atmosferes i oceans 1 química en context

Atmosferes i oceans 1 Química en context Aquesta proposta s’acull a una llicència Creative Commons BY-NC-SA.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/deed.ca

AO 0

Pàg.

7

Atmosferes i oceans

Tità, una lluna de Saturn que s’assembla a la Terra

Exploració inicial. Apropiació d’objectius i de la unitat AO.

AO 1 Atmosferes planetàries

AO1.1 8 Per què a l’atmosfera d’alguns planetes no hi ha hidrogen?

Composició de les atmosferes dels planetes. Teoria cinètico-molecular dels gasos.

Relació entre la temperatura i l'energia cinètica mitjana de les molècules d'un gas.

AO1.2 14 Efusió dels gasos Determinació experimental de la velocitat d’efusió dels gasos. Llei d’efusió de Graham.

AO 1.3 15 Difusió dels gasos: amoníac vs clorur d’hidrogen

Interpretació de les velocitats de difusió dels gasos a partir de la seva massa




Predicció de la velocitat de difusió. Llei de difusió de Graham.

molecular.

AO 1.4 17 Què hem après?

AO 1 Atmosferes planetàries




AO 1.1 Per què a l’atmosfera d’alguns planetes no hi ha hidrogen? Pàg.8




AO1.2 Efusió dels gasos pàg.14




AO 1..3 Difusió de gasos pàg.15




AO 1.4 Què hem après? pàg.17




AO 0 Tità, una lluna de Saturn que s’assembla a la Terra

Activitat 1 Feu 3 grups i cada grup llegirà un dels articles que teniu a continuació sobre la informació recollida per una sonda que va viatjar a Tità, una lluna de Saturn que s’assembla a la

Terra en la qual podria haver vida. Feu una resum de les idees clau de cada article i expliqueu-les a la resta de grups.

Article 1: http://www.elmundo.es/elmundo/2012/06/28/ciencia/1340880583.html

Article 2: http://elpais.com/diario/2005/02/09/futuro/1107903601_850215.html

Article 3:http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/un-oceano-en-titan-tan-salado-como-el-mar-rojo-251404473467

Activitat 2 Els mars de Tità es coneixen des del 2005. Feu una cerca a Internet sobre si existeixen onades als mars de metà de Tità. Atenció, mireu la data de la vostra font d’informació

perquè recentment hi ha hagut nous descobriments.

Activitat 3 En el següent vídeo, uns alumnes de l’Escola Pia de Sitges han gravat reaccions

químiques sobre els components de l’atmosfera de diferents planetes. Feu un resum del vídeo en forma de taula amb 4 columnes: planeta que modelitza, què fan els alumnes, què és el que passa, perquè passa.

http://www.youtube.com/watch?v=1tBbtePI5Mk


http://www.elmundo.es/elmundo/2012/06/28/ciencia/1340880583.html

http://elpais.com/diario/2005/02/09/futuro/1107903601_850215.html

http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/un-oceano-en-titan-tan-salado-como-el-mar-rojo-251404473467

http://www.muyinteresante.es/ciencia/articulo/un-oceano-en-titan-tan-salado-como-el-mar-rojo-251404473467

http://www.youtube.com/watch?v=1tBbtePI5Mk



AO 1.1 Per què a l’atmosfera d’alguns planetes no hi ha hidrogen?

La taula següent mostra el que es coneix actualment de les atmosferes dels planetes.

La sonda Voyager-2, (figura 1), ha estudiat amb mètodes espectroscòpics la composició dels planetes gegants exteriors.

Només a la Terra l’atmosfera és rica en oxigen, encara que no sempre ha tingut aquesta

composició. La primera atmosfera va desaparèixer durant els cataclismes de la vida primerenca del Sistema Solar. L'atmosfera posterior contenia composts com CO2, CH4 i NH3 que bombollejaven en la superfície terrestre. Tres mil milions d'anys després havia molt poc oxigen a l'atmosfera. Però quan les primeres plantes simples van aparèixer, van començar a produir oxigen mitjançant la fotosíntesi. Quan la concentració d'oxigen va superar el 10% en volum, van començar a evolucionar els animals primitius, emprant l'oxigen per a respirar. Des de llavors, la respiració i altres processos consumeixen l'oxigen a mesura que es produeix i la concentració d'oxigen roman en un 21% aproximadament. Si en un futur proper la humanitat es proposa colonitzar Mart, la seva atmosfera no permet la vida animal tal com és, ara, a la Terra; però l’elevada concentració de CO2 suggereix que el procés que va tenir lloc en el nostre planeta es podria activar allà.

