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• Gustavo Armando López Díaz

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NOMBRE: GUSTAVO ARMANDO LÓPEZ DÍAZ MATERIA: PROPIEDADES DE FLUIDOS PETROLEROS NOMBRE DEL TRABAJO: GAS IDEAL MAESTRA: MARÍA MAGDALENA RODRIGUEZ GARCIA

INTRODUCCIÓN El presente informe tratara de describir y verificar las leyes y el comportamiento de los gases, los cuales bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las siguientes propiedades: 

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Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. Las fuerzas de atracción entre las moléculas son despreciables, en comparación con la velocidad a que se mueven sus moléculas. Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene. Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

DESARROLLO Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares,2 adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta concentración de energía cinética.

GAS IDEAL Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad. 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. Para definir un patrón de gas que sirva para establecer reglas de comportamiento se crea el concepto de gas ideal, este gas ideal cumple las condiciones siguientes: 1. Ocupa el volumen del recipiente que lo contiene. 2. Está formado por moléculas. 3. Estas moléculas se mueven individualmente y al azar en todas direcciones a distancias considerablemente mayores que el tamaño de la molécula. 4. La interacción entre las moléculas se reduce solo a su choque. 5. Los choques entre las moléculas son completamente elásticos (no hay pérdidas de energía). 6. Los choques son instantáneos (el tiempo durante el choque es cero). Para estos gases ideales se cumple la siguiente ley: P·V=n·R·T Donde P es la presión (en atmósferas), V el volumen (en litros), n son los moles del gas, R la constante universal de los gases ideales (0,0821 l·atm·K-1·mol-1) y T la temperatura absoluta (en grados Kelvin).

Tipos de gases ideales Existen tres clases básicas de gas ideal:   

El clásico o gas ideal de Maxwell-Boltzmann El gas ideal cuántico de Bose, compuesto de bosones El gas ideal cuántico de Fermi, compuesto de fermiones

COMPORTAMIENTO TERMICO DE LOS GASES IDEALES Para describir el comportamiento de una masa gaseosa, es conveniente tener información acerca del volumen que ocupa, así como, de su presión y su temperatura. Es difícil expresar en una ecuación la relación entre la presión, el volumen y la temperatura de una cantidad cualquiera de gas. Sólo cuando la densidad (o presión) de los gases reales es baja es posible sintetizar los resultados experimentales en tres leyes: la ley de Boyle - Mariotte, la ley de Charles – Gay Lussac, y la ley de Avogadro. Estas tres leyes, sin embargo, sólo son casos particulares del comportamiento de los gases en estas condiciones (baja densidad y baja presión); el cual está gobernado por la ecuación de estado del gas ideal.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE En 1660 Robert Boyle realizo una serie de experimentos y observo que si la temperatura de una muestra de gases se mantenía constante el volumen variaba inversamente con la presión aplicada basado en esto Boyle formulo esta ley si se mantenía constante la temperatura de una determinada masa de un gas, el volumen de dicho gas es inversamente proporcional a la presión ejercitada sobre él.

Esta ley dice que, si se mantiene la temperatura constante, cuando se aumenta la presión de un gas ideal, desde P1 hasta P2 su volumen disminuye en la misma proporción desde V1 a V2. Esta condición expresada matemáticamente es: P1 . V1 = P2 . V2 El significado de la ley en la práctica es, por ejemplo, que cuando se reduce a la mitad el volumen que ocupa un gas, su presión se duplica, y vice versa. Es decir, P es inversamente proporcional a V o también P es proporcional a 1/V a temperatura constante. P es proporcional a n

