% (P/P) = [(3,945 g etanol / 98,2 g solución) x 100] = 4,017%

Unidades Químicas

Fracción Molar
Hay que “llevar” las masas se etanol y agua a moles usando los pesos moleculares de cada componente

Masa de etanol (soluto) = 3,945 g
Masa de agua (solvente) = 98,2 g – 3,945 g = 94,255 g

Moles de etanol (soluto) = 3,945 g/ 46,07 g/mol etanol = 0,0855 moles
Moles de agua (solvente) = 94,255 g/ 18 g/mol agua = 5,23 moles

Fracción molar (etanol) = 0,0855 moles / (0,0855 moles etanol = 5,23 moles de agua) =

0,01608

Molaridad

M = 0,0855 moles / 0,1 L = 0,855 M

Molalidad

m = 0,0855 / 0,09455 Kg solvente = 0,9042 m

Unidades Químicas de Concentración

Para expresar la concentración de una solución se pueden usar unidades químicas aunque la idea general es siempre expresar la cantidad de soluto en una cantidad de solvente (o solución).

Fracción molar: Usando el concepto de mol se puede expresar la concentración de una solución como la cantidad de un componente i cualquiera (en moles) en la cantidad total de todos los componentes de la solución (en moles):

Xi (fracción molar de i) = moles de i / (moles de i + moles de j + moles de k + ....)
y que la suma de Xi + Xj + Xk..... = 1

Molaridad
La molaridad (M) se define como la cantidad de moles de soluto en un litro de solución M = moles de soluto / volumen de solución (L)


Molalidad
La Molalidad se define como los moles de soluto presentes en un Kilogramo de disolvente (NO SOLUCION)

Unidades Físicas de Concentración

La concentración de una solución es la medida de la cantidad de soluto presente en una cantidad de solución (o disolvente). Existen varias maneras de describir la concentración de una solución.

Unidades Físicas. Porcentajes
Por definición el porcentaje es la proporción (en partes) por cada 100 partes de un todo.

Si aplicamos este concepto a las disoluciones podemos definir la concentración de una solución como partes de soluto en 100 partes de solución. Las “partes” puedes ser expresadas en Masa (g) o volúmenes (mL, L).

Si se disuelven 2 g de NaCl en 98 g de Agua se obtienen 100 g de una solución que es 2 por ciento (%) de masa (sal). Específicamente esta solución se describiría como 2 % (peso/peso) de sal en agua [lo cual quiere decir que son 2 g (peso) en 100 g (peso) de solución)]

Si ahora disolvemos 5 L metanol (volumen) en 95 L de agua tendremos una solución 5% (volumen/volumen ó vol./vol.) OJO ACA ASUMIMOS EL VOLUMEN FINAL ES LA SUMATORIA DE LOS DOS VOLUMENES LO CUAL NO SIEMPRE ES CIERTO (el volumen final de una solucion puede cambiar)

Otra posibilidad es expresar el peso de soluto en 100 volúmenes de solución. Así una solución de 0,5 g (peso) en 100 mL (volumen) de solución sería una solución 0,5% (peso/volumen ó P/V)

Soluciones. Conceptos Basicos.

Las soluciones o disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más componentes. Se dice que es una mezcla homogénea por que sus propiedades y composición son uniformes. El componente que se encuentra en mayor proporción se denomina disolvente o solvente y el de menor proporción soluto. El soluto se halla disuelto en el disolvente. Si hay mucho soluto disuelto se puede hablar de una solución concentrada. Si el soluto esta en muy baja concentración se habla de una solución diluida.

Ejemplos de soluciones comunes:

Agua de mar: Sal (y otros) en agua
Gaseosa: Dióxido de carbono, azúcar y otros, disueltos en agua
Moneda: Cobre (Cu) y Níquel (Ni) (las soluciones sólidas se denominan aleaciones)