Los siguientes son elementos que pueden existir como gases a una temperatura de 25 C y 1 atm de presión

Transcripción

1 Gases

2 Los siguientes son elementos que pueden existir como gases a una temperatura de 25 C y 1 atm de presión

3 Sustancias que existen como gases a una temperatura de 25 C y 1 atm de presión

4 Características físicas de los gases Son capaces de adquirir cualquier forma Son compresibles Pueden mezclarse con otros gases con mucha facilidad Tienen una densidad mucho menor que los solidos y los líquidos.

5 Presión de un gas Presión = Fuerza Área fuerza Fuerza = masa aceleración 1 N = Kg m/s 2 área Unidad del sistema internacional de presión 1 Pascal (Pa) = 1 N/m 2

6 Presión atmosférica 16 Km 0.2 atm 6.4 Km 0.5 atm Nivel del mar 1 atm

7 Medición de la presión atmosférica Barómetro Unidades de presión 1 atm = 760 mmhg 1 atm = 760 torr 1 Pascal (Pa) = 1 N/m 2 Presión atmosférica 1 atm = Pa mercurio

8 Medición de la presión atmosférica La presión atmosférica en la cima del monte everest es de Pa. Cual es la presión en atm? Si se lleva un barometro a la cima, cual será la altura de la columna de mercurio?. Presión atmosférica? cm mercurio

9 LEYES EMPIRICAS DE LOS GASES La relación presión-volumen Ley de Boyle

10 Ley de Boyle Cambio de volumen de un gas a temperatura constante si la presión aumenta si la presión disminuye Entonces el volumen disminuye P α 1 V P V = k Entonces el volumen aumenta P 1 V 1 = k P 2 V 2 = k P 1 V 1 = P 2 V 2 Para una cantidad fija de gas a temperatura constante

11 Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un volumen de 946 ml y se encuentra a una presión de 726 mmhg. Cuál es la presión que se necesita para que el volumen disminuya a 154 ml, si la temperatura de la muestra es constante? P 1 V 1 = P 2 V 2 P 1 = 726 mmhg V 1 = 946 ml P 2 =? V 2 = 154 ml P 2 = P 1 x V 1 V mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml

12 LEYES DE LOS GASES La relación temperatura-volumen Ley de Charles y Gay-Lussac

13 Expansión y contracción de un gas Tubo de ensayo Mercurio Gas Temperatura baja Temperatura alta Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta

14 Ley de Charles y Gay-Lussac Variación del volumen o la presión de un gas con respecto a la temperatura V α T V = kt Para una cantidad fija de gas a presión constante P α T P = kt Para una cantidad fija de gas a volumen constante V 1 T 1 = V 2 T 2 P 1 T 1 = P 2 T 2 La temperatura debe ser expresada en K K = C

15 Una muestra de monóxido de carbono en estado gaseoso se encuentra a una temperatura de 125 C. Si el volumen inicial de la muestra es de 3.2 litros, Qué temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir el volumen a 1.54 litros? 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

16 Ley de Avogadro Relación entre volumen y cantidad de gas V α n V = k n n = número de moles V 1 n 1 = V 2 n 2 A temperatura constante y presión constante

17 El amoniaco reacciona con el oxígeno para formar NO y vapor de agua. Si se utilizan 7 litros de amoniaco, cuantos litros de NO se formarán a temperatura y presión constantes? 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 4 mol NH 3 4 mol NO con temperatura y presión constantes 4 volumenes NH 3 4 volumenes NO R/ 7 Litros de NO Si se producen 12 litros de NO, cuantos litros de O 2 reaccionaron a temperatura y presión constantes? R/ 15 Litros de O 2

18 Ecuación del gas ideal Resumen de leyes de los gases Ley de Boyle: V α 1 (T y n constantes) P Ley de Charles: V α T (P y n constantes) Ley de Avogadro: V α n (P y T constantes) V α nt P R = constante universal de los gases V = R nt P PV = nrt Ecuación del gas ideal

19 Cuál es el volumen en litros que ocupan 49.8 gramos de ácido clorhídrico (HCl) a presión y temperatura estandar? T = 0 0 C = K P = 1 atm PV = nrt V = nrt P n = 49.8 g x 1 mol HCl g HCl = 1.37 mol V = L atm 1.37 mol x x K mol K 1 atm V = 30.6 L

