Date post: | 21-Nov-2015 |
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Gases
Captulo 5
Los siguientes son elementos que pueden existir como
gases a una temperatura de 25C y 1 atm de presin
5.1
5.1
Elementos que existen como gases a una temperatura de 25C y 1 atm de presin
Son capaces de adquirir cualquier forma
Son compresibles
Pueden mezclarse con todo tipo de elementos con mucha facilidad
Tienen una densidad mucho menor que los solidos y los lquidos.
5.1
Caractersticas fsicas de los gases
Unidades de presin
1 Pascal (Pa) = 1 N/m2
1 atm = 760 mmHg = 760 torr
1 atm = 101,325 Pa
5.2Barometro
Presin = Fuerza
rea(Fuerza = masa aceleracin)
Nivel del mar 1 atm
6.4 Km 0.5 atm
16 Km 0.2 atm
5.2
5.2
Manmetros usados para medir la presin
Mercurio
Vaco
5.3Si la presin aumenta entonces el volumen decrece
Instrumentos utilizados para comparar
el volumen y la presin de un gas
P 1/V
P x V = constante
P1 x V1 = P2 x V2
5.3
Ley de Boyle
Temperatura constante
Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un
volumen de 946 mL y se encuentra a una presin de
726 mmHg. Cul es la presin que se necesita para
que el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura
de la muestra es constante?
P1 x V1 = P2 x V2
P1 = 726 mmHg
V1 = 946 mL
P2 = ?
V2 = 154 mL
P2 = P1 x V1
V2
726 mmHg x 946 mL154 mL
= = 4460 mmHg
5.3
P x V = constante
Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta 5.3
Temperatura
baja
Temperatura
alta
Gas
Mercurio
Expansin de un gas
Tubo de
ensayo
Variacin del volumen de un gas
con respecto a la temperatura
5.3
V T
V = constante x T
V1/T1 = V2 /T2 T (K) = t (0C) + 273.15
Ley de Charles
y Gay-Lussac
La temperatura debe ser
expresada en K
Una muestra de monxido de carbono en estado
gaseoso se encuentra a una temperatura de 125C. Si
el volumen inicial de la muestra es de 3.2 litros, Qu
temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir
el volumen a 1.54 litros?
V1 = 3.20 L
T1 = 398.15 K
V2 = 1.54 L
T2 = ?
T2 = V2 x T1
V1
1.54 L x 398.15 K3.20 L
= = 192 K
5.3
V1 /T1 = V2 /T2
T1 = 125 (0C) + 273.15 (K) = 398.15 K
Ley de Avogadro
V nmero de moles (n)
V = constante x n
V1 / n1 = V2 / n2
5.3
Temperatura constante
Presin constante
El amoniaco reacciona con el oxgeno para formar NO
y vapor de agua. Si se utilizan X litros de amoniaco,
cuantos litros de NO se formarn a temperatura y
presin constantes?
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O
1 mol NH3 1 mol NO
con temperatura y presin constantes
1 volumen NH3 1 volumen NO
5.3
5.3
5.3
5.3
Ecuacin de los gases ideales
5.4
Ley de Charles: V T (P y n constantes)
Ley de Avogadro: V n (P y T constantes)
Ley de Boyle: V (T y n constantes)1P
VnT
P
V =constante x = RnT
P
nT
PR = constante
universal de los gases
PV = nRT
Cuando en una muestra la temperatura es 0C y la
presin es 1 atm, se dice que sta se encuentra en
condiciones normales de presin y temperatura.
PV = nRT
R = PV
nT=
(1 atm)(22.414L)
(1 mol)(273.15 K)
R = 0.082057 L atm / (mol K)
5.4
Se ha demostrado que en condiciones normales
de presin y temperatura, 1 mol de un gas ideal
ocupa 22.414 litros de volumen.
Cul es el volumen en litros que ocupan 49.8 gramos
de cido clorhdrico (HCL) a presin y temperatura
normales?
PV = nRT
V = nRT
P
T = 0 0C = 273.15 K
P = 1 atm
n = 49.8 g x 1 mol HCl
36.45 g HCl= 1.37 mol
V =1 atm
1.37 mol x 0.0821 x 273.15 KLatmmolK
V = 30.6 L
5.4
El argn es un gas inerte que se usa en algunas
bombillas para retrasar la vaporizacin del filamento.
Cierto foco contiene argn a 1.2 atm de presin y
cambia de temperatura desde 18C hasta 85C. Cul
es la presin final del argn en atm si el volumen del
sistema es constante?
PV = nRT n, V y R son constantes
nRV
=PT
= constante
P1T1
P2T2
=
P1 = 1.20 atm
T1 = 291 K
P2 = ?
T2 = 358 K
P2 = P1 x T2T1
= 1.20 atm x 358 K291 K
= 1.48 atm
5.4
Densidad
d = mV
=PMRT
M masa del gas en gramos
M molaridad del gas
Molaridad de un gas
dRT
PM = d densidad del gas en g/L
5.4
Un contenedor de 2.1 litros contiene 4.65 gramos de
un gas a 1 atm de presin a 27C. Cul es la
molaridad del gas?
