Propiedades de los gases http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesPropiedades.htm El estado gaseoso es un estado disperso de la materia, es decir , que las moléculas del gas están están separa separadas das unas unas de otras otras por distan distancia ciass mucho mucho mayore mayoress del tamaño tamaño del diámetro real de las moléculas. Resuelta entonces, que el volumen ocupado por el gas (V) depende de la presión (P), la temperatura (T) y de la cantidad o numero de moles ( n). Las propiedades de la materia en estado gaseoso son:
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. Variables que afectan el comportamiento de los gases 1. PRESIÓN 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. 2. TEMPERATURA Es una medida de la intensidad del calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemo podemoss medir medir en unidad unidades es de caloría calorías. s. Cuando Cuando un cuerpo cuerpo calien caliente te se coloca 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.
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3. 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. 4. VOLUMEN Es el espacio ocupado por un cuerpo. 5. DENSIDAD Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. Gas Real Los gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presión se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presión muy alta, las propiedades de los gases reales se desvían en forma considerable de las de gases ideales. Concepto de Gas Ideal y diferencia entre Gas Ideal y Real. Los Gases que se ajusten a estas suposiciones se llaman gases ideales y aquellas que no se les llama gases reales, o sea, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros. 1. - Un gas esta formado por partículas llamadas moléculas . Dependiendo del gas, cada molécula esta formada por un átomo o un grupo de átomos. Si el gas es un elemento o un compuesto en su estado estable, consideramos que todas su s moléculas son idénticas.
2. - Las moléculas se encuentran animadas de movimiento aleatorio y obedecen las leyes de Newton Newton del movimient movimiento o . Las moléculas moléculas se mueven mueven en todas todas direcc direccion iones es y a veloci velocidad dades es diferentes. Al calcular las propiedades del movimiento suponemos que la mecánica newtoniana se puede aplicar en el nivel microscópico. Como para todas nuestras suposiciones, esta mantendrá o desechara, dependiendo de sí los hechos experimentales indican o no que nuestras predicciones son correctas. 3. - El numero total de moléculas es grande . La dirección y la rapidez del movimiento de cualquiera de las moléculas puede cambiar bruscamente en los choques con las paredes o con otras moléculas. Cualquiera de las moléculas en particular, seguirá una trayectoria de zigzag, debido a dichos choques. Sin embargo, como hay muchas moléculas, suponemos que el gran numero de choques resultante mantiene una distribución total de las velocidades moleculares con un movimiento promedio aleatorio. 4. - El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña del volumen ocupado por el gas. Aunque hay muchas moléculas, son extremadamente pequeñas. Sabemos que el volumen ocupado por una gas se puede cambiar en un margen muy amplio, con poca dificultad y que, cuando un gas se condensa, el volumen ocupado por el gas comprimido hasta dejarlo en forma líquida puede ser miles de veces menor. Por ejemplo, un gas natural puede licuarse y reducir en 600 veces su volumen. 5. - No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los choques. En el grado de que esto sea cierto, una molécula se moverá con velocidad uniformemente los choques. Como hemos supuesto que las moléculas sean tan pequeñas, la distancia media entre ellas es grande en comparación con el tamaño de una de las moléculas. De aquí que supongamos que el alcance de las fuerzas moleculares es e s comparable al tamaño molecular. 6. - Los choques son elásticos y de duración despreciable . En los choques entre las moléculas con las paredes paredes del recipiente recipiente se conserva conserva el ímpetu ímpetu y (suponemos (suponemos)la )la energía cinética. Debido a 2
que el tiempo de choque es despreciable comparado con el tiempo que transcurre entre el choque de moléculas, la energía cinética que se convierte en energía potencial durante el choque, queda disponible de nuevo como energía cinética, después de un tiempo tan corto, que podemos ignorar este cambio por completo.
http://www.amschool.edu.sv/Paes http://www.amsc hool.edu.sv/Paes/science/gases.h /science/gases.htm tm
Los gases poseen las siguientes propiedades únicas que los caracterizan: •
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volumen ante la acción acción de la presión Compresibilidad : la capacidad de reducir su volumen (una fuerza externa). habilidad de recuperar recuperar volumen volumen ante la supresión supresión de una presión Elasticidad : la habilidad externa. Capacidad de Difusión : la expansión de un gas a través de todo el volumen de su contenedor. temperatura. Dilatabilidad: el incremento en volumen ante un aumento en temperatura.
Estas propiedades de los gases se deben a su composición, su comportamiento y a cuatro importantes factores – la presión (P), la temperatura (T), el volumen (V) y el número de moles (n). Los gases están compuestos por pequeñas moléculas que se encuentran en continuo movimiento en todas direcciones y que colisionan con las paredes de sus contenedores, ejerciendo presión (P) . La presión es la fuerza que se ejerce por unidad de área (P = F/A) y en el caso de los gases se mide en atmósferas, milímetros de mercurio o Torricelli (atm , mmHg ó Torr) con un manómetro. Presión = Fuerza / Área P=F/A 1 Atm = 760 Torr = 760 mmHg
Conforme aumenta la presión de las partículas, los espacios entre ellas se hace mayor y la atracción entre partículas disminuye.