20 El argón es un gas inerte que se usa en algunas bombillas para retrasar la vaporización del filamento. Cierto foco contiene argón a 1.2 atm de presión y cambia de temperatura desde 18 C hasta 85 C. Cuál es la presión final del argón en atm?. PV = nrt PV nt = R P 1 V 1 n 1 T 1 = P 2 V 2 n 2 T 2 n y V son constantes P 1 P 2 = T 1 T 2 P 1 = 1.20 atm T 1 = 291 K P 2 =? T 2 = 358 K P 2 = P 1 T 2 T 1 = 1.20 atm x 358 K 291 K = 1.48 atm

21 Densidad de un gas D = m V = PM RT n = m M PV = nrt m masa del gas en gramos M masa molar del gas Masa molar de un gas DRT M = D densidad del gas en g/l P

22 Un tanque de 2.1 litros contiene 4.65 gramos de un gas a 1 atm de presión a 27 C. Cuál es la masa molar del gas? M = DRT P D = m V 4.65 g = = 2.21 g 2.10 L L M = g 2.21 g L 1 atm L atm mol K x x K M = 54.6 g/mol

23 Estequiometría de los gases De acuerdo con la ley de avogadro, a la misma temperatura y presión, el número de moles de los gases está directamente relacionado con su volumen El proceso de combustion del metano es: CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (l) Si 15 L de CH 4 reaccionan, cual es el volumen de O 2 requerido para su combustion si la temperatura y la presión permanecen constantes? 2 L O 15 L CH 2 4 x = 30 L O 2 1 L CH 4

24 Estequiometría de los gases Estrategia: Cuál es el volumen de CO 2 producido a 37 C y 1 atm de presión cuando 5.6 gramos de glucosa son usados en la siguiente reacción: C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) g C 6 H 12 O 6 mol C 6 H 12 O 6 mol CO 2 V CO 2 1 mol C 5.60 g C 6 H 12 O 6 H 12 O 6 6 x 180 g C 6 H 12 O 6 6 mol CO x 2 = mol CO 1 mol C 6 H 12 O 2 6 V = nrt P L atm mol x x K mol K = = 4.76 L 1.00 atm

25 Ley de Dalton de las presiones parciales Establece que, la presion total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera sólo. V y T son constantes Al combinar los gases

26 Considerar un caso en el cual dos gases, A y B, se encuentran en un contenedor de volumen V. P A = n ART V P B = n BRT V n A es el número de moles de A n B es el número de moles de B P T = P A + P B P T = n ART V + n BRT V P T = (n A+ n B )RT V P T = n T RT V n T = numero total de moles de gas Para una mezcla de gases la P T depende sólo del número total de moles de gas presente, no de la naturaleza de las moléculas del gas.

27 Un recipiente de L contiene gas natural cuya composición es 8.24 moles de CH 4, moles de C 2 H 6, y moles de C 3 H 8. Cual es la presión total de la mezcla de gases si la temperatura es 25 ºC? P T = n T RT V n T = = 8.78 moles T = 25ºC = 298 K P T = L atm 8.78 mol x x 298 K mol K L P T = 1.37 atm

28 Siguiendo con el caso en el cual dos gases, A y B, se encuentran en un contenedor de volumen V: P A = n ART V P B = n BRT V n A es el número de moles de A n B es el número de moles de B Ahora definimos la fracción X A = molar de A o de B como: n A X n A + n B = B n B n A + n B P A = X A P T P B = X B P T P i = X i P T Fracción molar X i = n i n T La presión parcial de un gas (P i ) es igual a su fraccion molar (X i ) multiplicada por la presión total (P T ) del sistema.

29 Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de CH 4, moles de C 2 H 6, y moles de C 3 H 8. Si la presión total de la mezcla de gases es de 1.37 atm, Cuál es la presión parcial del propano (C 3 H 8 )? P i = X i P T P T = 1.37 atm X propano = = P propano = x 1.37 atm = atm Cuál es la presión parcial del etano (C 2 H 6 )? R: atm

30 Teoría cinético molecular de los gases 1. Un gas se compone de moléculas separadas por distancias muy grandes. Dichas moléculas pueden ser consideradas como puntos; es decir, su volumen puede ser despreciable. 2. Las moléculas de los gases siempre están en un contínuo movimiento desordenado y chocando en todas direcciones unas con otras.

31 Teoría cinético molecular de los gases 1. Las moléculas de los gases no ejercen fuerzas de atracción o repulsión entre ellas. 2. La energía cinética promedio de las moléculas del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Cualquier gas a la misma temperatura tiene la misma energía cinética. EC T EC = 1 mu 2 EC = energia cinética promedio m = masa u 2 = velocidad cuadrática media 2