Prof. Claudimar Camejo Abreu
GAS
LÍQUIDO
SÓLIDO
Form Forman an mezc mezcla lass ho homo mogé géne neas as sin sin im impo port rtar ar la iden identi tida dad d ni pro proporc porcio ione ness relat elatiivas vas de lo loss gas gases com compon ponent entes de la mezc mezclla. Las partículas ulas de los gase ases son independientes unas de otras, están separadas por enor enorme mess dist distan anci cias as con con rela relaci ción ón a su tama tamaño ño.. Son Son expa expans nsib iblles y comp compre resi sibl blees. Tien Tiende den n a ocup ocupar ar todo odo el vol volumen umen del del recip ecipie ient ntee que los contiene y a adoptar la forma del mismo. Sus densidades son muy pequeñas y varí arían con la temperatura y la presión.
Las partículas de un gas se encuentran en constante movimiento en línea recta y cam cambian bian de dir direcci ección ón cuan cuando do choc chocan an ent entre ella ellass y con con las las pare pared des del del reci ecipien pientte.
Experimento de Torricelli (barómetro)
Presión atmosférica: fuerza que ejerce la atmósfera (moléculas del aire) sobre la superficie de la tierra. P =
F A
Manómetro
MAGNITUDES UNIDADES Cantidad de sustancia (n) mol Volumen (V) L o m3 Presión (P) 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr = 1,01325 bar = 101.325 Pa Temperatura (T) K = ºC + 273
La ley de Boyle establece que la presión de una cantidad fija de gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen del gas.
V
1 P
P (mmHg) V (mL) (a)
760
60
(b)
1520
30
Ley de Boyle
V
1 P
A temperatura constante
La ley de Charles establece que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. V
Alta temperatura
T
Baja temperatura
La ley de Avogadro establece que el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional al número de moles en la muestra a presión y temperatura constantes. V
n
3 moléculas
+
1 molécula
2 moléculas
3 moles
+
1 mol
2 moles
3 volúmenes
+
1 volumen
2 volúmenes
La ley de Avogadro establece que el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional al número de moles en la muestra a presión y temperatura constantes.
El amoniaco reacciona con el oxígeno para formar NO y vapor de agua. Si se utilizan X litros de amoniaco, ¿cuantos litros de NO se formarán a temperatura y presión constantes?
4NH3 + 5O2 1 mol NH3
4NO + 6H2O 1 mol NO
con temperatura y presión constantes… 1 volumen NH3
1 volumen NO
Las leyes de los gases se pueden combinar en una ecuación general describe el comportamiento físico de todos los gases. V
1
V
P
Ley de Boyle
Ley de Charles V
V
R
T
n
Ley de Avogadro
nT P
nT P
V
reordenando
PV = nRT
Condiciones estándar: 273,15 K (0ºC) y 1 atm.
R es la constante de proporcionalidad, denominada constante de los gases.
Enfriamiento a volumen constante:
Calentamiento a volumen constante: incremento de la
Enfriamiento a presión constante:
Calentamiento a presión constante: incremento del
La presencia de moléculas adicionales causa un incremento en la temperatura.
Relaciones a partir de la ecuación del gas ideal. P 1V 1 = P 2V 2 T = ctte V1
PV = nRT
T1
V 2 T 2
P = ctte V1 n1
V 2 n2
P1V1 n1T1
P2V2 n2T2
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 x V = constante P1 x V 1 = P2 x V 2
P2 =
P1 = 726 mmHg
P2 = ?
V 1 = 946 mL
V 2 = 154 mL
P1 x V 1 V 2
=
726 mmHg x 946 mL = 4460 mmHg 154 mL
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
V 2 = 1.54 L
T 1 = 398.15 K
T 2 = ?
T 1 = 125 (0C) + 273,15 (K) = 398,15 K T 2 =
V 2 x T 1 V 1
=
1.54 L x 398,15 K 3,20 L
= 192 K
¿Cuál es el volumen en litros que ocupan 49,8 gramos de ácido clorhídrico (HCl) a presión y temperatura normales?
T = 0 ºC = 273,15 K PV = nRT V=
nRT P
P = 1 atm n = 49,8 g x
1 mol HCl = 1,37 mol 36,45 g HCl
1,37 mol x 0,0821 L· atm x 273,15 K mol· K V = 1 atm V = 30,6 L
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 si el volumen del sistema es constante?