LEY DE GAY-LUSSAC Esta ley muestra la clara relación entre la presión y la temperatura con el volumen lleva el nombre de quien la enuncio en el año 1800. La ley expresa que, al aumentar la temperatura, las moléculas del gas comienzan a moverse muy rápidamente aumentando su choque contra las paredes del recipiente que lo contiene. Gay-Lussac descubrió que, no importa el momento del proceso el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor, o sea es constante. La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura: Las temperaturas siempre deben ser expresadas en Kelvin para esta ley. Según esta ley, si se mantiene la presión constante, el volumen del gas aumentará en la misma proporción en que aumente su temperatura absoluta (T):

Igual que para la ley anterior se puede enunciar matemáticamente, si no cambia el volumen, como: V es proporcional a T

LEY DE CHARLES En 1787, el físico francés J. Charles propuso por primera vez la relación proporcional entre el volumen y la temperatura de los gases a presión constante. Charles fue el inventor del globo aerostático de hidrógeno. Como no publicó los resultados de sus investigaciones sobre gases, se atribuye también esta ley a gay-Lussac, quien comprobó el fenómeno en 1802. Esta ley dice que, si se mantiene el volumen constante, la presión de un gas aumenta en la misma proporción en la que aumenta su temperatura absoluta:

P es proporcional a T si el volumen no cambia.

EJERCICIOS: 

Ejercicio 1: calcular el volumen de 6,4 moles de un gas a 210ºC sometido a 3 atmósferas de presión. Solución: Estamos relacionando moles de gas, presión, temperatura y volumen por lo que debemos emplear la ecuación: P · V = n · R · T Pasamos la temperatura a Kelvin: 210ºC = (210 + 273) ºK = 483ºK V = n · R · T / P = 6,4 moles · 0,0821 · 483ºK / 3 atm. = 84,56 litros 

Ejercicio 2: calcular el número de moles de un gas que tiene un volumen de 350 ml a 2,3 atmósferas de presión y 100ºC. Solución: Estamos relacionando moles de gas, presión, temperatura y volumen por lo que debemos emplear la ecuación: P · V = n · R · T Pasamos la temperatura a Kelvin: 100ºC = (100+ 273) ºK = 373ºK n = (P · V) / (R · T) = (2,3 atm. · 0,35 l.) / (0,0821 · 373ºK) = 0,0277 moles

CONCLUSIÓN El gas ideal es un gas hipotético que facilitan los cálculos matemáticos, contienen un número muy pequeño de moléculas por lo que su atracción molecular es nula y su densidad es muy baja. El volumen ocupado por una unidad de gas es proporcional a su temperatura absoluta. Estas relaciones físicas pueden ser usadas para conocer su número de moles, presión, volumen, temperatura, presión parcial, volumen parcial de un gas y poder ver su capacidad para realizar trabajo en un ciclo termodinámico, recuerden que los gases pueden realizar trabajos y liberar energía, pero en ese caso la ley de los gases ideales nos sirve para poner una referencia para los gases reales. El comportamiento de los gases de manera ideal se cuantifica mediante la combinación de tres distintas leyes que son:   

Ley de Boyle en la cual concluimos que si la temperatura es constante la presión y el volumen varían de forma inversa. Ley de Charles en la cual concluimos que, siendo la presión constante, el volumen y la temperatura varían de forma directa Ley de Gay-Lussac donde concluimos que, siendo el volumen del recipiente constante, la presión y la temperatura varían de manera directa.

Para que el gas tenga el comportamiento ideal y podamos analizarlas de acuerdo a las leyes anteriormente descritas, el gas debe de estar a altas temperatura, presiones bajas y concentraciones estándar. Solo de esa manera se podrá usar la ecuación de gases ideales. Para la teoría cinética molecular, el hidrogeno es el gas que tiene mayor comportamiento ideal debido a que es una molecular suficientemente peque-a donde se comprueba experimentalmente que la desviación del comportamiento ideal es mínima.

BIBLIOGRAFIA http://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-la-ley-de-los-gases-ideales.html http://iequimicamari12.blogspot.mx/2011/11/comportamiento-de-los-gases-ideales.html http://www.sabelotodo.org/fluidos/gases.html