Capítulo 6-1. Representación Macroscópica vs. Microscópica

Transcripción

1 Capítulo 6 Gases 1

2 Capítulo 6 Gases 6.1 -Propiedades de los Gases: Presión de gas Las leyes simples de gas La combinación de las Leyes de los gases: El gases ideales y las ecuaciones generales Aplicaciones de la ecuación de los gases ideales Gases en las reacciones químicas Mezclas de Gases 2

3 Capítulo 6-1 Representación Macroscópica vs. Microscópica

4 Capítulo 6-1 Características Físicas de un Gas asumen la forma y ocupan todo el volumen del envase en que están contenidos, estan en el estado físico más comprimible de la materia, se mezclan con otros gases uniformemente y completamente, tienen una densidad mucho menor que los líquidos y sólidos.

5 Capítulo 6-1 Teoría Cinético-Molecular de Gases 1. Las partículas o moléculas de un gas estan en contínuo movimiento en todas direcciones (al azar). Los choques entre las moléculas o de las moléculas contra las paredes del envase en que estén contenidas es elástico.

6 Capítulo 6-1 Teoría Cinético-Molecular de Gases 2.La energía cinética promedio de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura del gas en grados kelvin. Cualquiera dos gases a la misma temperatura tendrán igual energía cinética promedio. 3.Un gas se compone de moléculas bien separadas entre sí, a distancias bien grandes en comparación al tamaño de cada molécula. Por eso, las moléculas pueden ser consideradas como puntos o partículas; esto es, poseen masa pero su volumen es descartable en comparación al volumen del envase donde se encuentren. 4.Las fuerzas de repulsión o atracción entre las moléculas de un gas son descartables. 5.Debido a los argumentos 3 y 4, cada molécula de un gas se comporta como si estuviese sola dentro del envase

7 Capítulo 6-1 Presión Desde el Punto de Vista Cinético-Molecular Origen de la presión Choque de las moléculas del gas contra las paredes del envase. En un envase cerrado: Temp, Energía Cinética, # colisiones, P Volumen, # colisiones, P

8 Capítulo 6-1 Presión: Desde el punto de vista macroscópico Presión = Fuerza Area Temp, EC, Fuerza, P Unidades de la Presión: 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 Volumen, Area, P 1 atm = 760 mmhg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa 1 Bar = 10 5 Pa

9 Capítulo 6-2 Temperatura y presión estándar (STP) Propiedades del gas dependen de las condiciones. IUPAC define las condiciones estándar de temperatura y presión (STP). P = 1 Bar T = 0 C = 10 5 Pa = K 9

10 Capítulo 6-2 Las leyes simples de gas Boyles Charles Avogadro 10

11 Capítulo 6-2 La ley de Boyle A una temperature constante, la P a frecuencia de choques contra las paredes del envase. Frecuencia de choques aumenta según el volume diminuye. P a 1/V Aumento en P, Disminuye el volumen

12 Capítulo 6-2 Efecto de la Presión sobre el Volumen: Ley de Boyle 1 atm 2 atm 5 atm

13 Capítulo 6-2 Ley de Boyle P a 1/V P x V = constante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 Se mantiene constante la temperatura y los moles del gas

14 Capítulo 6-2 Capítulo CONCEPT ASSESSMENT A 50.0 L cylinder contains nitrogen gas at a pressure of 21.5 atm. The contents of the cylinder are emptied into an evacuated tank of unknown volume. If the final pressure in the tank is 1.55 atm, then what is the volume of the tank? (a) (21.5/1.55) x 50.0 L (b) (1.55/21.5) x 50.0 L (b) (c) v21./(1.55 x 50.0) L (d) (1.55/(21.5 x 50.0) L 14

15 6-2 CONCEPT ASSESSMENT (CONTINUED) Use Boyle s Law Calculation shows that V tank = 644 L 15

16 Capítulo CONCEPT ASSESSMENT (CONTINUED) Use Boyle s Law P 1 V 1 = P 2 V 2 V 2 = P 1V 1 P 2 therefore (a) is the answer Calculation shows that V tank = 644 L Slide 16 of 41 General Chemistry: Chapter 6 Copyright 2011 Pearson Canada Inc.