Una de les finalitats de la ciència és poder descriure els fenòmens, relacionant quantitativament les variables que intervenen en ells. Quan aquesta descripció es generalitza es transforma en l'enunciat d'una llei, que es formula matemàticament. El que es pretén és arribar a un model general simple que serveixi per interpretar un gran nombre de lleis experimentals sota les mateixes hipòtesis. El model com a sistema explicatiu és la base de tota teoria.

Planeta Composició de l’atmosfera (% en volum)

Venus CO2: 96,5 %; N2: 3,4 %; SO2: 0,0150%

Terra N2: 78%; O2: 21%; Ar: 0,9%; CO2: 0,036%

Mart CO2: 95,3 %; N2: 2,7%; Ar: 1,6%; CO: 0,07% ; H2O: 0,030%

Júpiter H2: 92,6%; He: 3,25% petites quantitats de CH4; NH3 i H2S

Saturn H2: 92,6%; He: 3,25%

Urà Majoritàriament H2 i He. A les capes més profundes en forma sòlida: H2O; NH3; CH4

Neptú En les capes més externes: H2: 80%; He: 19%; Taula 1: Composició de l’atmosfera dels planetes del Sistema Solar.

Figura 1: El Voyager 2 La sonda que ha subministrat informació sobre les atmosferes dels planetes gegants. Es va llançar el 20 d’agost de 1977. El 2 d’octubre de 1989 va sortir definitivament del nostre Sistema Solar i ara continua el seu viatge interestel·lar. La seva font d’energia per alimentar

el sistema és òxid de plutoni. El febrer de 2013 encara continuava enviant dades. Més informació a: http://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_2


http://en.wikipedia.org/wiki/Voyager_2



La teoria cinètico-molecular dels gasos

En la unitat El futur del petroli de primer de batxillerat, veu estudiar i aplicar numèricament algunes lleis experimentals dels gasos, però no les heu estudiat teòricament. Una vegada analitzades les propietats que presenten els gasos, podríem preguntar-nos perquè els gasos es comporten així.

Un model explicatiu vàlid el proporciona la teoria cinètico-molecular, que es va desenvolupar a la fi del segle XIX i va donar una explicació unitària de totes les lleis dels gasos.

Les hipòtesis de la teoria cinètico-molecular dels gasos (TCM) es poden concretar en els punts següents:

Interpretació de la pressió i de la temperatura segons la teoria cinètico-molecular

Les hipòtesis anteriors constitueixen un model per un gas ideal. Es poden aplicar les lleis de la física clàssica a les partícules del gas com si es tractessin de punts materials. A partir d’aquestes

lleis es pot deduir la fórmula teòrica següent per la pressió d'un gas:

𝑃 =1

3(

𝑁

𝑉) 𝑚𝑣𝑚

2

on m és la massa, N és el nombre de partícules que es troben en un volum V, i vm és la velocitat molecular mitjana. S'ha de tenir en compte que no totes les partícules es mouen a la mateixa velocitat i, per tant, cal considerar una velocitat molecular mitjana.

1. Constitució: Els gasos estan constituïts per partícules molt petites (àtoms o molècules).

2. Grandària de les partícules: Les partícules són extraordinàriament petites en comparació amb distància que les separa i amb la grandària del recipient, per la qual cosa, poden ser considerades com a punts materials, és a dir, partícules amb massa però sense volum.

3. Nombre de partícules: Per petit que sigui el volum del gas, aquest està constituït per un gran nombre de partícules (àtoms o molècules).

