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DEFINICION DE GAS IDEAL Un gas

ideal es

un gas teórico compuesto

de

un

conjunto

de partículas

puntuales con desplazamiento aleatorio que no interactúan entre sí. El concepto de gas ideal es útil porque el mismo se comporta según la ley de los gases ideales, una ecuación de estado simplificada, y que puede ser analizada mediante la mecánica estadística. En condiciones normales tales como condiciones normales de presión y temperatura, la mayoría de los gases reales se comporta en forma cualitativa como

un

gas

ideal.

Muchos

gases

tales

como

el nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, gases nobles, y algunos gases pesados tales como el dióxido de carbono pueden ser tratados como gases ideales dentro de una tolerancia razonable Gas Real Un gas real, en oposición a un gas ideal o perfecto, es un gas que exhibe propiedades que no pueden ser explicadas enteramente utilizando la ley de los gases ideales. Para entender el comportamiento de los gases reales, lo siguiente debe ser tomado en cuenta: 

efectos de compresibilidad



capacidad calorífica específica variable



fuerzas de Van der Waals



efectos termodinámicos del no-equilibrio



cuestiones con disociación molecular y reacciones elementales con composición variable.

Para la mayoría de aplicaciones, un análisis tan detallado es innecesario, y la aproximación de gas ideal puede ser utilizada con razonable precisión. Por otra parte, los modelos de gas real tienen que ser utilizados cerca del punto de condensación de los gases, cerca de puntos críticos, a muy altas presiones, y en otros casos menos usuales.

Presión El volumen (Del latín volūmen) es una magnitud escalar2 definida como la extensión en tres dimensiones de una región del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Desde un punto de vista físico, los cuerpos materiales ocupan un volumen por el hecho de ser extensos, fenómeno que se debe alprincipio de exclusión de Pauli. La capacidad y el volumen son términos equivalentes, pero no iguales. Se define la capacidad de un recipiente como la "propiedad de una cosa de contener otras dentro de ciertos límites".3 La capacidad se refiere al volumen de espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas. La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico. Para medir la capacidad se utiliza el litro. Por razones históricas, existen unidades separadas para ambas, sin embargo están relacionadas por la equivalencia entre el litro y el decímetro cúbico: 1 dm3 = 1 litro = 0,001 m3 = 1000 cm3.

Temperatura La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud

escalar relacionada

con

la energía

internade

un

sistema

termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también). A que se le llama condiciones normales de presión y temperatura Condiciones normales de presión y temperatura (abreviado CNPT) o presión y temperatura normales (abreviado PTN o TPN) hace referencia a los valores de presión atmosférica y temperatura que imperan en un laboratorio. La IUPAC, Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (en inglés: International Union of Pure and Applied Chemistry) define las condiciones normales como:término cualitativo, en función de la preferencia del investigador, que usualmente implica la presión ambiental y la "temperatura del lugar". Preferiblemente las variables de temperatura y presión deberían ser tomadas como valores representativos de las condiciones reales (o rango de condiciones) empleadas en el estudio. El término "Condiciones Normales" se suele utilizar habitualmente para la medición de volúmenes de gases en muchos campos de la ciencia, como enTermodinámica y Química, correspondiéndose a una temperatura de 0 °C (o 273,15 K) y a una presión de 1 atm. Por ejemplo, el volumen de un mol de gas

ideal en condiciones normales de presión y temperatura es : PV = n RT -> V = 1×0,0821×273,15/1 =22,42 L; esto nos lleva al valor clásico: V = 22,4 L. En electroquímica y en otras ramas de la química en las que se usan disoluciones acuosas, las condiciones normales corresponden a una presión de 1 atm y una temperatura de 298,15 K (25 °C). Así, por ejemplo, se define internacionalmente la escala de potenciales normales de electrodo. Nota a tener en cuenta: Las condiciones normales de presión y temperatura (abreviado CNPT), siguiendo los criterios de la IUPAC, no se corresponden a unos valores bien definidos (invariables), como es el caso de las condiciones estándar de presión y temperatura. Sin embargo, la bibliografía científica existente es muy variable con respecto a la definición de las CNPT. A esto hay que añadir la existencia de otros estándares, aparte del propuesto por la IUPAC (p. ej. el del NIST). Esta situación produce incertidumbre y controversia a la hora de utilizar estos términos, incluso dentro de la comunidad científica. Este debate ha marcado, claramente, el proceso de confección de este artículo, como se puede ver en su sección de Discusión. Leyes de los gases Ley de Charles La Ley de Boyle-Mariotte, o Ley de Boyle, formulada independientemente por el físico y químico irlandésRobert Boyle (1662) y el físico y botánico francés Edme Mariotte (1676), es una de las leyes de los gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que: La presión ejercida por una fuerza física es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

o en términos más sencillos: A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce. Matemáticamente se puede expresar así:

donde

es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante 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:

donde:     Además, si se despeja cualquier incógnita se obtiene lo siguiente:

