Unidad 9:Las leyes del gas

Química

el ~78%

La atmósfera 

“océano” de gasesmezclado junto

Composición

nitrógeno (N2) ..............

oxígeno (O2) ...............

argón (Ar) ..................

dióxido de carbono (CO2)…

vapor de agua (H2O) .......

Cantidades de rastro de:

el ~21%

el ~1%

~0.04%

~0.1%Él, Ne, Rn, TAN2,

CH4, NxOx, etc.

Agotamiento de la capa de ozono

O3 el agotamiento es causado por los clorofluorocarbonos (CFCs).

Aplicaciones para los CFCs:

refrigerantes

Ozono (O3) en atmósfera superiorbloquea la luz (UV) ultravioleta de Sun.Cáncer y cataratas ULTRAVIOLETA de piel de las causas.

O3 se llena con cada huelga del relámpago.

propulsores del aerosol -- prohibido en los E.E.U.U. en 1996

CFCs

El efecto de invernadero

CO2 MOLÉCULAS

Sobre contacto con los objetos, algo de la energía de luz

se lanza     como

calor.Una energía más baja, una

luz más larga del es bloqueado por el CO2 y CH4; la energía no se escapa en

espacio; la atmósfera calienta para arriba.

Alta energía, cortocircuitola luz del pasa fácilmentea través de la atmósfera.

La energía de Sun tiene las longitudes de onda cortas () y alta energía. CO2 y metano (CH4) dejar esta luz adentro. La luz reflejada tiene más de largo y menos energía. CO2 y CH4 (“gases de efecto invernadero ") prevenirluz reflejada del escape, así calentando la atmósfera.

Porqué más CO2 en atmósfera¿ahora que hace 500 años?

___________ del ________________

--

--

--

--

--

--

--

quema de combustibles fósiles tala de árboles

urbanización irregular

faunaáreas

selvas tropicales

carbón

petróleo

gas natural

madera

*El burning del etanolno retardará efecto de invernadero.

¿Qué podemos hacer?

1. Reducir la consumición de combustibles fósiles.

En el país:

En el camino:

2. Organizaciones ambientales de la ayuda.

3. Confiar en fuentes de energía alternas.

aislar a casa; funcionar con el lavaplatos lleno;evitar a temp. extremos (aire/acondicionado y

horno);lavar la ropa en “se calientan,” no “caliente”

bike en vez de la impulsión;carpool; vehículos económicos de energía

solar, energía eólica,energía hidroeléctrica

La teoría molecular cinética (KMT)

--

-- repartos con las partículas “ideales” del gas…

1.… ser tan pequeño que son   asumido para tener volumen cero

2.… estar en el movimiento constante, rectilíneo

3.… colisiones elásticos de la experiencia en las cualesno se pierde ninguna energía

4.… no tener ninguna fuerza atractiva o repulsiva hacia

5.… tener una energía cinética media (KE) que seaproporcional al temp absoluto. del gas(es decir, temp de Kelvin.)

explica porqué los gases se comportan como hacen

como Temp. , KE

Teoría “trabajos,” excepto enaltas presiones y temps bajos.

(fuerzas atractivashacer significativo)

N2 puede ser bombeada enneumáticos para aumentar vida del neumático

KMT “trabaja”

nitrógeno líquido (N2);el gas condensa en

un líquido en - 196oC

Comienzo de KMT a analizar

- 196oC

H2Ocongela

37oC 100oC0oC

H2Oebulliciones

cuerpotemp.

líquidoN2

** Dos gases w/same # de partículas y en igualestemp. y la presión tiene la misma energía cinética.

KE se relaciona con la masa y la velocidad (KE = el ½ m v2).

Partículas más masivas del gases el _____ que

menos gas masivopartículas (en promedio).

 = ½

 = ½

m1

m2

v1

v2

KE1

KE2

2

2

igualestemp.

Para guardar a la misma KE, como m, v debeO como m, v debe.

más lento

(2 g/mol)

Distribución de la Partícula-Velocidad

(varios gases, el mismo T y P)#

depa

rtíc

ulas

Velocidad departículas (m/s)

(LENTO) (RÁPIDO)

CO2

(28 g/mol)

N2

H2

(44 g/mol)CO2

N2

H2

Distribución de la Partícula-Velocidad

(el mismo gas, el mismo P,

varia T)

# de

part

ícul

as

Velocidad departículas (m/s)

(LENTO) (RÁPIDO)

O2 @ 10oC

O2 @ 50oC

O2 @ 100oC

O2 @ 10oC

O2 @ 50oC

O2 @ 100oC

Ley de Graham

Considerar dos gases en el mismo temp.

