unidad 9: las leyes del gas química. el ~78% la atmósfera océano de gases mezclado junto...
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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