Estequiometría: Gases — Variables, Ley de los Gases Ideales y Efectos sobre Presión y Volumen

Hoja de actividades nº 1-III — Estequiometría: gases

Variables macroscópicas de un gas ideal

Para definir el estado de un gas ideal, utilizamos cuatro variables macroscópicas principales:

• Presión (P): Es la fuerza que ejercen las partículas del gas por unidad de área sobre las paredes de su recipiente.
• Volumen (V): Es el espacio tridimensional que ocupa el gas, el cual es siempre igual al volumen de su recipiente.
• Temperatura (T): Es una medida del promedio de la energía cinética de las partículas del gas. Una temperatura más alta significa partículas moviéndose más rápido.
• Número de moles (n): Representa la cantidad de sustancia del gas, indicando el número total de partículas de gas presentes.

Ecuación universal de los gases ideales (PV = nRT)

Esta ecuación fundamental relaciona las cuatro variables de un gas ideal:

• P (Presión): Debe expresarse en atmósferas (atm).
• V (Volumen): Debe expresarse en litros (L).
• n (Número de moles): Debe medirse en moles (mol).
• R (Constante de los gases ideales): Tiene un valor de 0.082 L·atm/(K·mol).
• T (Temperatura): Siempre debe expresarse en Kelvin (K).

3.- Explica por qué la presión de un gas aumenta cuando se reduce el volumen del recipiente que lo contiene manteniendo constante la temperatura

Cuando se reduce el volumen de un recipiente que contiene un gas, manteniendo la temperatura constante, la presión del gas aumenta. Esto ocurre porque las partículas del gas tienen menos espacio para moverse, lo que provoca que colisionen con las paredes del recipiente con mayor frecuencia por unidad de tiempo. Aunque la fuerza de cada colisión individual permanece igual (ya que la temperatura es constante), el aumento en la frecuencia de estas colisiones resulta en una mayor fuerza total ejercida sobre el área de las paredes, lo que se percibe como un incremento de la presión.

4.- Explica suficientemente por qué el volumen de un gas depende de la temperatura a la cual se halla

El volumen de un gas depende directamente de la temperatura (a presión y número de moles constantes) debido a la relación entre la energía cinética de las partículas y el movimiento molecular. A medida que la temperatura de un gas aumenta, la energía cinética promedio de sus partículas también se incrementa, lo que las hace mover más rápido y con mayor vigor. Para que la presión se mantenga constante, estas partículas que se mueven más rápido necesitan un mayor espacio (un volumen más grande), para que la frecuencia y fuerza de sus colisiones con las paredes del recipiente no aumente. Inversamente, al disminuir la temperatura, las partículas se mueven más lento, ejercen menos fuerza y colisionan con menor frecuencia, lo que requiere un volumen menor para mantener la misma presión.

Resumen

• PV = nRT relaciona presión, volumen, número de moles y temperatura para un gas ideal.
• Reducir el volumen a temperatura constante aumenta la frecuencia de colisiones, por tanto aumenta la presión.
• Aumentar la temperatura, a presión constante, incrementa la energía cinética de las partículas y, por ende, el volumen necesario para mantener esa presión.