Transcript Español

Química
Unidad 9:
Las leyes del gas
La atmósfera
 “océano” de gases
mezclado junto
Composición
nitrógeno (N2) ..............el ~78%
oxígeno (O2) ...............el ~21%
argón (Ar) .................. el ~1%
dióxido de carbono (CO~0.04%
2)…
vapor de agua (H2O) .......
~0.1%
Cantidades de
rastro
Él, Ne,
Rn,de:
TAN2,
CH4, NxOx, etc.
Agotamiento de la capa de ozono
O3 el agotamiento es causado por los clorofluorocarbono
Ozono (O3) en atmósfera superior
bloquea la luz (UV) ultravioleta de Sun.
Cáncer y cataratas ULTRAVIOLETA de piel de las causas
Aplicaciones para los CFCs:
refrigerantes
CFCs
propulsores del aerosol
-- prohibido en los E.E.U.U.
O3 se llena con cada huelga del relámpago.
El efecto de invernadero
Alta energía,
cortocircuito
la luz del l pasa
fácilmente
CO2 MOLÉCULAS
a través de la
atmósfera.
Una
energía más baja, una
Sobre contacto con los
objetos, algo de la energía
de luz
se lanza
como
calor.
luz más larga del les
bloqueado por el CO2 y CH4;
la energía no se escapa en
espacio; la atmósfera
calienta para arriba.
La energía de Sun tiene las longitudes de onda cortas (ls) y alta e
CO2 y metano (CH4) dejar esta luz adentro. La luz reflejada tiene m
ls y menos energía. CO2 y CH4 (“gases de efecto invernadero ") pr
luz reflejada del escape, así calentando la atmósfera.
Porqué más CO2 en atmósfera
¿ahora que hace 500 años?
quema de combustibles
fósiles
tala de árboles
___________
del ________________
*
-- carbón
-- urbanización irregular
-- petróleo
-- gas natural
-- fauna
áreas
-- madera
-- selvas tropicales
El burning del etanol
no retardará efecto de invernadero.
¿Qué
podemos hacer?
1. Reducir la consumición de combustibles fósiles.
En el país: aislar a casa; funcionar con el lavaplatos
evitar a temp. extremos (aire/acondicion
lavar la ropa en “se calientan,” no “calien
En el camino:bike en vez de la impulsión
carpool; vehículos económicos de ener
2. Organizaciones ambientales de la ayuda.
3. Confiar en fuentes de energía alternas.
solar, energía eólica,
energía hidroeléctrica
La teoría molecular cinética (KMT)
-- explica porqué los gases se comportan como h
-- 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 cuale
no se pierde ninguna energía
4.… no tener ninguna fuerza atractiva o repulsiva haci
5. … tener una energía cinética media (KE) que sea
proporcional al temp absoluto. del gas
(es decir, temp de Kelvin.)
como Temp. , KE
Teoría “trabajos,” excepto en (fuerzas atractivas
altas presiones y temps bajos. hacer significativo)
KMT “trabaja”
Comienzo de KMT a analizar
N2 puede ser bombeada en nitrógeno líquido (N2);
ticos para aumentar vida del neumático
el gas condensa en
un líquido en - 196oC
líquido
N2
- 196oC
H2O
cuerpo
H2O
congela temp. ebullicione
0oC
37oC
100oC
** Dos gases w/same # de partículas y en iguales
temp. y la presión tiene la misma energía cinética.
KE se relaciona con la masa y la velocidad (KE = el ½
iguales
temp.
KE1 = ½ m1 v1
2
KE2 = ½ m2 v2
2
Para guardar a la misma KE, como m, v debe
O como m, v debe.
Partículas más masivas del gas
lento
es elmás
_____
que
menos gas masivo
partículas (en promedio).
H2
# de
partículas
Distribución de la PartículaVelocidad
(varios gases, el mismo T y P)
(LENTO)
N2
CO2
CO2 (44 g/mol)
N2 (28 g/mol)
H2 (2 g/mol)
Velocidad de
partículas (m/s)
(RÁPID
O)
# de
partículas
Distribución de la PartículaVelocidad
(el mismo gas, el mismo P, varia
T)
O2 @ 10oC
(LENTO)
O2 @ 10oC
O2 @ 50oC
O2 @ 100oC
O2 @ 50oC
O2 @ 100oC
Velocidad de
partículas (m/s)
(RÁPID
O)
Ley de Graham
Considerar dos gases en el mismo temp.
Gas 1: KE1 = ½ m1 v12
Gas 2: KE2 = ½ m2 v22
Desde temp. es igual, entonces…
KE1 = KE2
½ m1 v12 = ½
m2m
v22v22
Dividir ambos lados por m1 v22…
 1