4. Moviment molecular: Les partícules de gas es mouen contínuament i xoquen entre elles i amb les parets del recipient.

5. Distribució uniforme. Com el moviment de les partícules és totalment a l'atzar, totes les direccions són igualment probables.

6. Naturalesa de les col·lisions : Tots els xocs són perfectament elàstics. Això vol dir que es conserva l'energia total de les partícules.

7. Forces intermoleculars. Les partícules no exerceixen cap força entre elles, excepte quan xoquen.




D'acord amb aquesta equació, la pressió d'un gas depèn de la concentració molecular N/V, de la massa m de les molècules del gas i del quadrat de la velocitat mitjana de les molècules, v2.

Temperatura i energia cinètica mitjana

L’energia cinètica mitjana per partícula és: 𝐸𝑐 =1

2𝑚𝑣2

Per tant, el valor de la pressió en funció de l’energia cinètica mitjana per partícula és:

𝑃 =2

3(

𝑁

𝑉) 𝐸𝑐

Aquesta equació ens diu que la pressió és directament proporcional a l'energia cinètica mitjana i al nombre de partícules per unitat de volum. També podem escriure-la com:

𝑃𝑉 =2

3𝑁𝐸𝑐 1

En la unitat El futur del petroli hem vist com, a partir de les lleis experimentals de Boyle i de Charles-Gay Lussac, es pot obtenir l’equació d’estat per a un gas ideal:

𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 2 (equació experimental)

Si combinem les equacions 1 i 2, obtenim:

2

3NE nRTc

ja que N = n NA,

2

3N E RTA c

Si representem l’energia cinètica d’un mol de partícules per:

𝐸𝑐,𝑚 = 𝑁𝐴 · 𝐸𝑐

obtindrem l’equació que relaciona l’energia cinètica molar amb la temperatura absoluta:

Com es pot deduir aquesta fórmula? a Suposeu que el gas es troba confinat en un cub de costat L. b Calculeu la força que produeix l’impacte d'una única partícula, de

massa m, en una de les cares del cub. Considereu que la partícula es mou amb velocitat v i que el temps durant el qual es produeix l’impacte és equivalent al que triga la partícula a anar i tornar des de l'altra cara del cub ( t = 2 L /v ).

c Calculeu la força total produïda pel xoc de totes les partícules que colpegen aquesta cara en aquest temps. Suposeu que, donat el moviment a l'atzar de totes les partícules, el nombre de les quals xoquen en la cara considerada (i en la cara que es troba a l'altre extrem) és d'1/3 del conjunt de molècules N.

d Calculeu la pressió exercida sobre aquesta cara de superfície L2.




E RTc m, 3

2

Aquesta equació ens indica que l'energia cinètica molar d'un gas és directament proporcional a la temperatura absoluta. Per tant, aquesta equació ens proporciona una interpretació molecular quantitativa de la temperatura absoluta.

Si tornem a l'equació de la pressió i tenim en compte que l'energia cinètica mitjana de les partícules d'un gas depèn exclusivament de la temperatura, podem concloure que la pressió d'un gas ideal és independent de la naturalesa del gas. Així doncs, la pressió d'un gas ideal depèn del nombre de partícules que el constitueixen i de la seva energia cinètica mitjana, però no de quines són aquestes partícules.

De què depèn la velocitat molecular mitjana d'un gas?

La teoria cinètico-molecular prediu que depèn de la temperatura, però també, de la massa de les partícules, com demostrarem a continuació:

Acabem de veure que l'energia cinètica mitjana de les partícules d'un gas és directament proporcional a la temperatura absoluta.

Si igualem aquestes dues expressions, tenim:

1

2

3

22Mv RT

La velocitat molecular mitjana d'un gas és directament proporcional a l’arrel quadrada

de la temperatura absoluta i inversament proporcional a l’arrel quadrada de la massa

molar del gas.

Exemple: Quina és la velocitat mitjana de les molècules del gas oxigen que hi ha a l’atmosfera

de la Terra?

Solució:

Suposem que la temperatura és de 25ºC = 298 K

La constant R val 8,31 J·K -1·mol -1

La massa molar del gas O2 és de 32 g·mol -1 = 3,2·10 -2 kg/mol

𝑣 = √3·8,31·298

3,2·10−2 = 482 𝑚𝑠−1 (uns 1735 km/h !!)

