LOS GASES
¿Qué es un gas?
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene.
Propiedades de los gases
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente.
2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea.
4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
Teoría Cinético- Molecular de los Gases
La teoría cinética de los gases se enuncia en los siguientes postulados, teniendo en cuenta un gas ideal o perfecto:1. Las sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular alguna.
3. Las moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas.
4. Los choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.
5. La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.
Los gases reales existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas. Además, pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas condiciones: temperaturas altas y presiones muy bajas.
Ley Boyle
Es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: PV= KDonde K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante K no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
P1 V1=P2 V2
Además si despejamos una incógnita se obtiene lo siguiente:
P1= P2 V2/ V1
V1= P2 V2/ P1
P2= P1 V1/ V2
V2= P1 V1/ P2
Donde:
P1= Presión Inicial
P2= Presión Final
V1= Volumen Inicial
V2= Volumen Final
Ley Charles
En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas mas temperatura. Expresión algebraica
La ley de Charles es una de las más importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios.
Se expresa por la fórmula:
V/T= k
Además puede expresarse como:
V1/T1=V2/T2
Despejando T1 se obtiene:
T1= V1.T2/ V2
Despejando T2 se obtiene:
T2= V2.T1/V1
Despejando V1 es igual a:
V1= V2.T1/ T2
Despejando V2 se obtiene:
V2= V1.T2/T1
Donde:
- V es el volumen
- T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin).
- k es la constante de proporcionalidad.
Jacques Charles fue uno de los primeros en hacer volar un globo aerostático.
Esto fue en el año de 1783. El globo fue llenado con hidrógeno subió hasta
una altura de 2km. Para esa época fue una locura.
Ley de Gay Lussac
La ley de Gay-Lussac dice:
Si el volumen de un gas a presión moderada se mantiene constante, el cociente entre presión y temperatura permanece constante:P/T=constante
Descripción
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por lo tanto aumenta el número de choques contra las paredes por unidad de tiempo, 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 del proceso, el cociente entre la presión y la temperatura tenía un valor muy aproximadamente constante. Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1y 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:
P1/T1=P2/T2
Que es otra manera de expresar la segunda ley de Gay-Lussac.
Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Es decir, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.
El volumen ocupado por la unidad de masa de un gas, es proporcional a su temperatura absoluta e inversamente proporcional a la presión que actúa sobre el gas.
Las condiciones NTP, son las condiciones estándar o normales a las que se maneja un gas para su estudio. T= 273°K ó 0 °C P= 1 atm ó 760 mm Hg V= 22.4 lt
- Cualquier gas ocupa 22.4 litros con 1 mol de sustancias.
La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:
Donde:
• = Presión.
• = Volumen.
• = Moles de gas.
• = Constante universal de los gases
Es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del recipiente.La presión atmosférica es la fuerza ejercida por la atmósfera sobre los cuerpos que están en la superficie terrestre. Se origina del peso del aire que la forma. Mientras más alto se halle un cuerpo menos aire hay por encima de él, por consiguiente la presión sobre él será menor.
TEMPERATURA
Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. Cuando un cuerpo caliente se coloca en contacto con uno frío, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.
La temperatura de un gas es proporcional a la energía cinética media de las moléculas del gas. A mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.
La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin.
CANTIDAD
La cantidad de un gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. De acuerdo con el sistema de unidades SI, la cantidad también se expresa mediante el número de moles de sustancia, esta puede calcularse dividiendo el peso del gas por su peso molecular.VOLUMEN
Es el espacio ocupado por un cuerpo.
DENSIDAD
Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros.
Conclusión
1-Mediante esta investigación todos los alumnos logramos tener un mejor rendimiento en la materia de física especialmente en el tema de los gases que fue el tema tratado.
2-Al mismo tiempo desarrollamos mejor nuestras capacidades en las Tecnologías de la Información y la Comunicación, pues estamos utilizando frecuentemente los programas de Microsoft Office, esenciales para los trabajos escolares.
3-De igual forma se necesitara ayuda de los facilitadores pues esto no es suficiente para aprender todo, pues siempre quedan asuntos pendientes.
4-El interés del alumno es esencial para que este comprenda, pues de otra forma no lograra captar las ideas que se expresan en la investigación documental.
5- Las ilustraciones fueron una parte muy importante pues con ellas se daba a entender lo que se explicaba en el texto.
6-Los gases son un tema de gran importancia en el mundo pues donde menos lo esperes allí están presentes los gases, en cualquier objeto de uso diario.
Resumen
Los temas de la materia de Física pocas veces son atractivos para los alumnos porque muchas de las veces no le gusta porque es una materia donde se necesitan las formulas, que para la mayoría de los alumnos son difíciles y aburridas.
Pero que explican muchas de las cosas que tenemos muy cerca de nosotros y que nunca analizamos a fondo.
En el caso de los gases nos damos cuenta que este “humo o vapor” como nosotros lo llamamos, está constituido de moléculas muy separadas que reaccionan con la temperatura o la presión y están moviéndose constantemente, y que además los gases adoptan del recipiente o lugar en donde se encuentren, ya que tiene un volumen propio.
También que las formulas de los diferentes científicos sirven para saber cómo se comportan los gases, y estas son muy importantes porque gracias a ellas se han estudiado y aplicado en tanques y globos aerostáticos.
Opinión
Mi opinión es que este tema fue para mí de gran importancia porque logramos aprender algunas cosas nuevas y pudimos renovar conocimientos que ya otros profesores nos los habían explicado anteriormente, pero que por medio de la investigación pudimos retomarlos.
También que leímos cosas nuevas de los autores de estas leyes de los gases, pues había datos interesantes de ellos que tal vez alguna vez se nos pasaron porque no les dimos la importancia debida, pero que investigaciones científicas como la de estos personajes hacen funcionar muchas cosas que nosotros ni nos imaginamos.
Un ejemplo de ello es que los gases están presentes hasta en nuestras bebidas, tal es el caso de los refrescos, también los gases que se arrojan de los escapes de los carros o las industrias, en aerosoles y simplemente cuando calentamos agua esta hierve y se convierte en gas.
Igualmente creo que ningún tema de física ni de ninguna área donde se relacionan investigaciones y se prueban hipótesis podríamos decir que ya todo está dicho y resuelto, pues no sabemos cuándo se pueda producir una nueva ley o se descubran hechos nuevos que podrían renovar el concepto de cualquier tema, pues la tecnología avanza a un paso acelerado.
Referencias Bibliográficas
María de la Luz Rodríguez Villarreal, Graciela García Oyervides, Saúl Limón Orozco, Física, educación secundaria tercer grado. Ediciones Castillo. Primera Edición 1999.
Guía de aprendizaje para el Bachillerato General por Competencias, Física II.