Gas 1: KE1 = ½ m1 v12 Gas 2: KE2 = ½ m2 v2

2

Desde temp. es igual, entonces…KE1 = KE2

½ m1 v12 = ½ m2 v2

2 m1 v12 = m2 v2

2

Dividir ambos lados por m1 v22…

2

21

222

2112

21 v m

1v mv m

v m

1

1

22

2

21

mm

v

v

Tomar sq. rt. de ambos lados para conseguir la ley de Graham:

1

2

2

1

mm

vv

** Para utilizar la ley de Graham, ambos gasesdebe estar en el mismo temp.

difusión: efusión: movimiento de la

partículade colmo abajo conc.

Para los gases, índices de difusión

y la efusión obedece la ley de Graham:

difusión del gaspartículas a

travésuna abertura

MOVIMIENTO NETO

más masivo = retardarse;menos masivo = rápido

MOVIMIENTO NETO

inaplicable, tande largo como ellosson iguales

En avg., el dióxido de carbono viaja en 410 m/s en 25oC.Avg del hallazgo. velocidad de la clorina en 25oC.

1

2

2

1

mm

vv

2

2

2

2

Cl

CO

CO

Cl

m

m

v

v

(CO2)

(Cl2)

7144

410

v 2Cl

7144

410 v2Cl = 320 m/s

** Indirecta: Poner lo que usted está mirando     para en el numerador.

(la álgebraes más fácil)

En cierto temp., el gas del flúor viaja en582 m/s y un gas noble viaja en394 m/s. ¿Cuál es el gas noble?

Él2

4.003

Ne10

20.180

AR18

39.948

Kr36

83.80

Xe54

131.29

Rn86

(222)

1

2

2

1

mm

vv

(F2)

2

2

F

unk

unk

F

mm

v

v

38m

394582

unk

2

milímetro = 38 g/mol

394582

38 munk = 82.9 g/mol

la mejor conjetura = Kr

38m

394582 unk

Él2

4.003

Ne10

20.180

AR18

39.948

Kr36

83.80

Xe54

131.29

Rn86

(222)

1

2

2

1

mm

vv

4

4

CH

unk

unk

CH

mm

v

v

16

m 1.58 unk2

milímetro = 16 g/mol

2unk (1.58) 16 m = 39.9 g/mol

AR

16m

1

1.58 unk

CH4 ¿mueve 1.58 veces más rápidamente que que gas noble?

“AR?”

¡“Aahhrrrr! ¡Buckets sangre de o'!Limpiar a de decks, perros del escorbuto de YE!”

Ne2

¿o AR?

milímetro = 36.5 g/mol

Ácido clorhídrico y NH3 se lanzan en la misma hora deextremos contrarios del tubo horizontal de 1.20 m.¿Dónde los gases se encuentran?

Ácido clorhídrico

NH3

más masivo

viaja más lento

milímetro = 17 g/mol

menos masivo

recorridos más rápidamente

A B C

A

Presión de gas

La presión ocurre cuando es una fuerzadispersado sobre una superficie dada. A

FP

Si F actúa sobre una área extensa…

Pero si F actúa sobre una pequeña área…

F

A= P

 AP=

F

(e.g., su peso)

= 1.44 x 106 en2

En el nivel del mar, la presión de aire es presión estándar:

1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hectogramo = 14.7 lb/in2

= 2 x 107 libra.

lb. 2000ton 1

Fuerza del hallazgo de la presión de aireactuación en un béisbolencerado del campo…

100 pies.100

pies.

ft 1in 12

2

F = P A = 14.7 lb/in2 (1.44 x 106 en2)

F = 2 x 107 libra. = 10.000 toneladas

Llave: Los gases ejercen la presiónen todas las direcciones.

