MODULO IX

 

GASES

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 Gases nobles 

Los gases nobles son un conjunto de elementos químicos que comparten un rango determinado de características: son monoatómicos, inodoros e incoloros en condiciones normales, tienen puntos de ebullición muy bajos y solo pueden licuarse bajo grandes presiones.

Los gases nobles, sobre todo, presentan una muy baja reactividad química, es decir, poca combinabilidad con otros elementos de la tabla periódica.

Los gases nobles son siete:

• Helio (He). El segundo elemento más abundante en el universo, producido por reacciones nucleares en el corazón de las estrellas mediante la fusión del hidrógeno. 
• Neón (Ne). Muy abundante en el universo, es lo que da el tono rojo a la luz de lámparas fluorescentes. 
• Argón (Ar). Común en el aire de la atmósfera, es un elemento sumamente empleado como aislante en la industria y en la obtención de láseres distintos.
• Kriptón (Kr). A pesar de ser un gas noble, se sabe que reacciona con el flúor y otras pocas sustancias que poseen fuerte electronegatividad. 
• Xenón (Xe). Un gas muy pesado, presente en la superficie terrestre apenas en trazas. Fue el primer gas noble sintetizado.
• Radón (Rn). Surge de la desintegración de elementos radiactivos como el radio o el actinio (entonces se le llama actinón), por lo que es un gas noble pero radiactivo, cuyo isótopo más estable lleva una vida media de 3,8 días y luego deviene en Polonio.
• Oganesón (Og). Llamado también eka-radón, Ununoctio (Uuo) o elemento 118, es altamente radiactivo, sintético, descubierto en 2002.

Configuración electrónica de los gases nobles

La razón por la cual los gases nobles son poco reactivos se puede explicar mediante su configuración electrónica, pues su capa más exterior o capa de valencia está siempre completa, sin necesidad de tomar en préstamo electrones.

Esto es, su capa exterior del campo electromagnético es tan estable, que el elemento tienden a no reaccionar con otros excepto en casos muy puntuales.

Leyes de los Gases

Los gases ideales es una simplificación de los gases reales que se realiza para estudiarlos de manera más sencilla. En sí es un gas hipotético que considera:

• Formado por partículas puntuales sin efectos electromagnéticos.
• Las colisiones entre las moléculas y entre las moléculas y las paredes es de tipo elástica, es decir, se conserva el momento y la energía cinética.
• La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura.
• Los gases se aproximan a un gas ideal cuando son un gas mono atómico, está a presión y temperatura ambiente.

La ecuación del gas ideal  se basa condensa la ley de Boyle, la de Gay-Lussac, la de Charles y la ley de Avogadro.

Ecuación de los gases ideales

Ley de Charles

Corresponden a las transformaciones que experimenta un gas cuando la presión es constante. Así tenemos que:

Cuando la temperatura se acerca al cero absoluto, todos los gases tienden al mismo comportamiento.

Donde:

P= es la presión del gas

V = el volumen del gas

n= el número de moles

T= la temperatura del gas medida en Kelvin

R= la constante de los gases ideales

Ley de Gay-Lussac

Corresponde a las trasformaciones que sufre un gas ideal cuando el volumen permanece constante.

Ley de Boyle

Corresponde a las transformaciones que experimenta un gas cuando su temperatura permanece constante.

La curva que describe el gráfico P versus Volumen, corresponde a una isotérmica, es decir a todos los puntos donde la temperatura es la misma.

Ley de Avogadro

Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas.

Ecuación del Gas Ideal

La ley de los gases ideales (PV = nRT) relaciona las propiedades macroscópicas de los gases ideales. 

Un gas ideal es un gas en el que las partículas (a) no se atraen ni se repelen mutuamente y (b) no ocupan espacio (no tienen volumen).

Ningún gas es verdaderamente ideal, pero la ley de los gases ideales sí proporciona una buena aproximación del comportamiento real de los gases bajo muchas condiciones

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Estequiometría de los gases

1.- Calcular el volumen de O2 (en litros) a TPE que se requieren para completar la combustión de 2.65 L de acetileno (C2H2) a TPE.

Analizando el problema podemos darnos cuenta de que la temperatura y la presión permanecen constantes, por lo cual lo único que puede llegar a cambiar son los moles y el volumen.

Para encontrar los moles, vamos a balancear la ecuación química:

Por lo tanto, este problema podríamos resolverlo con la ley de Avogadro de la siguiente forma:

Pero para efectos de este tema, podemos resolver por medio de estequiometría de la siguiente forma:

Fuente: https://www.aulafacil.com/cursos/quimica/problemas-de-quimica-general-para-universitarios/estequiometria-con-gases-l40268

Ley de Dalton de las presiones parciales 

La ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton) fue formulada en el año 1802 por el físico, químico y matemático británico John Dalton. Establece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si sólo uno ocupase todo el volumen de la mezcla, sin variar la temperatura. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la presión total de una mezcla.

a ley de las presiones parciales de Dalton se expresa básicamente con el siguiente enunciado:

La presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes.

Esto significa que la presión total ${\displaystyle p}$ se puede expresar tal que

${\displaystyle p=\sum _{i=1}^{n}{p_{i}}=p_{1}+p_{2}+...+p_{n}}$

Donde ${\displaystyle p_{i}}$ representa la presión parcial del i-ésimo componente en la mezcla. Se asume que los gases no tienen reacciones químicas entre ellos, el caso más ideal es con gases nobles.

${\displaystyle \ p_{i}=y_{i}\cdot p}$

donde ${\displaystyle y_{i}}$ es la fracción molar del i-ésimo componente de la mezcla gaseosa de n componentes.

BIBLIOGRAFÍA

• "Gases nobles". Autor: Julia Máxima Uriarte. Para: Caracteristicas.co. Última edición: 3 de enero de 2020. Disponible en: https://www.caracteristicas.co/gases-nobles/. Consultado: 08 de mayo de 2021.
• Angus Smith, "Memoir of John Dalton and History of the Atomic Theory"
• Arnold Thackray, John Dalton: Critical Assessments of His Life and Science, Harvard University Press, (1972) ISBN 0-674-47525-9