E Mvc m, 1

22

(on M és la massa molar del gas)

E RTc m, 3

2

𝑣 = √3𝑅𝑇

𝑀




velocitat de les molècules / m·s-1

frac

ció

de

mo

lèc

ule

s

Aquest resultat és sorprenent, a l’aire a la temperatura de 25ºC, ens impacten molècules amb velocitats supersòniques! Però no hem d’oblidar que la fórmula ens dóna el

valor mitjà de les velocitats, això significa que encara hi ha molècules més ràpides i molècules més lentes. Una distribució estadística, mostra un gràfic com el de la figura 2, on es pot observar que el valor calculat correspon a la majoria de les molècules, només percentatges petits de molècules d’oxigen es

mouen a velocitats diferents.

Si es fan càlculs per diferents gasos, s’observa que hi ha una

distribució estadística semblant de les velocitats moleculars. Els gasos formats per molècules de menor massa tenen, a igual temperatura velocitats moleculars més elevades (Figura 3).

En els astres més petits, així com a la nostra Lluna, l’atracció gravitatòria no és suficient per

retenir gasos que formin una atmosfera. De fet, la Terra perd gasos constantment encara que prou lentament per ser contrarestada per la recollida d’àtoms i molècules de l’espai

interestel·lar. El procés d’escapament de gasos és evident, si considerem que la densitat de l’atmosfera disminueix ràpidament amb l’atura. Així, mentre el recorregut mitjà entre dos xocs de molècules a nivell del mar és de 10-7 m, a uns 1000 km arriba a ser de desenes de quilòmetres a unes velocitats de 11 km·s-1

, que corresponen a la velocitat d’escapament del nostre planeta. Els càlculs demostren que per una molècula de gas H2 que s’allibera a nivell del mar tardaria menys de mil anys en fugir definitivament de la Terra. Però en els planetes gegants, la velocitat d’escapament és molt superior a la velocitat molecular mitjana, de manera que des que es van formar han pogut retenir atmosferes de composició molt diferent a la dels planetes rocosos com Venus, Terra o Mart.

Figura 2: Velocitats de les molècules d’oxigen a diferents temperatures.

velocitat de les molècules / m·s-1

fracc

ió d

e m

olè

cu

les

Figura 2: Velocitats de les molècules d’oxigen a diferents

temperatures.

Figura 3: Velocitats de les molècules de diferents gasos a 25ºC. Per gasos de masses moleculars petites, les velocitats de les seves molècules varien en un interval molt ampli.




Exercicis i qüestions

1. Expresseu les següents variables macroscòpiques d'un gas: massa del gas (mgas), quantitat de gas (n), concentració (c), pressió (p) i temperatura absoluta (T) en funció de les variables microscòpiques del model cinètico-molecular: massa d'una molècula (m), nombre de molècules (N), velocitat molecular mitjana (v) i de la constant de Avogadro (NA).

2. Un recipient conté N molècules d'un gas A a la temperatura T. Un altre recipient idèntic a la mateixa temperatura conté N molècules d'un gas B,que tenen una massa doble que les de A.

a. Quin és l'energia cinètica mitjana de les molècules del gas B comparada amb la del gas A?

b. Quin és la pressió del gas B comparada amb la del gas A? c. Quina relació hi ha entre les velocitats moleculars mitjanes de les molècules de B i de

A? Resp. 0,707.

3. Si les molècules d'hidrogen es mouen a la mateixa velocitat que les d'oxigen, quin gas està més calent?

4. Per quant s'ha de multiplicar la temperatura absoluta per duplicar la velocitat mitjana de les molècules d'un gas? Resp: 4.

5. Quant augmenta la velocitat mitjana de les molècules d'un gas si es dobla la seva temperatura absoluta? Resp: 1,41.

6. Calculeu l’energia cinètica molar del gas oxigen a 298 K. Quina seria l'energia cinètica mitjana per molècula? Resp: 3715 J·mol -1; 6,17·10 -21 J.