A = 10.000 pies2A = 10.000 pies.pie

Cambios de la presión atmosférica con altitud:

Como altitud, presión.

barómetro: dispositivo a la medidapresión de aire

vacío

airepresión

mercurio

(Hectogramo)

Principio de Bernoulli

Para // que viaja flúido a una superficie:

LÍQUIDOO GAS

--Líquidos rápidosejercer la presión del ____

--Líquidos de movimiento lentoejercer la presión del ____

AYUNAR

RETARDARSE

BAJO

ALTO

ALTO P

P BAJO

REDFUERZA

azotea en huracán

LENTO

RÁPIDO

P BAJO

ALTO P

ala del aeroplano/propulsor del helicóptero

AIREPARTÍCULAS

RÁPIDO

LENTO

El resultar

Fuerzas

(BERNOULLI' S

PRINCIPIO)(GRAVEDA

D)

disco volador

ALTO P

P BAJO

P RÁPIDO, BAJO

P LENTO, ALTO

CORTINA

cortina de ducha del arrastramiento

ALTO PLENTOFRÍO

P BAJORÁPID

O

CALIENTE

ventanas yfuertes vientos

RÁPIDO

LENTO

ventanasexplosión

hacia fuera

EDIFICIO ALTO

P BAJO

ALTO P

Presión y temperatura

STP (temperatura estándar y presión)

presión estándar de la temperatura estándar

0oC273 K

Ecuaciones/factores de conversión:

K = oC + 273

1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hectogramo

1 atmósferakPa 101.3760 milímetros hectogramo

= kPa 138.8

Convertido 25oC a Kelvin.

¿Cuánto el kPa es 1.37 atmósferas?

K = oC + 273

1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hectogramo

K = oC + 273 = 25 + 273 = 298 K

1.37 atmósferas

atm 1kPa 101.3

¿Cuánto milímetro hectogramo es el kPa 231.5?

= 1737 milímetros hectogramokPa 231.5

kPa 101.3Hg mm 760

mide la presiónde un gas confinado

manómetro:

CONFINADOGAS

AIREPRESIÓN

Hectogramo de ALTURA

DIFERENCIA

PEQUEÑO + ALTURA = GRANDE

diferencialmanómetro

los manómetros pueden ser llenadoscon cualesquiera de varios líquidos

La presión atmosférica es el kPa 96.5;la diferencia de la altura del mercurio es233 milímetros. Gas confinado hallazgopresión, en la atmósfera.

Atmósfera X

kPa 96.5

233 milímetros

hectogramo

B

kPa 96.5

S

Hg mm 760atm 1

PEQUEÑO + ALTURA = GRANDE

kPa 101.3atm 1

0.953 atmósferas 0.307 atmósferas+ =1.26 atmósferas

233 milímetros hectogramo+ Atmósfera X =

= 22.4 L

La ley de gas ideal P V = n R T

P = pres. (en kPa)

V = vol. (en L o el dm3)

T = temp. (en K)

n = # de topos del gas (mol)

R = constante de gas universal = 8.314 L-kPa/mol-k

oxígeno de 32 g en 0oC está debajo del kPa 101.3 de la presión.Volumen de muestra del hallazgo.

P V = n R TT = 0oC + 273 = 273 K

3.101(273) (8.314) mol 1

2O g 32 n

2

2

O g 32O mol 1

mol 1.0 P P

PT R n

V

kPa 54.0

0.25 dióxidos de carbono de g llenan 350 mlenvase en 127oC. Presión del hallazgoen el milímetro hectogramo.

= 54.0

P V = n R T

T = 127oC + 273 = 400 K

35.0(400) (8.314) 0.00568

2CO g 0.25 n

2

2

CO g 44CO mol 1

mol 0.00568

V V

VT R n

P

V = 0.350 L

kPa

kPa 101.3Hg mm 760 = 405 milímetros hectogramo

P, V, relaciones de T

En P constante, como gas T, su _ de V.

En P constante, como gas T, su _ de V.

globo colocado en nitrógeno líquido

(T disminuye a partir del 20oC - a 200oC)

P, V, relaciones de T (cont.)

En V constante, como gas T, su _ de P.

En V constante, como gas T, su _ de P.

neumático soplado-hacia fuera del carro

P, V, relaciones de T (cont.)

En T constante, como P en el gas, su _ de V.

En T constante, como P en el gas, su _ de V.

Los gases se comportan un poco como gato-en-caja (o pequeño-hermano-en--caja)

P1V1 = P2V2

La ley combinada del gas

P = pres. (cualquie unidad) 1 = condiciones inicialesV = vol. (cualquie unidad) 2 = condiciones finalesT = temp. (k)

Un gas tiene vol. 4.2 L en el kPa 110. Si temp. es constante,pres del hallazgo. del gas cuando el vol. cambia a L. 11.3.

2

22

1

11

T VP

T VP

2

22

1

11

T VP

T VP

110 (4.2) = P2(11.3)

P2 = 40.9 kPa

11.311.3

Temp original. y los vol. del gas son 150oCy 300 dm3. El vol. final es 100 dm3.Encontrar a temp final. en oC, asumiendopresión constante.

