Gases. Sustancias que existen como gases a 1.0 atm y 25 C. Características físicas de los gases

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César Medina Figueroa
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1 Sustancias que existen como gases a 1.0 atm y 25 C Gases Basado en Capítulo 5 de Química (Chang, 2007) Dr. Hernández-Castillo Características físicas de los gases Toman la forma y volumen de sus recipientes Son el estado mas comprimible de la materia Se mezclarán completamente si en contacto Tienen densidades mucho menores que los líquidos y sólidos Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1

Hernández-Castillo Características físicas de los gases Toman la forma y volumen de sus

2 Presión = Fuerza Area (fuerza = masa x aceleración) 10 millas 0.2 atm Unidades de Presión 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 1 atm = 760 mmhg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa 4 millas 0.5 atm Nivel del mar 1 atm Barometer Manometros usados para medir la presión de gases Aparato usado para medir la relación entre presión y volumen 5.2 Mientras P (h) aumenta V disminuye Provisto por Dr. Hernández-Castillo 2

millas 0.5 atm Nivel del mar 1 atm Barometer 5.2 5.

3 Ley de Boyle Una muestra de gas cloro ocupa un volumen de 946 ml a una presión de 726 mmhg. Cuál es la presión si el volumen es reducido a temperatura constante hasta 154 ml? P x V = constante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 1 = 726 mmhg P 2 =? P α 1/V P x V = constante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 temperatura constante cantidad constante del gas P 2 = P 1 x V 1 V 2 V 1 = 946 ml V 2 = 154 ml 726 mmhg x 946 ml = = 4460 mmhg 154 ml Variación del volumen del gas con temperatura a presión constante Ley de Charles & Gay-Lussac Mientras T aumenta V aumenta V α T V = constante x T Temperatura tiene que estar en Kelvin V 1 /T 1 = V 2 /T 2 T (K) = t ( 0 C) Provisto por Dr. Hernández-Castillo 3

P α 1/V P x V = constante P 1 x V 1 = P 2 x V 2 temperatura constante cantidad constante del gas P 2 = P 1 x V 1 V 2 V 1 = 946 ml V 2 = 154 ml 726 mmhg x 946 ml = = 4460

4 Ley de Avogadro V α número de moles (n) V = constante x n V 1 / n 1 = V 2 / n 2 Temp y Presión constante Ecuación del Gas Ideal Boyle: V α 1 (a n y T constante) P Charles: V α T (a n y P constante) Avogadro: V α n (a P y T constante V α nt P nt V = constante x = R nt P P PV = nrt R es la constante de gases 5.4 PV = nrt R = PV nt Las condiciones 0 0 C y 1 atm son llamadas Temperatura y presión estandar (TPE) (STP en ingles) Los experimentos han demostrado que a TPE, 1 mol de un gas ideal ocupa L. = (1 atm)(22.414l) (1 mol)( K) R = L atm / (mol K) d = m V Density (d) Calculations = PM RT m is the mass of the gas in g M is the molar mass of the gas Molar Mass (M ) of a Gaseous Substance M = drt P d is the density of the gas in g/l Provisto por Dr. Hernández-Castillo 4

4 PV = nrt R = PV nt Las condiciones 0 0 C y 1 atm son llamadas Temperatura y presión estandar (TPE) (STP en ingles) Los experimentos han demostrado que a TPE, 1 mol de un gas ideal ocupa 22.414 L.

5 Estequiometría y gases Ley de presiones parciales de Dalton Cuál es el volumen de CO 2 producido a 37 0 C y 1.00 atm si 5.60 g de glucosa son usados en la reacción: C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) V y T son constantes 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 V = nrt P 6 mol CO x 2 = mol CO 1 mol C 6 H 12 O 2 6 L atm mol x x K mol K = = 4.76 L 1.00 atm 5.5 P 1 P 2 P total = P 1 + P Considere un caso en el que dos gases, A and B, están en un contenedor de volumen V. P A = n ART V P B = n BRT V P T = P A + P B X A = n A es el número de moles de A n B es el número de moles de B n A n A + n B X B = n B n A + n B P A = X A P T P B = X B P T Botella llena con gas oxígeno y vapor de agua P i = X i P T Fracción molar (X i ) = n i n T 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) 5.6 P T = P O + P H O Provisto por Dr. Hernández-Castillo 5

60 g C 6 H 12 O 6 H 12 O 6 6 x 180 g C 6 H 12 O 6 V = nrt P 6 mol CO x 2 = 0.187 mol CO 1 mol C 6 H 12 O 2 6 L atm 0.187 mol x 0.0821 x 310.15 K mol K = = 4.76 L 1.00 atm 5.

6 Teoría cinético-molecular de los gases 1. Un gas está compuesto de moléculas que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las moléculas pueden considerarse como puntos, es decir, poseen masa pero tienen un volumen despreciable. 2. Las moléculas de los gases están en movimiento constante en direcciones aleatorias. Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas. 3. Las moléculas de gas no ejercen fuerzas atractivas ni repulsivas entre sí. Teoría cinético-molecular y Compresibilidad Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Avogadro Ley de presiones parciales de Dalton 4. La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas en kelvins. Cualquiera de los dos gases a la misma temperatura tendrán la misma energía cinética promedio. Aparato para estudiar la distribución de velocidades La distribución de velocidades de tres diferentes gases a la misma temperatura La distribución de velocidades de nitrógeno molecular a diferentes temperatura u rms = 3RT M Provisto por Dr. Hernández-Castillo 6

Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas. 3. Las moléculas de gas no ejercen fuerzas atractivas ni repulsivas entre sí.

7 Difusión de un gas es la mezcla gradual de moléculas de un gas con moléculas de otro gas por sus propiedades cinéticas. Efusión de un gas es el proceso mediante el cual un gas bajo presión escapa de un compartimiento a otro pasando por una abertura pequeña. r 1 M 1 M 2 = r 2 NH 4 Cl r 1 r 2 t 2 M 1 M 2 = = t 1 NH 3 17 g/mol HCl 36 g/mol Desviaciones del comportamiento ideal 1 mol de un gas ideal PV = nrt n = PV RT = 1.0 Fuerzas de repulsión Fuerzas de atracción Ecuación de Van der Waals Gas no ideal ( ) P + an 2 (V nb) = nrt V 2 } Presión corregida } Volumen corregido Provisto por Dr. Hernández-Castillo 7

r 1 M 1 M 2 = r 2 NH 4 Cl r 1 r 2 t 2 M 1 M 2 = = t 1 NH 3 17 g/mol HCl 36 g/mol Desviaciones del comportamiento ideal 1 mol de un gas ideal PV = nrt n =

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