7. Si s’introdueixen en dipòsits separats d’igual volum i a la mateixa temperatura, masses iguales de O2 i N2 . Justifiqueu les afirmacions següents:

a. Pressió dipòsit de N2 > Pressió dipòsit d’O2. b. Ec,m N2 > Ec,m O2. c. Ambdós recipients contenen igual nombre de molècules. d. Les molècules d’O2 es mouen més ràpidament que les de N2.




AO 1.2 Efusió de gasos Objectius

Determinar la velocitat d’efusió d’un gas. Comprovar la llei de Graham per l’efusió dels gasos.

Introducció L’efusió d'un gas a través d'una paret o una membrana porosa suposa el pas de les partícules del gas a través dels petits orificis de la paret o de la membrana cap al buit. La grandària dels orificis és de l'ordre de la distància mitjana que hi ha entre les partícules, i en conseqüència, les partícules passen aproximadament d'una en una. En conseqüència, cal esperar que la velocitat d’efusió d'un gas estigui directament relacionada amb la velocitat molecular mitjana de les seves

molècules. Com que la velocitat molecular mitjana de les molècules depèn de la temperatura absoluta del gas i de la seva massa molecular relativa, és d’esperar que la velocitat d’efusió

sigui més gran com més alta sigui la temperatura i com més petita sigui la massa molecular relativa.

Si comparem les velocitats d’efusió de dos gasos diferents que es troben a la mateixa pressió i

temperatura, arribarem a la expressió:

𝑣𝑒𝑓𝑢𝑠𝑖ó,𝑔𝑎𝑠 𝐴

𝑣𝑒𝑓𝑢𝑠𝑖ó,𝑔𝑎𝑠 𝐵= √

𝑚𝑔𝑎𝑠 𝐵

𝑚𝑔𝑎𝑠 𝐴

Procediment Entreu a la pàgina http://www.educaplus.org/gases/lab_graham.html. Seleccioneu un gas dels set proposats, seleccioneu un volum i premeu el botó “Iniciar” . Un cop buidat el recipient i recollit el temps, premeu el botó “Reset” , i seleccioneu un nou volum per repetir el procediment.

Representeu la gràfica volum-temps, i determineu la velocitat d’efusió del vostre gas en ml·s-1.

A continuació seleccioneu volums iguals de cadascun dels diferents gasos i compareu les seves velocitats d’efusió.

Anàlisi de resultats Amb les dades obtingudes classifiqueu els set gasos en ordre creixent de masses moleculars. Comproveu si els vostres resultats coincideixen amb els esperats segons la Llei de Graham.

Qüestionari 1. Si es col·loquen les mateixes quantitats d'heli i argó en un recipient porós i es deixen

escapar, quin gas s'escaparà més ràpid i quant més ràpid ? Resp: 3,16.

2. Quantes vegades més ràpid s’escaparà d’un recipient porós l’hidrogen que el diòxid de

sofre? Resp: 5,66.


http://www.educaplus.org/gases/lab_graham.html



AO 1.3 Difusió dels gasos

Objectius

• Emprar la teoria cinètico-molecular per fer una predicció de la velocitat de difusió dels gasos.

• Comprovar experimentalment la predicció feta.

Introducció 1 Fem servir clorur d’hidrogen i amoníac perquè són dos gasos que en reaccionar formen uns fums blancs de clorur d’amoni sòlid.

Per estudiar quin dels dos gasos es difon més ràpidament, farem que es difonguin per l’aire que

hi ha dins un tub. El gas que recorri més distància en el mateix temps, serà aquell que les seves molècules tenen una velocitat molecular mitjana més elevada.