2

22

1

11

T VP

T VP

2

2

1

1

TV

TV

423 K

2T100

423300

300 (T2) = 423 (100)

T2 = 141 K

300300

T2 = - 132oC

Una muestra de metano ocupa 126 cm3 en - 75oCy 985 milímetros hectogramo. Encontrar su vol. en STP.

2

22

1

11

T VP

T VP

198 K

198

(126) 985273

)(V 760 2

985 (126) (273) = 198 (760) (V2)

198 (760) 198 (760)

V2 = 225 cm3

Los investigadores en U de AK, Fairbanks, dicenel metano ha emergido en el ártico debido acalentamiento del planeta. Este metano podríaexplicar el hasta 87% de observadopunto en metano atmosférico.

Densidad de gases

Fórmula de la densidad para cualquie sustancia:

Para una muestra de gas, la masa es constante, pero pres.y/o temp. vol. del gas de la causa de los cambios al cambio.Así, su densidad cambiará, también.

ORIG. Vol.

Vm

D

NUEVO VOL.

ORIG. Vol. NUEVO VOL.

Si V (debido a P o a T),entonces… D

Si V (debido a P o a T),entonces… D

Densidad de gasesEcuación:

22

2

11

1

D TP

D TP ** Como siempre,

Los t deben estar en el K.

Una muestra de gas tiene densidad 0.0021 g/cm3 en - 18oCy 812 milímetros hectogramo. Densidad del hallazgo en 113oCy 548 milímetros hectogramo.

812 (386) (D2) = 255 (0.0021) (548)

22

2

11

1

D TP

D TP

255 K386 K

812(0.0021)

=255

548(D2)386

D2 = 9.4 x 10- 4 g/cm3

(386)812 (386)812

Un gas tiene densidad 0.87 g/l en 30oC y kPa 131.2.Densidad del hallazgo en STP. 303 K

131.2 (273) (D2) = 303 (0.87) (101.3)

22

2

11

1

D TP

D TP 131.2

(0.87)=

303101.3

(D2)273

D2 = 0.75 g/cm3

(273)131.2 (273)131.2

Densidad del hallazgo del argón en STP.

Vm

D L 22.4g 39.9

Lg

1.78

Densidad del hallazgo del dióxido de nitrógenoen 75oC y 0.805 atmósferas.

348 K NO2

D de NO2 @ STP… Vm

D L 22.4

g 46

Lg

2.05

1 (348) (D2) = 273 (2.05) (0.805)

22

2

11

1

D TP

D TP 1

(2.05)=

2730.805

(D2)348

D2 = 1.29 g/l

(348)1 (348)1

NO2 participa en reaccionesese resultado en la niebla con humo (sobre todo O3)

Un gas tiene la masa 154 g y densidad 1.25 g/l en 53oCy 0.85 atmósferas. Lo hace qué vol.¿la muestra ocupa en STP?

326 K

Hallazgo D @ STP…

0.85 (273) (D2) = 326 (1.25) (1)

22

2

11

1

D TP

D TP 0.85

(1.25)=

3261

(D2)273

D2 = 1.756 g/l(273)0.85 (273)0.85

Hallazgo vol. cuando el gas tiene esa densidad.

22 V

m D

22 D

m V = 87.7 L

g/L 1.756g 154

Ley de Dalton de la presión parcial

En una mezcla gaseosa, un gasla presión parcial es lael gas ejercería si erapor sí mismo en el envase.

El cociente de topo en una mezcla delos gases determinan cada gaspresión parcial. John Dalton (1766-1844)

Puesto que el aire es el ~80% N2, (es decir, 8 fuera de topos de cada 10 aire-gases esun topo de N2), entonces la presión parcial de N2 explica el ~80%de la presión de aire total.

En el nivel del mar, donde kPa de P ~100, N2 explica el kPa ~80.

