8/12/2014 1 Gases Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e La estructura y presión de un gas • Los gases se componen de partículas que: • se mueven rápidamente y al azar dentro de un envase. • Viajan en linea recta hasta que chocan empujan y rebotan chocan, empujan y rebotan. • Ocupan todo el volumen del envase • Empuje ↔ fuerza • Presión Presión = = fuerza fuerza / / área área P (Pa) = Área (m 2 ) Fuerza (N) Presión • Fuerza por unidad de área. • Unidad en SI Fuerza Fuerza en newtons (N) Área Área en metros cuadrados (m 2 ). Presión Presión en pascal (Pa) (N/m 2 ) P (Pa) = Área (m 2 ) Fuerza (N) Presión Presión en pascal (Pa) (N/m 2 ). kilopascals (kPa) se usa con mayor frecuencia por que la magnitud del pascal es muy pequeña. atmósfera - presión que ejerce una columna de mercurio (Hg) de 760 mm de altura. mm de mercurio {Hg} ↔ (Torr). Hay factores de conversión entre una unidad y otra.
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Gases - uprh.edu Web_General/QUIM3003/5_Gases_… · Un gasUn gas está contenido en unen un cilindro por un pistón. El volumen del gas es 2.00 L a 398 torr. ... • Volumen molar
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Gases
Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
La estructura y presión de un gas
• Los gases se componen de partículasque:
• se mueven rápidamente y al azardentro de un envase.
• Viajan en linea recta hasta quechocan empujan y rebotanchocan, empujan y rebotan.
• Ocupan todo el volumen del envase
• Empuje ↔ fuerza
•• PresiónPresión = = fuerzafuerza / / áreaárea
P (Pa) = Área (m2)
Fuerza (N)
Presión• Fuerza por unidad de área.
• Unidad en SI FuerzaFuerza en newtons (N)
ÁreaÁrea en metros cuadrados (m2).
PresiónPresión en pascal (Pa) (N/m2)
P (Pa) = Área (m2)
Fuerza (N)
PresiónPresión en pascal (Pa) (N/m2). kilopascals (kPa) se usa con mayor frecuencia por que la magnitud
del pascal es muy pequeña.
atmósfera - presión que ejerce una columna de mercurio (Hg) de 760 mm de altura.
mm de mercurio {Hg} ↔ (Torr).
Hay factores de conversión entre una unidad y otra.
EjemploUna bomba de helio tiene un volumen de 4.50 L al nivel del mar, donde la presión atmosférica es 748 torr. Asumiendo quela temperatura se mantiene constante, ¿cuál será el volumende la bomba en una montaña de 2500 m, si P = 557 torr?
EjemploUn gas está contenido en un cilindro por un pistón El volumenUn gas está contenido en un cilindro por un pistón. El volumendel gas es 2.00 L a 398 torr. El pistón se mueve para aumentarla presión a 5.15 atm. ¿Qué volumen de gas es el másrasonable a una presión mucho más alta?
Ley de Boyle y el buceo•• ddaguaagua > > ddaireaire
• Por cada 10 m, la presión en los pulmones (PPpulmonespulmones) aumenta 1 atm. a 30 m Ptotal = 3 atm
Los reguladores de los tanquesde buceo permiten que el airemantenga una proporciónigual a la presión del agua a su alrededor, permitiendo queusted respire sin problemas
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Ley de Boyle y el buceo
• Si un buzo aguanta la respiración y sube a la superficie muy rápido, la presión externa baja a 1 atm• De acuerdo a la Ley de Boyle, ¿qué le ocurrirá al
volumen de los pulmones?
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• Presión disminuye por un factor de 3,
• El volumen se expandirá por un factor de 3
• Se causa daño a los órganos internos.
¡¡¡¡SiempreSiempre Exhale Exhale cuandocuando subasuba a la a la superficiesuperficie!!!!
Ley de Charles
1787
Publicada por Gay-Lussac en 1802
Comportamiento del gas a P P y y moles moles constanteconstante
P y P y moles moles constanteconstante, , nnMasa & moles
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Ley de Charles - Relación T, V
T % V = constanteTV
Ti
Vi
Tf
Vf
=
TTabsolutaabsoluta (K(K) ) = extrapolación de la Temperatura a V = V = 00
T = 0 K = T = 0 K = ─ ─ 273.15273.15°°CC
Representación Gráfica de la Ley de Charles
Cuando la temperatura disminuye (P constante) …
Extrapolación la volumen más bajo posible (cero) resulta en la temperatura más baja posible (0 K).
Cero Cero absolutoabsoluto, 0 K = , 0 K = --273.15273.15°°CC
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EjemploUn globo dentro de la casa a una temperatura de 27 °C, tiene un volumen de 2.00 L. ¿Cuánto será el volumen afuera en invierno cuando la temperatura es de –23 °C? (Asuma que no hay cambio en presión.)
EjemploUna muestra de nitrógeno ocupa un volumen de 2.50 L a –120 °C y 1.00 atm de presión. ¿Hasta qué temperatura debe canlentarse el gas para duplicar su volumen, manteniendo la presión constante?
EjemploSi 0.550 g de un gas ocupan 0.200 L a 0.968 atm y 289 K, calcule la masa molar del gas.
EjemploCalcule la masa molecualr de un líquido que cuando se evapora a 100 °C y 755 Torr, resulta en un volumen de 185 mL de vapor que tiene una masa de 0.523 g.
Gases y la estequiometría de reacciones:Ley de Combinación de Volúmenes
• Cuando los gases reaccionan a la misma TT y PP, la razón de los volúmenes de reactivos y productos es igual a números pequeños enteros.
• Ejemplos: A una TT y PP dada: 2.00 L de H2 reaccionan con 1.00 L of O2 (¿Por qué de 2:1? Balancee la
ió )ecuación …)
6.00 L de H2 reaccionan con 2.00 L de N2 para formar 4.00 L de NH3 (¿Por qué la razón de 6:2:4? Balancee la ecuación …)
• No es necesario saber las condiciones exactas para la reacción, siempre y cuando las mismas condiciones apliquen a todos los gases.
Ley de Volúmenes combinados de Gay-Lussac(explicación de Avogadro)
A TT y PP constante:Por lo tanto la razón de volúmenes es la misma que la razón de moles en la ecuación balanceada:
2H2H22(g(g) + O) + O22(g) → 2H(g) → 2H22O(gO(g))
HH22(g) O(g) O22(g) H(g) H22O(gO(g))
Cada uno de los envases contiene el mismo número de moléculas.
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Ejemplo¿Cuántos litros de O2(g) se consumen por cada 10.0 L de CO2(g) producido en la combustión de pentano líquido, C5H12, si se los volúmenes se miden a STP?
EjemploLa reacción química que se usa para la bolsa de aire en los carros se produce N2(g) por la descomposición de azuro de sodio, NaN3(s), a temperatura relativamentealta:
2 NaN3(s) 2 Na(l) + 3 N2(g)
¿Qué volumen de N2(g), medido a 25 °C y 0.980 atm, se produce por la descomposición de 62.5 g de NaN3?
Fracción Molar• La fracción molar (xxii) de un gas (ii) es:
• Ley de Dalton para mezcla de gases:
ii
t
moles gas i nx
moles totales n
1 2 3 ...T iP P P P P
• Ley de Amagat para volúmenes parciales
31 2 ... tRTn RTnRTn RTn RTT iV V V V VP n
T i i i TV V V x V
RTiVi i
i i i TRTT tiV
nP nx P x P
P nn
i i TP x P
EjemploUna muestra de 1.00-L de aire seco a 25 °C contiene 0.0319 moles de N2, 0.00856 moles de O2, 0.000381 moles de Ar, y 0.00002 moles de CO2. Calcule la presión parcial de N2(g) en la mezcla.
EjemploLos componentes de aire seco en mayor proporción por volumen son N2, 78.08%; O2, 20.95%; Ar, 0.93%; y CO2, 0.04%. ¿Cuál es la presión parcial de cada gas en una muestra de aire a 1.000 atm?
Ejemplo conceptualDescriba qué debe hacerse para cambiar las condiciones de una mezcla de hidrógeno y helio gaseoso en la Figura (a) auna mezcla de hidrógeno y helio gaseoso en la Figura (a) a las condiciones que ilustra la Figura (b).
• Cuando un gas (esencialmente insoluble) se burbujea para recogerlo en un envase, se desplaza el agua.
• El gas recogido está saturado de vapor de agua.
Si se genera O2 …
… ¿qué dos gases están presentes aquí?
Asumiendo que el gas está saturado con vapor de agua, la presión parcial del vapor de agua se conoce como presión de vapor de agua.Pgas = Ptotal – PH2O(g) = Pbar – PH2O(g)
Teoría Cinético Molcular: Aspectos cuantitativosLa teoría asume que: Un gas está compuesto de moléculas
en movimientomovimiento continuocontinuo, rectilineorectilineo y al azarazar.
La distancia entre las moléculas del gas es mucho mucho mayor que su tamaño. Casi todo el espacio entre moléculasestá vacío. {d >>>> d >>>> tamañotamaño}
NoNo hay fuerzasfuerzas de de atracciónatracción entre moléculas excepto durante choquesinstantáneos entre partículas.
Los choqueschoques entre moléculas son elásticoselásticos (la energía se conserva) y porlo tanto la energíaenergía total se mantieneconstanteconstante.
• Para que tengan la misma energía cinéticapromedio, las moléculas pesadas tienenrapidez promedio menor
ulas
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Fra
cció
nde
mol
écu
Rapidez, m/s
Ejemplo ConceptualSin hacer cálculos detallados, determine cuál de los siguientes valores corresponde a urms de moléculas de O2 a 0 °C, si la urms de H2 a 0 °C es 1838 m/s.
(a) 115 m/s (b) 460 m/s (c) 1838 m/s(a) 115 m/s (b) 460 m/s (c) 1838 m/s