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La ley de los gases ideales. Mezclas de gases
Ley de los gases ideales
El estado de un gas queda determinado al relacionar cuatro magnitudes: volumen (V), temperatura (T), presión (P) y cantidad de gas expresada en moles (n). Las leyes que establecen estas relaciones son:
Ley de Boyle:
Ley de Charles:
V = constante × T (a P y n determinadas)
Ley de Avogadro:
Combinando esas proporcionalidades se obtiene la relación:
Representando la constante por el símbolo R, obtenemos la ley de los gases ideales o perfectos:
La constante R, denominada constante de los gases ideales o constante universal de los gases, tiene el mismo valor para todos los gases y puede calcularse a partir del volumen molar y de las denominadas condiciones normales de un gas (0 ºC y 1 atm).
El volumen molar de cualquier gas con comportamiento ideal se ha establecido experimentalmente en 22,4 litros. Por tanto:
La ecuación de los gases ideales o perfectos permite en todo momento relacionar volúmenes de gases, sea cual sea la presión y la temperatura de los mismos.
Mezclas de gases: ley de Dalton
En una mezcla de gases que no reaccionan entre sí, cada molécula se mueve independientemente, de una forma análoga a como si estuviera totalmente aislada.
En esa mezcla, cada gas se distribuye uniformemente por todo el espacio disponible, como si ningún otro gas estuviese presente. Las moléculas ejercen la misma presión sobre las paredes del recipiente que lo contiene que la que ejercerían si no hubiera ningún otro gas presente.
En 1803, Dalton (1766-1844) enunció la ley de las presiones parciales: «en una mezcla de gases, la presión total ejercida por los mismos es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviese solo en las mismas condiciones».
Si varios gases, A, B y C, se colocan en un mismo recipiente, acaban formando una mezcla homogénea. La presión que cada gas ejerce individualmente en una mezcla se denomina presión parcial.
La ley de Dalton de las presiones parciales se expresa:
Ptotal = PA + PB + PC + ¿
Tanto la mezcla de los gases como cada componente individual cumplen la ecuación de los gases ideales o perfectos:
Relaciones entre masa, densidad y masa molecular o molar de un gas
Volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas en las mismas condiciones de presión y temperatura. Manteniendo constantes estas condiciones, las masas de idénticos volúmenes de gases deben ser proporcionales a las masas de las moléculas que los forman. Se cumple:
Conocidas la presión, el volumen y la temperatura a que se encuentra un gas, puede deducirse la masa molecular, la densidad del gas o la masa de una muestra:
Sustituyendo en la ecuación de los gases ideales:
De igual forma, puede conocerse la densidad de un gas:
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