D’acord amb la teoria cinètico-molecular, si els dos gasos estan a igual temperatura, les energies cinètiques mitjanes de les molècules són iguals, per tant:

𝐸𝑐(𝑔𝑎𝑠 𝐴) = 1

2𝑚𝐴𝑉𝐴

2 𝐸𝑐(𝑔𝑎𝑠 𝐵) = 1

2𝑚𝐵𝑉𝐵

2

Si igualem les dues equacions, resulta que:

𝑉𝐵

𝑉𝐴= √

𝑚𝐴

𝑚𝐵

Si un dels gasos és el clorur d’hidrogen, HCl i l’altra l’amoníac, NH3, en quina relació estan les seves velocitats moleculars mitjanes? El científic escocès, Thomas Graham, en el segle XIX, va diferenciar clarament el procés d’efusió d’un gas. Efusió és el fenomen per el qual un gas tancat en un recipient, s’escapa per un forat molt petit quan a l’exterior hi ha el buit. En aquest experiment, estudiarem com dos gasos es difonen a través de l’aire. En ser els dos

gasos tòxics, la difusió es fa dins un tub tancat; i per seguir amb facilitat com “avancen” cada

un dels gasos, aprofitarem que un d’ells dóna un medi àcid (HCl) i l’altra (NH3) un medi bàsic.

Material i Equipament

Equipament Tub de vidre o altra material, transparent de 0,5

m de llarg i diàmetre entre 2 cm i 2,5 cm 2 taps pel tub amb forats Bastonets de cotó Tires de paper indicador universal

Reactius i altres materials Solució concentrada de HCl Solució concentrada de NH3

Gasos irritants Ulleres de seguretat


http://experimentaciolliure.files.wordpress.com/2012/02/corrosiu.gif

http://experimentaciolliure.files.wordpress.com/2012/02/exclamacio.gif



Procediment 1- Preparació de la tira de paper indicador: talleu una tira de paper indicador de la longitud del tub, poseu-la dins del tub i enganxeu-la amb una mica de cinta adhesiva, perquè no es mogui. Si no disposeu d’ una tira suficientment llarga, podeu enganxar tires curtes en un fil de niló.

2- Claveu un parell de bastonets en els forats dels taps de goma.

3- Mulleu els extrems dels bastonets d’un dels taps amb solució d’NH3 i l’altra, amb solució de HCl. Tapeu el tub pel dos extrems amb els taps i els bastonets mullats.

4- Observeu com el paper indicador va canviant de color a mida que passa el temps.

5- Al final, tot el tros de paper indicador haurà canviat de color. Mesureu les longituds de la tira de color vermell i de color blau.

6- El procés que heu observat és la difusió de dos gasos. Però tingueu en compte que la relació de velocitats

HCl

NH

V

V 3 que heu calculat abans correspon al procés d’efusió. Expliqueu què

caracteritza cada un dels processos.

7- Quina relació de velocitats heu obtingut en el vostre experiment? AMPLIACIÓ POSSIBLE: Cronometreu els temps que tarden les diferents tires en canviar de color per fer un càlcul aproximat de la velocitat en que es difonen els gasos.

Repetiu l’experiment, però prèviament escalfeu amb un assecador de cabell l’aire de dins del tub, abans de posar-hi el paper indicador. I un cop heu posat els dos taps amb els bastonets mullats de NH4OH(aq) i de HCl(aq), també escalfeu la zona on estan els dos taps. Ara la velocitat de difusió dels dos gasos és superior.

OBSERVACIÓ INTERESSANT: En qualsevol dels dos experiments, el temps que tarden en trobar-se les molècules dels gasos o en fer canviar de color a l’indicador és llarg, la qual cosa ens indica que les molècules no avancen en línia recta una cap a l’altra si no que es tracta d’un

avanç molt lent degut als nombrosos impactes entre elles, contra les molècules de l’aire dins el

tub, contra les parets del tub...

Les molècules d’amoníac i de clorur d’hidrogen no s’envesteixen unes a les altres com cavallers.

NH3

HCl




AO 1.4 Què hem après?

En aquesta activitat trobareu una llista amb els punts fonamentals que convé que tingueu recollits en els vostres apunts i les qüestions per comprovar els coneixements de química que heu après en l’apartat AO 1.

Assegureu-vos que els vostres apunts recullen els punts següents. Recordeu que haureu de consultar moltes vegades alguns d’aquests punts en estudiar unitats posteriors.

- Hipòtesis de la teoria cinètico-molecular dels gasos.