5.4
dRT
PM = d = m
V
4.65 g
2.10 L= = 2.21
g
L
M =2.21
g
L
1 atm
x 0.0821 x 300.15 KLatmmolK
M = 54.6 g/mol
Estequiometra de los gases
Cul es el volumen de CO2 producido a 37C y 1 atm
de presin cuando 5.6 gramos de glucosa son usados
en la siguiente reaccin:
C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l)
g C6H12O6 mol C6H12O6 mol CO2 V CO2
5.60 g C6H12O61 mol C6H12O6180 g C6H12O6
x6 mol CO2
1 mol C6H12O6x = 0.187 mol CO2
V = nRT
P
0.187 mol x 0.0821 x 310.15 KLatm
molK
1.00 atm= = 4.76 L
5.5
Reactante
(gramos)
Moles del
reactante
Moles del
producto
Producto
(gramos)
Ley de Dalton de las presiones parciales
V y T son
constantes
P1 P2 Ptotal = P1 + P2
5.6
Al combinar
los gases
Considerar un caso en el cual dos gases, A y B, se
encuentran en un contenedor de volumen V.
PA = nART
V
PB = nBRT
V
nA es el nmero de moles de A
nB es el nmero de moles de B
PT = PA + PB XA = nA
nA + nBXB =
nBnA + nB
PA = XA PT PB = XB PT
Pi = Xi PT
5.6
Fraccin molar (Xi) = ninT
Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de
CH4, 0.421 moles de C2H6, y 0.116 moles de C3H8. Si
la presin total de los gases es de 1.37 atm, Cul es
la presin parcial del propano (C3H8)?
Pi = Xi PT
Xpropano = 0.116
8.24 + 0.421 + 0.116
PT = 1.37 atm
= 0.0132
Ppropano = 0.0132 x 1.37 atm = 0.0181 atm
5.6
2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g)
Contenedor de oxgeno y
vapor de agua
PT = PO + PH O2 2 5.6
5.6
La Qumica en accin:
El buceo y las leyes de los gases
P V
Profundidad
(ft)
Presin
(atm)
0 1
33 2
66 3
5.6
Teora cintico molecular de los gases
1. Un gas se compone de molculas separadas una de la otra
por distancias ms grandes que sus propias dimensiones.
Dichas molculas pueden ser consideradas grficamente
como puntos; es decir, su volumen puede ser despreciable.
2. Las molculas de los gases siempre estn en un contnuo
movimiento desordenado y chocando en todas direcciones
unas con otras. Los choques entre las molculas del gas
son perfectamente elsticos.
3. Las molculas de los gases no ejercen fuerzas de atraccin
o repulsin entre ellas.
4. La energa cintica promedio de las molculas del gas es
directamente proporcional a su temperatura absoluta.
Cualquier gas a la misma temperatura tiene la misma
energa cintica
5.7
KE = mu2
Energa cintica en los gases
Compresibilidad de los gases
Ley de Boyle
P nmero de colisiones con las paredes del recipiente
Nmero de colisiones densidad
Densidad 1/V
P 1/V
Ley de CharlesP nmero de colisiones con las paredes del recipiente
Nmero de colisiones energa cintica media de un grupo de molculas en un gas
Energa cintica media T
P T
5.7
Energa cintica en los gases
Hiptesis de Avogadro
P nmero de colisiones con las paredes del recipiente
Nmero de colisiones densidad
La densidad n
P n
Ley de Dalton de las presiones parciales
Las molculas no se atraen ni se repelen
La presion creada por un tipo de molcula no es afectada por la
presencia de otro gas
Ptotal = Pi
5.7
Instrumentos para el estudio de la velocidad molecular
5.7
Horno
Detector
Rotor de
corte
Bomba de la
aspiradora
Molculas
lentas
Molculas
rpidas
Velocidad
normal
Velocidades de las molculas de
gas nitrgeno a tres
temperaturas diferentes.
Diferencias entre la velocidad de
tres gases distintos a la misma
temperatura
5.7
urms = 3RTM
tomos enfriados
tomos gaseosos de rubidio
1.7 x 10-7 K
Condensado Bose-Einstein
Distribucin de
la velocidad
segn Maxwell
Difusin de gas: Mezcla gradual de las molculas de dos
gases distintos propiciada por las propiedades cinticas de los
mismos.
5.7
NH317 g/mol
HCl
36 g/mol
NH4Cl
r1
r2
M2M1
=
Efusin de gas: Proceso por el cual un gas a cierta presin
escapa de un contenedor a otro por medio de una pequea
abertura.
5.7
r1
r2
t2
t1
M2M1
= =
La frmula de una mezcla es Ni(Co)x. Que valor se le debe
dar a x para que en las mismas condiciones el gas metano obtenga un valor de efusin 3.3 veces mayor que la mezcla
de niquel?
r1 = 3.3 x r2
M1 = 16 g/mol
M2 = r1
r2( )
2x M1 = (3.3)2 x 16 = 174.2
58.7 + x 28 = 174.2 x = 4.1 ~ 4
Vaco
Comportamiento de un gas ideal
1 mol de gas ideal
PV = nRT
n = PVRT
= 1.0
5.8
Fuerzas de repulsin
Fuerzas de atraccin
Gas ideal
Demostracin del efecto de las fuerzas de
presin producidas por un gas
5.8
5.8
Ecuacin de Van der Waals
para gases no ideales
P + (V nb) = nRTan2
V2( )}
Presin
corregida
}
Volumen
corregido