COLEGIO
CHUNIZA IED
JORGE
ENRIQUE CHÁVEZ GONZÁLEZ
QUÍMICA
JT ECUACIÓN DE ESTADO GASES
GRADO
UNDÉCIMO (11) JT
GUÍA
No 3 SEGUNDO PERIODO
Inicio:
12 de julio de 2021 Entrega: 16 de julio de 2021
Nombre
_______________________________________
Curso __________
Resumen de las ideas clave
En este artículo vamos a comparar
el comportamiento de los gases reales con el modelo de gas ideal. En ambos
casos hablaremos de las ecuaciones aplicables. En concreto para el modelo del
gas ideal, haremos una sencilla descripción molecular y comentaremos las
ventajas que supone el uso del modelo.
Introducción
El comportamiento de los gases se
describe a través de ecuaciones de estado. Se trata de ecuaciones que, para una
cantidad concreta de moles de gas, relacionan tres propiedades del mismo:
presión, volumen y temperatura. Diversos autores han propuesto ecuaciones con
este objetivo. Ante la desventaja que supone el estudio de una realidad con
cierto grado de complicación, habitualmente en física se utilizan modelos, que
pueden entenderse como simplificaciones de la realidad. En este documento vamos
a estudiar el modelo de gas ideal, y la ventaja que supone respecto a estudiar
la realidad.
Objetivos
Con la redacción del presente
artículo docente, se pretende que el alumnado sea capaz de:
§
Comprender la utilidad de la utilización de modelos en física
§
Identificar las propiedades del modelo de gas ideal
§
Diferenciar el comportamiento de un gas real del modelo de gas ideal
Desarrollo
El comportamiento de los gases reales Cuando
una sustancia se encuentra en estado gaseoso, las moléculas que la conforman se
encuentran en movimiento caótico constante.
representación esquemática de los
estados de agregación de la materia, incluyendo los procesos de cambio de
estado Los gases pertenecen a la realidad y por lo tanto debemos considerarlos
como reales. Para una cierta cantidad de moles de gas, la relación entre sus
tres propiedades (presión, volumen y temperatura) es relativamente compleja.
Para tratar de describir la relación entre estas tres variables y así poder
predecir una a partir de las otras dos, se han descrito diferentes ecuaciones
de estado de los gases reales, tales como las siguientes:
Ecuación 1: ecuación de
Van der Waals En la ecuación de Van der Waals, aparecen dos parámetros a y b.
El parámetro a es una medida de la atracción molecular, y el parámetro b es una
medida del tamaño molecular.
Ecuación 2 y 3 de Berthelot Las ecuaciones de Dieterici y
Berthelot son más complicadas y menos precisas que la de Van der Waals.
Ecuación
Ecuación 4 de Redlinch-Kwong La
ecuación de Redlinch-Kwong es útil en un amplio rango de valores de temperatura
y presión. Para poderla utilizar, es necesario conocer los valores de dos
parámetros a y b, diferentes a los de la ecuación de Van der Waals.
Además de las cuatro que citamos
aquí, existen otras ecuaciones propuestas con el mismo objetivo: caracterizar
el comportamiento de los gases en términos de la relación entre sus variables
presión, volumen y temperatura. Todas ellas tienen cierto grado de complicación
y/o requieren del uso de parámetros para poderlas aplicar. Obviamente, la
utilización de estas ecuaciones supone un cierto grado de complicación, que
sería bastante interesante poder evitar en situaciones en que baste realizar un
cálculo aproximado.
4.2 El modelo de gas ideal
Aunque el comportamiento habitual
de los gases tiene cierto grado de complejidad, bajo ciertas condiciones la
relación entre la presión que ejercen, la temperatura a la que se encuentran y
el volumen que ocupan se simplifica mucho. En estas circunstancias será válida
la ecuación de estado para los gases ideales (ecuación 5).
P V = n R T
Ecuación de estado de los gases
ideales Donde P es la presión del gas, T es su temperatura, V es su volumen, n
es su número de moles y R es la constante de los gases (0.082 atm l K-1 mol-1).
En comparación con las ecuaciones anteriores, esta última presenta importantes
ventajas. Para empezar es muy sencilla, lo que facilita que nos la podamos
aprender de memoria sin problema. Además, no requiere del uso de parámetros que
necesiten determinarse para una situación concreta o para un gas concreto,
solamente será importante recordar el valor de la constante R así como sus
unidades correctas. Volviendo a las condiciones en las que tiene que
encontrarse un gas para que esta relación sea cierta, se trataría de aquellas
en las que las moléculas del gas se encuentran tan separadas entre sí que las
interacciones entre ellas se vuelven insignificantes. Estaríamos hablando de
gases a presiones bajas y temperaturas altas (gases altamente dilatados).
Diferencia entre gas real y
gas ideal
Es relativamente habitual que al oír hablar de
“gases ideales” y “gases reales”, nos quedemos con la idea equivocada de que
algunos gases son de un tipo y otros del otro. Si creemos esto, se nos
plantearían dudas como: “y entonces… ¿el oxígeno es un gas ideal o real? ¿y el
nitrógeno?”. No es cierto que haya dos tipos de gases: todos los gases son
reales. Y en la medida en que un gas real se encuentre en las condiciones que
propicien la dilatación, se parecerá más al modelo de gas ideal. Cuanto más
dilatado esté, más se parecerá al modelo y la ecuación de estado del gas ideal
funcionará mejor. No hay una línea divisoria entre gases ideales y modelos. Si
tu sistema es un gas (real, por supuesto) y tú lo consideras como ideal para
resolver un problema de cálculo, estás simplificando la realidad para poder
utilizar una ecuación sencilla. Por un lado estás perdiendo exactitud y por
otro estás ganando sencillez. En cada contexto habría que valorar si vale la
pena perder una para ganar la otra. En un contexto educativo es muy habitual
suponer que el sistema es un gas ideal, de modo que se favorece el aprendizaje
de cuestiones más interesantes que la relación entre P, V y T.
ACTIVIDAD
Teniendo en cuenta la explicación
de la ecuación de estado de los gases y profundizando en sus aplicaciones,
explique a través de una cartelera. Recuerde que la cartelera debe:
Explicar el concepto
La explicación de variables
La aplicación de la ecuación de
estado
Debe ser mas gráfica y menos
textual.
Debe realizarla de forma
impecable.
