Propiedades y leyes de los gases: teoría cinética, ecuación PV=nRT y aplicaciones

Gases: teoría cinética y leyes principales

Teoría cinética de los gases

Postulados básicos

• Un gas está constituido por un número enorme de partículas en continuo movimiento.
• La distancia entre las partículas es mucho mayor en comparación con el tamaño de las mismas.
• Los choques entre las partículas y con las paredes del recipiente pueden considerarse elásticos.
• La presión es el resultado de los choques de las partículas contra las paredes del recipiente.
• La energía cinética media de traslación de las partículas es directamente proporcional a la temperatura absoluta (T).

Hipótesis de Avogadro (1811)

Las partículas más pequeñas que constituyen los gases no tienen necesariamente que ser átomos. Para muchos gases, las partículas constituyentes son agregados diatómicos que Avogadro denominó moléculas. Enunciado: "Volúmenes iguales de diferentes gases, a las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas."

Leyes de los gases

• Ley de Boyle–Mariotte (a temperatura constante): la presión que ejerce un gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa.

  Ecuación: P₁V₁ = P₂V₂.

• Ley de Gay-Lussac (a volumen constante): la presión ejercida por un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
• Ley de Charles (a presión constante): el volumen ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Ecuación del estado de los gases ideales

Reuniendo las leyes anteriores, la expresión matemática que relaciona presión, volumen, cantidad de sustancia y temperatura es:

PV = nRT

Ley de Dalton (1801)

La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales que ejercerían los componentes de la mezcla si cada uno ocupara por separado el mismo volumen que la mezcla.

Justificación cinética de las leyes de los gases

• Boyle: si se reduce el volumen del recipiente, aumentan los choques de las partículas con las paredes y, por tanto, la presión aumenta.
• Gay-Lussac: con volumen constante, si la temperatura aumenta, las partículas se mueven más rápido y chocan con mayor frecuencia y energía, por lo que la presión aumenta.
• Charles: a presión constante, si la temperatura aumenta, la energía cinética de las partículas aumenta y el volumen necesario para mantener la presión constante también aumenta.

Fórmulas y recursos gráficos

A continuación se incluyen las fórmulas y esquemas relacionados con la teoría cinética y las leyes de los gases:

masa

Notas finales

• En las expresiones y en el análisis cinético, la temperatura absoluta debe expresarse en kelvin (K).
• La ecuación PV = nRT es válida para gases ideales; las desviaciones reales se corrigen con factores como el de Van der Waals en condiciones de alta presión o baja temperatura.