Presión total de la mezcla (3.0 mol él y 4.0 mol de Ne)es el kPa 97.4. Encontrar la presión parcial de cada gas.

kPa 97.4 gas mol 7He mol 3

PHe

= kPa 41.7

kPa 97.4 gas mol 7Ne mol 4

PNe

= kPa 55.7

Ley de Dalton: la presión total ejercida por una mezcla   de gases está la suma de todas las presiones parciales

PZ  = PA, Z  + PB, Z  +  …

80.0 g cada uno de él, de Ne, y de AR están en un envase.La presión total es 780 milímetros hectogramo. Encontrar cada gaspresión parcial.

g 4mol 1

80 g él = 20 mol él

g 20mol 1

Ne de 80 g = 4 mol de Ne

g 40mol 1

80 g AR = 2 mol de AR

Total:26 mol

PÉl = 20/26

del total

PNe = 4/26

del total

PAR = 2/26

del total

PÉl = 600 milímetros hectogramoPNe = 120 milímetros hectogramoPAR  = 60 milímetros hectogramo

Presión total es 780

milímetros hectogramo

Dos 1.0 L envases, A y B, contienen los gases debajo2.0 y 4.0 atmósferas, respectivamente. Ambos gases son forzadosen el envase Z (w/vol. 2.0 L). Encontrar los pres totales. demezcla en el Z.

A B Z

PX VX VZ PX, Z

A

B

2.0 atmósferas

4.0 atmósferas

1.0 L

1.0 L2.0 L

1.0 atmósferas

2.0 atmósferas

=

PRESIONESEN ORIG.ENVASES

VOLÚMENESDE ORIG.ENVASES

VOLUMENDEL FINAL

ENVASE

PARCIALPRESIONES ADENTRO

ENVASE FINAL

PRESIÓN TOTAL EN EL ENVASE PASADO 3.0 atmósferas

1.0 L2.0 atmósferas

1.0 L4.0 atmósferas

2.0 L

Encontrar la presión total de la mezcla en el Z.

PX VX VZ PX, Z

A

B

C

A B  ZC

 1.3 L 2.6 L 3.8 L 2.3 L3.2 atmósferas 2.7 de la atmósfera 1.4 atmósfera x atmósfera

3.2 atmósferas 1.3 L2.3 L

1.81 atmósferas

1.4 atmósferas 2.6 L 1.58 atmósferas

2.7 atmósferas 3.8 L 4.46 atmósferas

7.85 atmósferas

=

Estequiometría del gas

Encontrar el gas de hidrógeno del vol. hecho cuando el cinc de 38.2 g reaccionaácido hidroclórico de w/excess. kPa Pres.=107.3;temp.= 88oC.

Zn (s) + 2 ZnCl del ácido clorhídrico (aq)2 (aq) + H2 (G)

exceso V del Zn de 38.2 g = X L H2

Zn g 65.4Zn mol 1

Zn mol 1H mol 1 2Zn de 38.2 g = 0.584 mol de H2

P = kPa 107.3T = 88oC 361 K

¡No en STP!

P V = n R T = 16.3 L3.107

(361) (8.314) 0.584

PT R n

V

Zn H2

Qué magnesio sólido total es el req' d a reaccionar w/250 mldióxido de carbono en 1.5 atmósferas y 77oC para producir el sólido¿óxido de magnesio y carbón sólido?

2 magnesio (s) + CO2 MgO del 2 del (G) (s) + C (s)

Magnesio de X g V = 250 ml P = 1.5 atmósferas

T = 77oC

T R VP

n

0.013 mol de CO2

P V = n R T

)350(314.8(0.25) 151.95

2CO mol 1Mg mol 2

= 0.63 magnesios de g

Mg mol 1Mg g 24.3

= 0.013 mol de CO2

0.25 L

kPa 151.95350 K CO2Magnesio

Presión de vapor

-- una medida de la tendencia para las partículas líquidas   para incorporar fase de gas en un temp dado.

-- una medida de “viscosidad” de partículas líquidas   el uno al otro

más“pegajo

so”

menos probablement

e avaporizarse

En general:V.p BAJO.

no muy“pegajo

so”

más probablement

e avaporizarse

En general:ALTO v.p.

0 20 40 60 80  1000

 20

 40

 60

 80

 100

NO todos los líquidos tienen mismo v.p en el mismo temp.

TEMPERATURA (oC)

PR

ES

IÓN

 (kP

a)

CLOROFORMO

ETANOL

AGUA

las sustancias del __________ se evaporan fácilmente(tener alto v.p. ' s).

EBULLICIÓN

Volátil

presión de vapor = presión que confina

(generalmente deatmósfera)

En el nivel del mar y 20oC…

AGUA

PRESIÓN DE AIRE(kPa ~100)

ETANOL

VAPORPRES.

(kPa ~5)

V.P.(kPa ~10)

REDPRESIÓN(kPa ~95)

REDPRESIÓN(kPa ~90)

h

h

TP V

h

h