- Relació entre la temperatura i l'energia cinètica mitjana de les molècules d'un gas.

- Interpretació de les velocitats de difusió dels gasos a partir de la seva massa molecular.

- Diferenciació dels fenòmens de difusió i efusió dels gasos.

Exercicis i qüestions

1. En 1 mm3 d’espai interestel·lar existeixen 2,7 · 106 molècules gasoses amb una energia

cinètica mitjana es 1,23 · 10 -3 eV per molècula. ¿Quina és la temperatura i la pressió del gas en aquestes condiciones? 1 eV = 1,6 · 10 -19 J Resp: 3,5·10 -7 Pa.

2. A quina temperatura les molècules de metà, CH4 (massa molar = 16 g·mol -1), tenen la mateixa energia cinètica mitjana que les molècules d’aigua a 120 ºC? Resp: 120 ºC.

3. Calculeu la velocitat quadràtica mitjana dels àtoms d’heli, de massa molar 4 g·mol -1 a 273 K de temperatura. Resp: 41,2 m·s -1.

4. Un gas B té una massa molar 4 cops més gran que la d’un altre gas A. Calculeu la

velocitat de difusió del gas A si la velocitat de difusió de B, en les mateixes condicions de pressió i temperatura és igual 19 cm·s -1. Resp: 38 cm·s -1

5. Un globus ple d'hidrogen ocupa 5,0 dm3 a 300 K i triga 30 hores en desinflar-se per difusió gasosa. Quant temps trigaria en desinflar-se si estigués ple d'heli? Resp: 42,3 h.

6. Un recipient de 100 L conté una mescla de He i N2, la densitat de la qual és 0,5 kg·m–3. El recipient es troba en condicions normals de pressió i temperatura.

a. Trobeu el nombre de mols de cada gas. b. Determineu la pressió parcial de cada gas. c. Si el recipient on hi ha els gasos té un petit forat, justifiqueu qualitativament si

variarà la composició de la mescla. Dades: masses atòmiques: He = 4, N = 14. R = 0,082 atm·L· K–1·mol–1. Resp: a) 3,13 mol; 1,34 mol b) 0,70 atm; 0,30 atm.

7. Una de les tècniques utilitzades en el procés d’obtenció de l’isòtop U92235 per les

centrals nuclears és la difusió. L’urani que contenen els minerals, per diverses reaccions

químiques, es transforma en l’hexafluorur d’urani, UF6, que és un sòlid molt volàtil. Un




cop transformat en gas, aquest conté dos tipus de molècules, les formades per l’isòtop

U92235 i per U92

238 . Es fan difondre aquestes molècules a través de barreres poroses. a. Quin dels dos compostos tindrà una velocitat molecular més elevada? b. En quina relació estan les velocitats de les molècules dels dos hexafluorurs? c. Actualment el procés de difusió s’accelera mitjançant una centrifugació.

Observeu la simulació de la conversió del mineral d’urani en l’isòtop U92235 a:

http://almez.pntic.mec.es/jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema11/obtencion-uranio.swf. Per què cal repetir moltes vegades el procés de difusió per aconseguir una separació d’isòtops eficaç?

d. En quina fase del procés es fa la separació per centrifugació? Resp: b) 1,004.

8. Quina és la massa molecular d'un gas si la seva velocitat de difusió és 1/50 vegades la

velocitat de difusió de l’hidrogen? Resp: 5000.

9. Quina de les parelles següents serà més difícil de separar pel mètode d’efusió gasosa? a. O2 i CO2. b. N2 i C2H4. c. H2 i C2H4. d. He i Ne. e. O2 i He.

Resp: b.

10. Dos recipients porosos estan plens d'hidrogen i neó, respectivament. En condicions idèntiques, 2/3 de l'hidrogen s’escapen en 6 hores. Quant de temps caldrà perquè s’escapi la meitat del neó? Resp: 14,2 h.


http://almez.pntic.mec.es/jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema11/obtencion-uranio.swf

http://almez.pntic.mec.es/jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema11/obtencion-uranio.swf

atmosferes i oceans 1 química en context

Documents