Esta

ley

es

una

simplificación

de

la ley

de

los

gases

ideales

o

perfectos particularizada para procesos isotérmicos de una cierta masa de gas constante. Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases. Ley de Charles La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes de los gases. Relaciona el volumeny la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenida a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Jacques Charles dice que para una cierta cantidad de gas 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 la temperatura está directamente relacionada con la energía cinética (debido al movimiento) de las moléculas del gas. Así que, para cierta cantidad de gas a una presión dada, a mayor velocidad de las moléculas (temperatura), mayor volumen del gas. La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1803, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a

que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702. Por

otro

lado,

Gay-Lussac

relacionó

la

presión

y

la

temperatura

como magnitudes directamente proporcionales en la llamada "La segunda ley de Gay-Lussac". Volumen sobre temperatura: Constante (K -en referencia a si mismo)

o también:

donde: V es el volumen. T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin). k2 es la constante de proporcionalidad. Además puede expresarse como:

donde: = Volumen inicial = Temperatura inicial = Volumen final = Temperatura final

Despejando T₁ se obtiene:

Despejando T₂ se obtiene:

Despejando V₁ es igual a:

Despejando V₂ se obtiene:

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir el agua se sumerge en agua fría y su volumen cambia. La ley de Gay-Lussac establece que la presión de un volumen fijo de un gas, es directamente proporcional a su temperatura. 

Si el volumen de una cierta cantidad de gas a presión moderada se mantiene constante, el cociente entre presión ytemperatura (kelvin) permanece constante:

o también:

donde:  P es la presión  T es la temperatura absoluta (es decir, medida en kelvin)  k3 una constante de proporcionalidad Esta ley fue enunciada en 1802 por el físico y químico francés Louis Joseph Gay-Lussac. Descripción Para una cierta cantidad de gas, 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 absoluta tenía un valor constante. Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión temperatura nuevo valor

y a una

al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un , entonces la presión cambiará a

donde: = Presión inicial = Temperatura inicial = Presión final = Temperatura final

, y se cumplirá:

Que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac. Esta ley, al igual que la ley de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Es decir, las temperaturas han de expresarse en kelvin. Validez de la ley Estrictamente la ley de Gay-Lussac es válida para gases ideales y en los gases reales se cumple con un gran grado de exactitud sólo en condiciones de presión y temperaturas moderadas y bajas densidades del gas. A altas presiones la ley necesita corregirse con términos específicos según la naturaleza del gas. Por ejemplo para un gas que satisface la ecuación de Van der Waals la ley de GayLussac debería escribirse como:

El término

es una constante que dependerá de la cantidad de gas en el

recipiente y de su densidad, y para densidades relativamente bajas será pequeño frente a , pero no para presiones grandes. Ley de Dalton La ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton) fue formulada en el año 1801 por el físico,químico y matemático británico John Dalton. Establece

que

la presión de

una

mezcla

de gases,

que

no

reaccionan

químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si sólo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin variar la temperatura. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.

Se puede hacer una definición de la teoría mediante la aplicación de matemáticas, la presión de una mezcla de gases puede expresarse como una suma de presiones mediante:

o igual

Donde

representan la presión parcial de cada componente en la

mezcla. Se asume que los gases no tienen reacciones químicas entre ellos, el caso más ideal es con gases nobles.

donde

es la fracción molar del i-ésimo componente de la mezcla total de los m

componentes. La relación matemática así obtenida es una forma de poder determinar analíticamente el volumen basado en la concentración de cualquier gas individualmente en la mezcla.

Donde la expresión:

es la concentración del i-ésimo componente de la mezcla

expresado en unidades de ppm. La ley de las presiones parciales de Dalton se expresa básicamente con el siguiente enunciado: La presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes.