HOJA DE PROBLEMAS 1: ENUNCIADOS

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1 Tema: GASES HOJA DE PROBLEMAS 1: ENUNCIADOS 1. ( ) Los puntos de fusión a 1 atm de presión de yodo, bromo, cloro y fluor sólidos son 113.7, -7.3, y C. Justifique esta variación teniendo en cuenta que son elementos de un mismo grupo de la tabla periódica. 2. ( ) Discuta las tendencias que se observan en los valores de los parámetros de van der Waals para los siguientes gases nobles. Gas a (atm l 2 /mol 2 ) b (l/mol) Ne Ar Kr Xe ( ) El radio de van del Waals es una medida del tamaño atómico útil en la descripción de las interacciones intermoleculares mientras que los valores de las temperaturas de fusión permiten comparar las intensidades relativas de dichas fuerzas. Busque los valores de los radios de van der Waals y de los puntos de fusión de Helio, Neón, Argón, Kriptón y Xenón. Discuta la tendencias que se observen. 4. ( ) Un profesor de Química Física encuentra en un laboratorio dos bombonas de gas (a las que nos referiremos como A y B) de 1 litro de volumen, de las que se sabe que están rellenas con 10 moles, una de argon y otra de neón. Debido a problemas con el etiquetado no sabe con seguridad cual de ellas contiene cada gas. Para determinarlo el profesor mide la presión a ambas bombonas a la temperatura ambiente (25 C) obteniendo los valores de P A =293.3 atm y P B =359.4 atm. Qué gas contiene cada bombona? Estime los valores de los radios atómicos de ambos gases. Nota: En las condiciones referidas, la atracción entre los átomos de los gases nobles puede considerarse despreciable. 5. ( ) Disponemos de dos recipientes iguales y separados que contienen ciertas cantidades de un gas cuyo comportamiento suponemos ideal. Los recipientes se encuentran inmersos en sendos baños térmicos que mantienen constantes su temperatura en 25 o C y 100 o C respectivamente. Si conectamos ambos recipientes mediante un tubo de volumen despreciable qué tanto por ciento de moles de gas habrá en cada recipiente una vez alcanzado el estado estacionario?

2 6. ( ) Se introducen 2 mol de amoniaco en un recipiente cerrado de 2 l de volumen y a continuación se calienta hasta 300 o C. A dicha temperatura el amoniaco se disocia parcialmente en sus componentes hidrógeno y nitrógeno. Sabiendo que al medir la presión se obtiene 50 atm, calcule cuantos moles de NH 3, H 2 y N 2 hay suponiendo que se comportan idealmente. 7. ( ) La experiencia muestra que si aumentamos la densidad de un gas a temperatura constante se produce un aumento de presión. a) Demuestre que los gases ideales siguen siempre ese comportamiento. b) Demuestre que los gases de van der Waals pueden tener a ciertas temperaturas un comportamiento anómalo diferente del enunciado. c) Evalúe las temperaturas antedichas para 1 mol de los gases de van der Waals dióxido de carbono y etanol en un recipiente con V = 22.4 l y discuta que importancia tiene el comportamiento anómalo de la ecuación de estado de van der Waals en estos casos. a (J m 3 /mol 2 ) b (10 3 m 3 /mol) CO CH 3 CH 2 OH ( ) Problemas que serán resueltos por el profesor en clase. Grado de dificultad: ( ) Sencillo, ( ) Normal, ( ) Para pensar un poco.

3 HOJA DE PROBLEMAS 1: GUÍA DE RESOLUCIÓN Problema 1 I) Todos los halógenos forman moléculas diatómicas homonucleares y por tanto sin momento dipolar. II) Los sólidos están constituidos por moléculas diatómicas que se mantienen unidas por interaciones dipolo instantáneo-dipolo inducido. III) El volumen atómico aumenta al descender en un grupo. Problema 2 I) Al descender en un grupo aumenta el tamaño de los átomos. II) El parámetro b es una medida del volumen molecular. III) Cuanto más polarizable es un átomo más fuertes son sus interacciones. Problema 3 I) Al descender en el grupo aumenta el radio de van der Waals de los átomos. II) Al descender en el grupo aumentan los puntos de fusión. III) A mayor tamaño, mayor polarizabilidad y las fuerzas intermoleculares aumentan. Problema 4 I) Si los gases se comportansen idealmente no observariamos diferencias. Describa a los gases mediante la ecuación de van der Waals. II) Si las atracciones son despreciables el parámetro a 0. III) El parámetro b puede interpretarse como el volumen de 1 mol de moléculas. Problema 5 I) Al poner en contacto los recipientes habrá un flujo neto de gas desde el recipiente con mayor presión hacia el de menor presión. II) Una vez alcanzado el estado estacionario, las presiones en ambos recipientes serán iguales. III) A igualdad de presión y volumen, el gas más caliente será también el menos denso. Problema 6 I) Los moles de amoniacio que se descomponen se tranforman en moles de nitrógeno e hidrógeno. II) Relacione el número de moles de amoniaco, nitrógeno e hidrógeno entre sí. III) Deduzca el número total de moles gaseosos mediante la ecuación de estado del gas ideal. Problema 7 I) La variación de la presión con la densidad es ( ) P ρ densidad molar. T donde ρ = n/v es la

4 II) Calcule la derivada anterior utilizando las ecuaciones de estado del gas ideal y del gas de van der Waaals. III) Evalue las expresiones obtenidas utilizando los parámetros tabulados.

5 HOJA DE PROBLEMAS 1: SOLUCIONES Problema 4 La bombona A contiene neon. r Ne = 1.87 Å, r Ar = 2.33 Å. Problema % de moles en el recipiente frio. Problema 6 n NH3 = mol, n N2 = mol y n H2 = mol. Problema 7 Comportamiento anomalo si T CO2 < 3.9 K y T etanol < 13.0 K.