PV = nRT
n, V y R son constantes
nR P = = constante T V P1 P2 = T 1 T 2
P1 = 1.20 atm P2 = ? T 1 = 291 K T 2 = 358 K
T 2 = 1,20 atm x 358 K = 1,48 atm P2 = P1 x 291 K T 1
Densidad de los gases y masa molar.
PV = nRT
El propileno es un producto químico importante. Se utiliza en la síntesis de otros productos orgánicos y en la obtención de plásticos. Un recipiente de vidrio pesa 40,1305 g limpio, seco y hecho al vacío; 138,2410 g cuando se llena con agua a 25,0 C (ρ = 0,9970 g/cm3); y 40,2959 g cuando se llena con gas propileno a 740,3 mmHg y 25,0 °C. ¿Cuál es la masa molar del propileno? °
Volúmenes de gases en reacciones químicas.
¡No existe una ley empírica de los gases que se enfoque en la relación entre n y P!
PV = nRT
reordenando
El cambio de presión en el recipiente de reacción puede ser utilizado para determinar cuántos moles de reactante gaseoso se han consumido.
La azida de sodio, NaN3, se descompone a alta temperatura obteniéndose N2(g). Con los dispositivos adecuados para iniciar la reacción y retener al sodio metálico que se forma, esta reacción se utiliza en los sistemas de seguridad de bolsa de aire (air-bag). ¿Qué volumen de N2(g), medido a 735 mmHg y 26 C, se obtiene cuando se descomponen 70,0 g de NaN3? °
2 NaN3(s) → 2 Na(l) + 3 N 2(g)
La ley de las presiones parciales de Dalton establece que la presión total ejercida por una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales ejercidas por cada componente de la mezcla.
Ptotal =
P i
Presiones parciales y fracciones molares.
La fracción molar (X) es un número adimensional que expresa la relación entre el número de moles de un componente y el número total de moles de la mezcla.
Una muestra de gas natural contiene 8,24 moles de CH 4, 0,421 moles de C2H6, y 0,116 moles de C3H8. Si la presión total de los gases es de 1,37 atm, ¿Cuál es la presión parcial del propano (C 3H8)?
Pi = X i PT
PT = 1,37 atm
0.116 X propano = 8,24 + 0,421 + 0,116
= 0,0132
Ppropano = 0,0132 x 1,37 atm = 0,0181 atm
Obtención de gases sobre agua.
Cuando se colecta gas sobre agua, la presión total es la mezcla de la presión de vapor del agua y la presión de vapor del gas. P total = P gas + P VH 2O
Una muestra de KClO3 se descompone parcialmente en KCl y O2. El O2 gaseoso se captura sobre agua en un dispositivo como el de la diapositiva anterior. El volumen obtenido de gas es 0,250 L a 26 ºC y una presión de 765 torr. a) ¿Cuántos moles de O2 se obtienen?, b) ¿cuántos g de KClO3 se descompusieron?. (PVH2O= 25 torr) a) 9,22 x 10-3 mol O2 b) 8,11 g KClO3
Los gases están formados por partículas separadas enormemente en comparación a su tamaño. El volumen de las partículas del gas es despreciable frente al volumen del recipiente. Las partículas están en movimiento continuo y desordenado chocando entre sí y con las paredes del recipiente, lo cual produce la presión. Los choques son perfectamente elásticos, es decir, en ellos no se pierde energía (cinética). La energía cinética media es directamente proporcional a la temperatura.
La temperatura absoluta de un gas es una medida de la energía cinética promedio de sus moléculas.
La presión depende de la fuerza y la frecuencia con la que las moléculas chocan con las paredes.
La difusión es la mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro gas en virtud de sus propiedades cinéticas.
La efusión es el proceso mediante el cual un gas bajo presión se escapa de un compartimiento de un contenedor a otro atravesando por un pequeño orificio
Los gases reales solo cumplen la ecuación del gas ideal a temperaturas elevadas y a presiones bajas
n2a (P + 2 ) (V − nb) = nRT V
El cianógeno, un gas altamente tóxico, se compone de 46,2% de C y 53,8 % de N por masa. A 25 ºC y 751 torr, 1,05 g de cianógeno ocupa 0,500 L. a) Determine la fórmula molecular del cianógeno. b) Prediga su estructura molecular. c) Prediga la polaridad del compuesto. a) C2N2 b) Lineal c) No polar
Gráfica de la ley Boyle-Mariotte P [Pa]
isoterma PV
C
V [m3]
Gráfica de la ley de Charles
P [Pa]
isobara
V T
C
V [m3]
Gráfica de la ley de Gay Lussac P [Pa]
a r o c o s i
P T
C
V [m3]