17 Capítulo 6-2 Ejemplo Una muestra gaseosa de cloro ocupa un volumen de 946 ml a 726 mmhg de presión. Cuál es la presión del gas (en mm de Hg) si el volumen se reduce a 154 ml, manteniendo la temperatura constante? P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 1 = 726 mmhg P 2 =? V 1 = 946 ml V 2 = 154 ml P 2 = P 1 x V 1 V mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml

18 Capítulo 6-2 La ley de Charles Energía cinética promedio a T Aumentar T, causa que las moléculas del gas choquen con mayor fuerza contra las paredes del envase, aumentando así la presión. PERO como la presión debe mantenerse constante, y solamente el volumen puede cambiar. -El Volumen aumentará para reducir la Presión. -Aumentar la Temperatura, Aumenta el Volumen a Presión Constante.

19 Capítulo 6-2 V a T V = kt V/T = k V 1 /T 1 = V 2 /T 2 Se mantiene constante la presión y la cantidad de moles del gas. Según T aumenta, V aumenta

20 Capítulo 6-2 V a T V = b T Gas volume as a function of temperature

21 Capítulo 6-2 Determinación del Cero Absoluto

22 Capítulo 6-2 Ejemplo Una muestra de CO gaseoso ocupa un volumen de 3.20 L a C. A qué temperatura esta muestra ocupará un volumen de 1.54 L si la presión se mantiene constante? V 1 /T 1 = V 2 /T 2 V 1 = 3.20 L T 1 = K V 2 = 1.54 L T 2 =? T 2 = V 2 x T 1 V L x K = = 192 K 3.20 L

23 Ley de Avogadro A mayor la cantidad de moles del gas, más colisiones ocurrirán contra las paredes del envase. A mayor la cantidad de colisiones, mayor la presión. PERO como la presión debe permanecer constante, y sólo el volumen puede cambiar El volumen aumentará para llevar la presión a su valor original, manteniendo la presión constante.

24 Ley de Avogadro V a cantidad de moles (n) V = constante x n Temperatura y presión se mantienen constantes V 1 /n 1 = V 2 /n 2

25 Resumen Ley de Boyle: V a 1 P (manteniendo n y T constantes) Ley de Charles: V a T (con n y P constantes) Ley de Avogadro: V a n (con P y T constantes)

26 Ley de gases ideales Ley de Boyle: V a 1 P (manteniendo n y T constantes) Ley de Charles: V a T (con n y P constantes) Ley de Avogadro: V a n (con P y T constantes) V a nt P V = constante x nt P = R nt P R es la constante de gases R = L atm / (mol K) PV = nrt

27 Otras Variantes de la Ley de Gases Ideales PV = nrt PV nt R If we hold the amount and volume constant: P 1 T 1 = P 2 T 2 PV 1 n T PV n 2 2 T 2 2

28 Ejemplo Argon es un gas inerte utilizado en las bombillas para retardar la evaporización del filamento. Una bombilla que contiene Ar a una presión de 1.20 atm y a 18 0 C se calienta y llega a 85 0 C manteniendo el volumen constante. Cuál es la presión final de Ar dentro de la bombilla? PV = nrt nr V P 1 = P T = constante P 2 = T 1 T 2 P 2 = P 1 x T 2 T 1 n, V y R se mantienen constantes P 1 = 1.20 atm T 1 = 291 K = 1.20 atm x 358 K 291 K P 2 =? T 2 = 358 K = 1.48 atm

29 Using the Gas Laws

30 6.4 Aplicaciones de la ecuación de los gases ideales PV 1 1 PV 2 2 Sustituya en la ecuación PV = nrt n T 1 1 n 2 T 2 moles( n) masa, g MasaMolar, g / mol Dadas las condiciones iniciales, determine las condiciones finales. Cancele aquellos parámetros que se quedan constantes. Densidad masa Volumen

31 Cálculos de densidad (d) d = m V = PM RT m es la masa del gas en g M es la masa molar del gas Masa Molar (M ) de una Sustancia Gaseosa M = drt P d es la densidad del gas en g/l

32 Una muestra de un gas desconocido XYZ ejerce una presión de 125 mm de Hg a una temperatura de 27 C. Si la densidad de este gas es 1.15 g/l, determine la masa molar del gas. T = 300 K, P = 125/760 = atm M = drt/p = (1.15)(0.0821)(300)/0.164 M = 173 g/mol