La temperatura (T) es la energía del movimiento (energía cinética) de las partículas de la materi materia. a. Entre Entre mayo mayorr el movi movimie miento nto de las las moléc molécula ulas, s, mayo mayorr su temper temperatu atura. ra. La temperatura se mide en grados Centígrados, Fahrenheit o Kelvin (ºC, ºF ó K) con un termóm termómetr etro. o. Entre Entre mayor la temperat temperatura ura de un gas, mayor mayor el movimien movimiento to de sus moléculas y viceversa, razón por la cual se dice que los gases se expanden al calentarse y se comprimen comprimen al enfriarse. enfriarse. Si la temperatura temperatura disminuye disminuye lo suficient suficiente, e, los gases se hacen líquidos. 3
http://es.wikipedia.org/wiki/Compresibilidad La compresibilidad es una propiedad de la materia a la cual se debe que todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a una presión o compresión determinada manteniendo constantes otros parámetros.
Compresibilidad en sólidos, líquidos y gases Los sólidos a nivel molecular son muy difíciles de comprimir, ya que las moléculas que tienen los sólidos son muy pegadas y existe poco espacio libre entre ellas como para acercarlas sin que aparezcan fuerzas de repulsión fuertes. Esta situación contrasta con la de los gases los cuales tienen sus moléculas separadas y que en general son altamente compresibles bajo condiciones de presión y temperatura normales. Los líquidos bajo condic condicion iones es de temper temperatu atura ra y presió presión n normal normales es son tambié también n bastan bastante te difíci difíciles les de comprimir aunque presenta una pequeña compresibilidad mayor que la de los sólidos.
Compresibilidad en mecánica de fluidos En mecánica mecánica de fluidos fluidos se considera típicamente que los fluidos encajan dentro de dos categorías categorías que en general general requieren requieren un tratamiento tratamiento diferente: diferente: los fluidos fluidos compresibl compresibles es y los fluidos incompresibles. Que un tipo de fluido pueda ser considerado compresible o incompresible no depende sólo de su naturaleza o estructura interna sino también de las condiciones mecánicas sobre el mismo. Así, a temperaturas y presiones ordinarias, los líquidos pueden ser considerados sin problemas como fluidos incompresibles, aunque bajo bajo condic condicion iones es extrem extremas as de presió presión n muest muestran ran una compre compresib sibili ilidad dad estric estrictam tament ente e diferente de cero. En cambio los gases debido a su baja densidad aún a presiones mode modera rada dass pued pueden en comp compor orta tars rse e como como flui fluido doss comp compre resi sibl bles es,, aunq aunque ue en cier cierta tass apli aplica caci cion ones es pued pueden en ser ser trat tratad ados os con con sufi sufici cien ente tess apro aproxi xima maci ción ón como como flui fluido doss incompresibles. Por estas razones, técnicamente más que hablar de fluidos compresibles e incompresibles se prefiere hablar de los modelos de flujo adecuados para describir un fluido en unas determinadas condiciones de trabajo y por eso más propiamente se habla de flujo compresible y flujo incompresible. incompresible.
Compresibilidad en termodinámica En termodinámica se define la compresibilidad de un sistema hidrostático como el cambio relativo de volumen frente a una variación de la presión. presión. En principio la magnitud de la compresibilidad depende de las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo la compresión o descompresión del sistema, por lo que a menos que se especifique el modo en que se lleva a cabo esa operación la compresibilidad de un valor u otro según las cantidades de calor intercambiandas con el exterior. Debido a esa dependencia de la compresibilidad de las condic condicion iones es se distin distingue gue entre entre la compres compresibi ibilid lidad ad isoter isoterma ma y la compre compresib sibili ilidad dad adiabática.
Elasticidad En un gas como en todo fluido, su elasticidad esta mas en función de su compresibilidad, por sus particulares fines, que en su dilatación. 4
La elasticidad elasticidad de un gas o de un fluido y de los sólidos sólidos también, esta determinad determinado o por el modulo Bulk, muy similar al modulo de Young.
Expansión: Fuerza de Empuje El calor que se genera en la cámara de combustión cuando se quema la mezcla produce fuerza de expansión en los gases presentes. Esta característica expansiva de los gases es lo que ejerce la fuerza para generar el movimiento del motor.
Difusividad de gases La difusividad o coeficiente de difusión D es una propiedad del sistema que depende de la temperatura, presión y naturaleza de los con ponentes. Algunos valores de difusividad de gases se presentan a continuación:
Tabla 1 : Difusividad de gases a presión atmosférica Sistema H2 - CH4 02 - N2 CO - 02 C02 – 02 aire aire aire - etanol aire n butanol aire - acetato de etilo aire - anilina aire - clorobenceno aire - tolueno
Temperatura 'C 0 0 0 0 0 25,9 54,0 0 25,9 59,0 25,9 59, 0 25,9 59,0 25,9 59,0 25,9 59,0
Difusividad 0,625 0,181 01,185 0,139 01,198 0,258 0,305 0,102 0,097 0,104 0,087 0,106 0,074 0,090 0,074 0,090 0,086 0,092
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