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Termodinámica
Calor y Temperatura
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Temas
3. GASES IDEALES Y ESTADOS
TERMODINÁMICOS.
3.1 Concepto y características del gas ideal.
3.2 Ley de Boyle, Ley de Charles, Ley de Gay-
Lussac e hipótesis de Avogadro.
3.3 Ecuación de estado del gas ideal PV = nRT
y su aplicación en la determinación de los
diferentes estados termodinámicos y su
representación grafica de presión vs. volumen.
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Gases
Una sustancia se considera gas
cuando las fuerzas interatómicas
(o intermoleculares) entre los
distintos átomos (o moléculas) que
la forman son tan pequeñas que la
sustancia no adopta, ni forma, ni
volumen fijo, tendiendo a
expandirse todo lo posible para
ocupar el recipiente que lo
contiene.
Refiriéndose a los gases, las condiciones normales de
presión y temperatura (CNPT) para la determinación de sus
propiedades son, por acuerdo internacional: 0ºC (273,15K)
y 1 atm (ó 10 5 Pa, como recomienda la International Union
of Pure and Applied Chemistry, IUPAC), con la salvedad de
que los medidores de gasto volumétrico se calibran a 25 ºC.
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Gases
Es importante mencionar que un gas es una sustancia
que se encuentra en ese estado a temperatura y presión
normales, mientras que “vapor” es la forma gaseosa de
cualquier sustancia que normalmente es líquida o sólida a
condiciones normales.
En condiciones normales de presión y temperatura
(CNPT) existen elementos que son gaseosos como los del
grupo 8A, (las moléculas de) O 2 , N 2 , H 2 , F 2 y Cl 2 .
• El O 2 es esencial para la vida.
• H 2 S y HCN son venenos mortales.
• CO, NO 2 , O 3 , y SO 2 , son tóxicos.
• El He, Ar y Ne son químicamente inertes.
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2

Gases
Presión de un Gas
Los gases ejercen presión sobre
cualquier superficie con la que
entren en contacto, dado que las
moléculas gaseosas están en
constante movimiento y chocan
con la superficie del recipiente
que los contienen.
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Gas ideal
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3

Gas ideal
•
• •
A
A
1
2
•
•
•
•
•
L
•
gas de baja densidad y
sin interacción entre sus
componentes
Se define un gas ideal como aquel
en el que todas las colisiones entre
los átomos y/o moléculas son
perfectamente elásticos y en el
cual no hay fuerzas de interacción
intermoleculares.
Se modela como un gas de esferas
duras sin volumen que solo
interaccionan mediante choques
perfectamente elásticos.
•La energía interna es la
energía cinética total de las
moléculas
•Todo cambio de energía
interna va acompañado de un
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cambio en la temperatura
Leyes Básicas de los gases
• P, V, T y n no son independientes.
PV = cte ( a T = cte)
ley
V
∝
de
1
P
Boyle:
(n, T constantes)
P
T 2
T 1
V
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Leyes Básicas de los gases
En 1662, el irlandés Robert Boyle
(1627-1691) enuncia la hoy
conocida como Ley de Boyle-
Mariotte*, que establece:
“Cuando el gas se mantiene a
temperatura constante, su presión
es inversamente proporcional a su
volumen”.
P 1 V 1 = P 2 V 2
* En 1660, el francés Edme Mariotte (1620-1684) emprendió investigaciones sobre las deformaciones
elásticas de los sólidos e, independientemente de su colega Robert Boyle, enunció una ley relacionada con la
compresibilidad de los gases. En su tratado De la naturaleza del aire (1676) formuló la ley de
compresibilidad de los gases: "a temperatura constante, el volumen de un gas varía en razón inversa a su
presión".
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Leyes Básicas de los gases
En 1787, el francés Jacques
Alexandre César Charles (1746-
1823) enuncia la hoy conocida
como ley de Charles, que
establece:
“Cuando la presión del gas se
mantiene constante, su volumen es
directamente proporcional a su
temperatura”.
V 1 /T 1 = V 2 /T 2
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Leyes Básicas de los gases
ley de Charles - Gay Lussac
V ∝ T (n, P constantes )
P 2
V
P 1
T/V = cte ( a P = cte)
T
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Leyes Básicas de los gases
En 1802, el francés Joseph Louis
Gay-Lussac (1778-1850) enuncia la
hoy conocida como Ley de Gay-
Lussac, que establece:
“Cuando el gas se mantiene en un
recipiente a volumen constante, la
presión experimentada es
directamente proporcional a su
temperatura”.
P 1 /T 1 = P 2 /T 2
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ley
V
de
∝
Avogadro:
n (P, T = constantes)
Propuesta en 1811 por el químico
italiano Amedeo Avogadro (1776-
1856) y establece que los
volúmenes iguales de gases en la
misma temperatura y presión
contienen el mismo número de
moléculas sin importar su
naturaleza química y
características físicas.
Este número es conocido como
número de Avogadro y su valor es
6.023 x 10 23 .
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Ecuación de estado para el gas
ideal
PV = nRT
R
=
N
A
N = 6.023×
10
A
Número de moles
k
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Número
de Avogadro
R = 8.3143 J / mol º K
R = 0.082 atm ⋅l
/ mol º K
Constante de los gases
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k = 1.381×
10 − J / K
Constante de
Boltzmann
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Ecuación de estado y diagrama p-V
Para terminar, introduciremos una herramienta muy útil en
termodinámica: el diagrama p-V, empleado para estudiar
sistemas termodinámicos, como los gases ideales.
De la ecuación de estado
del gas ideal podemos
escribir
p =
nRT
V
y si fijamos el valor de la
temperatura T, podemos
graficar la expresión
anterior en un sistema de
coordenadas p vs. V,
resultando lo que se conoce
como diagrama p-V.
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