Chapter 5: Gases

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5.1:

Presión y Medición de la Presión

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Química

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Definition and Measurement of Pressure: Atmospheric Pressure, Barometer, and Manometer

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5.2: Gas Laws: Boyle’s, Gay-Lussac, Charles’, Avogadro’s, and Ideal Gas Law

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Recordemos que un gas siempre adopta la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. A nivel microscópico, un gas está formado por partículas en movimiento que colisionan entre ellas y con las paredes del contenedor. Cada colisión contra la pared ejerce una pequeña fuerza en el área de contacto.Las fuerzas que resultan de un gran número de estas colisiones aumentan su presión. Una menor cantidad de partículas de gas provoca menos colisiones, es decir, una fuerza menor por unidad de superficie, y, por lo tanto, a una presión más baja. La presión es, por lo tanto, directamente proporcional al número de partículas en un volumen dado, o a la densidad del gas.El aire, que es una mezcla de distintos átomos y moléculas gaseosos, ejerce presión sobre todo lo que se halla en la superficie terrestre. Esto se llama presión atmosférica y se mide usando un barómetro. Un barómetro tradicional es un tubo de vidrio lleno de mercurio que está invertido sobre un plato que también contiene mercurio.En respuesta a la presión ejercida por la atmósfera, la altura de la columna de mercurio en el tubo aumenta o disminuye. Medir la altura ofrece una medida de la presión atmosférica. Al nivel del mar, la presión atmosférica es de 1 atmósfera, lo que hace que suba la columna de mercurio a una altura de 760 milímetros de mercurio.A altitudes mayores, donde el aire es menos denso, la altura de la columna de mercurio baja, lo que indica una menor presión atmosférica. La presión de un gas atrapado en un contenedor se mide con un manómetro. Un manómetro de tubo cerrado está formado por un tubo en forma de u”lleno de mercurio.Un extremo está sellado al vacío, y el otro extremo está conectado al contenedor que tiene la muestra de gas. Las partículas de gas empujan el mercurio en un extremo del tubo, lo que crea una diferencia de altura que corresponde a la presión ejercida por el gas. En un manómetro de tubo abierto, un extremo está abierto a la atmósfera.Esto mide la presión de la muestra de gas en relación con la presión atmosférica. Cuando el gas ejerce una presión mayor a la de la presión atmosférica, la diferencia de altura se añade a la de esta última. Esto da como resultado la presión del gas.Contrariamente, cuando la atmósfera ejerce una presión mayor a la de la muestra de gas, la diferencia de altura se le resta a la presión atmosférica para obtener la presión del gas.

5.1:

Presión y Medición de la Presión

La presión de un gas es causada por la fuerza ejercida por moléculas de gas que chocan con las superficies de los objetos. Aunque la fuerza de cada colisión es muy pequeña, cualquier superficie de un área apreciable experimenta un gran número de colisiones en un corto período de tiempo, lo que puede resultar en una alta presión.

En general, la presión se define como la fuerza ejercida sobre una zona determinada:

La presión es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional al área. Por lo tanto, la presión puede aumentarse ya sea aumentando la cantidad de fuerza o disminuyendo el área sobre la que esta es aplicada; la presión puede reducirse disminuyendo la fuerza o aumentando el área.

La unidad SI de presión es el pascal (Pa), con 1 Pa = 1 N/m², donde N es el newton, una unidad de fuerza definida como 1 kg·m/s². Un pascal es una presión pequeña; en muchos casos, es más conveniente utilizar unidades de kilopascal (1 kPa = 1000 Pa) o bar (1 bar = 100.000 Pa). La presión también se puede medir utilizando la unidad de atmósfera (atm).

Medición de la presión

La presión atmosférica, la fuerza ejercida por la atmósfera sobre la superficie terrestre, se mide con un barómetro. Un barómetro es un tubo de vidrio cerrado en uno de sus extremo, se llena de un líquido no volátil, como el mercurio, y luego es invertido y sumergido en un recipiente de ese líquido. La atmósfera ejerce presión sobre el líquido fuera del tubo, la columna de líquido ejerce presión dentro del tubo y la presión en la superficie líquida es la misma dentro y fuera del tubo. La altura del líquido en el tubo es, por lo tanto, proporcional a la presión ejercida por la atmósfera.

En el barómetro, la opción preferida es el mercurio en lugar del agua, ya que este es 13,5 veces más denso que el agua. La presión atmosférica puede soportar una columna de mercurio de sólo unos 0,760 m de altura, mientras que una columna de agua tendría que tener 10,3 m de altura. Esto hace que una columna de mercurio sea una forma cómoda de medir la presión.

La presión atmosférica estándar de 1 atm a nivel del mar (101.325 Pa) corresponde a una columna de mercurio de unos 760 mm (29,92 pulg.) de altura. La presión ejercida por un fluido debido a la gravedad se conoce como presión hidrostática,p:

donde h es la altura del fluido,ρ es la densidad del fluido yg es la aceleración debida a la gravedad.

Un manómetro es un dispositivo utilizado para medir la presión de un gas atrapado en un recipiente. Un manómetro de extremo cerrado es un tubo en forma de U con un brazo cerrado, un brazo que se conecta al gas que se va a medir y mercurio entre ellos. La distancia entre los niveles de líquido en los dos brazos del tubo, h, es proporcional a la presión del gas en el contenedor. En un manómetro de extremo abierto, un brazo del tubo está abierto a la atmósfera. En este caso, la distancia entre los niveles de líquido corresponde a la diferencia de presión entre el gas del recipiente y la atmósfera.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 9.1: Presión de Gas.