33 6.5 - Gases en las reacciones químicas Factores estequiométricos se relacionan las cantidades de gas a las cantidades de otros reactivos o productos. Ecuación del gas ideal se relaciona la cantidad de un gas a volumen, la temperatura y la presión. Ley de los volúmenes de combinación se pueden desarrollar utilizando la ley de los gases. 34

34 35

35 6.6 Mezcla de gases Ley de Presiones Parciales de Dalton Las moléculas dentro de la mezcla de gases no se repelen ni se atraen unas a otras (se comportan idealmente) P ejercida por un tipo de molécula no se afecta por la presencia de otro gas. P total = Sp i p i se conoce como la presión parcial, que se define como la presión que ejerce un tipo de gas dentro de la mezcla de gases. pi = X i (P total ), donde X es la fracción molar del gas i. Esta fracción molar se calcula de la razón entre los moles del gas i a los moles totales. X i = n i /n total 36

36 Ley de Presiones Parciales de Dalton Manteniendo V y T constantes P 1 P 2 P total = P 1 + P 2

37 Ejemplo Una mezcla de gases contiene 4.0 g de Ar, 1.0 g de He, y una cantidad desconocida de Ne. Si a un a temperatura de 177 C esta mezcla ocupa un volumen de 15.0 L y ejerce una presión de 2.05x10 3 torr, determine la masa de Ne en la muestra. n totales = PV/RT = (2.70x15.0)/(0.0821x450) = 1.10 moles totales (P = 2.05x10 3 /760 = 2.70 atm, T = 450 K) n de Ar = 4.0/40.0 = 0.10 moles, n de He = 1.0/4.0 = 0.25 moles 1.10 moles = n de Ne n de Ne = = 0.75 moles Masa de Ne = 0.75x20.2 = 15 g de Ne

38 Partial Pressure P tot = P a + P b + V a = n a RT/P tot and V tot = V a + V b + V a V tot n a RT/P = tot = n a n tot RT/P tot n tot Recall n a n tot = a P a P tot n a RT/V = tot = n a n tot RT/V tot n tot Slide 39 of 41 General Chemistry: Chapter 6 Copyright 2011 Pearson Canada Inc.

40 Ley de gases ideales Ley de Boyle: V a 1 P (manteniendo n y T constantes) Ley de Charles: V a T (con n y P constantes) Ley de Avogadro: V a n (con P y T constantes) V a nt P V = constante x nt P = R nt P R es la constante de gases R = L atm / (mol K) PV = nrt

41 Partial Pressure P tot = P a + P b + V a = n a RT/P tot and V tot = V a + V b + V a V tot n a RT/P = tot = n a n tot RT/P tot n tot Recall n a n tot = a P a P tot n a RT/V = tot = n a n tot RT/V tot n tot Slide 42 of 41 General Chemistry: Chapter 6 Copyright 2011 Pearson Canada Inc.

42 43

43 CHEM 2115 Examen medio termino Ago-Dic 2014 A nderson-d arling N ormality Test A -S quared 0.58 P-V alue M ean S td ev V ariance S kew ness Kurtosis N % 40.0% 60.0% 80.0% 100.0% M inimum st Q uartile M edian rd Q uartile M aximum % C onfidence Interv al for Mean : + 5: - 1: = 95% C onfidence Interv al for Median % Confidence Intervals 95% C onfidence Interv al for StDev Mean Median 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 44

44

45 CHEM 2115 Examen medio termino Ago-Dic 2014 A nderson-darling Normality Test A -Squared 0.58 P-V alue Mean StDev V ariance Skew ness Kurtosis N 21 CHEM 2115 Examen medio termino Ene-May 2014 A nderson-darling Normality Test A -Squared 0.23 P-V alue M ean StDev V ariance Skew ness Kurtosis N % 40.0% 60.0% 80.0% 100.0% Minimum st Q uartile Median rd Q uartile Maximum % 60.0% 70.0% 80.0% M inimum st Q uartile M edian rd Q uartile M aximum % C onfidence Interv al for Mean 95% C onfidence Interv al for Mean % C onfidence Interv al for Median 95% C onfidence Interv al for Median % Confidence Intervals 95% C onfidence Interv al for StDev % Confidence Intervals 95% C onfidence Interv al for StDev Mean Mean Median Median 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 60.0% 62.0% 64.0% 66.0% 68.0% 70.0% 72.0% 46