1 
2
2

 m1 v1  m2 v 2 

2
2
m1 v 2 
 m1 v 2 

2
v 1 m2

2
m1
v2
Tomar sq. rt. de ambos lados para conseguir la ley de Graham:
v1
m2

m1
** Para utilizar la ley de Graham, ambos gases v 2
debe estar en el mismo temp.
difusión:
efusión:
movimiento de la partículadifusión del gas
de colmo a
partículas a través
bajo conc.
una abertura
MOVIMIENTO
NETO
MOVIMIENTO
NETO
Para los gases, índices de difusión
más masivo = retardarse;
y la efusión obedece la ley de Graham:
menos masivo = rápido
(CO2)
En avg., el dióxido de carbono viaja en 410 m/s en 25oC
Avg del hallazgo. velocidad de la clorina en 25oC.
(Cl2)
inaplicable, tan
de largo como ello
son iguales
v1
m2


v2
m1
v Cl2
v Cl2
mCO2

v CO2
mCl2

v Cl2
44

410
71
44
 410
= 320 m/s
71
(la álgebra
** Indirecta: Poner lo que usted está mirando
es más fácil)
para en el numerador.
(F2) milímetro = 38 g/mol
2
Él
4.003
10
Ne
20.180
18
AR
39.948
36
Kr
83.80
54
Xe
131.29
86
Rn
(222)
En cierto temp., el gas del flúor viaja en
582 m/s y un gas noble viaja en
394 m/s. ¿Cuál es el gas noble?
v1
m2

v2
m1
v F2
munk


v unk
mF2
2
582
munk
 582  munk
 

 
38
394
38
 394 
munk
582
 38
= 82.9 g/mol
394
la mejor conjetura = Kr
CH4 ¿mueve 1.58 veces más rápidamente que que gas
milímetro = 16 g/mol
2
Él
4.003
10
Ne
20.180
18
AR
39.948
36
Kr
83.80
54
Xe
131.29
86
Rn
(222)
Ne2
¿o AR?
v CH4
v1
m2
munk



v2
m1
v unk
mCH4
munk
1.58
munk
2
 1.58  

16
1
16
munk  16 (1.58)2 = 39.9 g/mol
AR
“AR?”
¡“Aahhrrrr! ¡Buckets
sangre de o'!
Limpiar a de decks, perros del escorbuto d
Ácido clorhídrico y NH3 se lanzan en la misma hora
extremos contrarios del tubo horizontal de 1.20 m.
¿Dónde los gases se encuentran?
A
Ácid
o
milímetro = 36.5 g/mol
clor
máshídri
masivo
viajaco
más lento
B
C
NH3
milímetro = 17 g/mol
menos masivo
recorridos más rápidamente
A
Presión de gas
La presión ocurre cuando es una fuerza
F
dispersado sobre una superficie dada. P  A
Si F actúa sobre una área extensa…
F
=
P
A
(e.g., su peso)
Pero si F actúa sobre una pequeña área…
F
A
=
P
En el nivel del mar, la presión de aire es presión están
1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hectogram
Fuerza del hallazgo de la presión de aire
100
actuación en un béisbol 100
pies.
encerado del campo… 2pies.
.212 in 
A = 10.000 piespie  = 1.44 x 106 en2
 1 ft 
F = PA
F=2x
= 14.7 lb/in2 (1.44 x 106 en2) = 2 x 107 libra.

7
10 libra.
1 ton 

 = 10.000 toneladas
 2000 lb. 
Llave:
Los gases ejercen la presión
en todas las direcciones.
Cambios de la presión atmosférica con altitud:
Como altitud, presión.
barómetro: dispositivo a la medida
presión de aire
vacío
mercurio
(Hectogr
amo)
aire
presión
Principio de Bernoulli
Para // que viaja flúido a una superficie:
LÍQUIDO
O GAS
-- Líquidos rápidos
ejercer BAJO
la presión del ____
-- Líquidos de movimiento lento
ejercerALTO
la presión del ____
P BAJO
AYUNAR
RETARDA
RSE
ALTO P
RED
FUERZA
azotea en huracán
RÁPI
DO
P BAJO
LENTO
ALTO P
ala del aeroplano/propulsor del helicóptero
RÁPIDO
P BAJO
El resultar
Fuerzas
AIRE
PARTÍCULAS
LENTO
ALTO P
disco volador
P RÁPIDO,
BAJO
P LENTO, ALTO
(BERNOULLI'
S
PRINCIPIO)
(GRAVEDA
D)
cortina de ducha del arrastramiento
CORTINA
FRÍO
LENTO
ALTO P
CALIEN
TE
RÁPID
O
P BAJO
ventanas y
fuertes vientos
EDIFICIO ALTO
RÁPI
DO
P BAJO
LENT
O P
ALTO
ventanas
explosión
hacia fuera
Presión y temperatura
STP (temperatura estándar y presión)
presión estándar
0oC
273 K
de la temperatura estándar
1 atmósfera
kPa 101.3
760 milímetros hectog
Ecuaciones/factores de conversión:
K = oC + 273
1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hec
K = oC + 273
1 atmósfera = kPa 101.3 = 760 milímetros hectog
Convertido 25oC a Kelvin.
K = oC + 273 = 25 + 273 = 298 K
¿Cuánto
el kPa es 1.37 atmósferas?
 101.3 kPa  = kPa 138.8
1.37 atmósferas


 1 atm 
¿Cuánto
milímetro hectogramo es el kPa 231.5?
kPa 231.5  760 mm Hg  = 1737 milímetros hecto
 101.3 kPa 
manómetro:
mide la presión
de un gas confinado
CONFINADO
GAS
AIRE
PRESIÓN
Hectogramo de
ALTURA
DIFERENCIA
PEQUEÑO + ALTURA = GRANDE
diferencial los manómetros pueden ser llenado
manómetro con cualesquiera de varios líquido
La presión atmosférica es el kPa 96.5;
S es
la diferencia de la altura del mercurio
kPa 96.5
233 milímetros. Gas confinado hallazgo
presión, en la atmósfera.
Atmós
fera
B X
PEQUEÑO + ALTURA = GRANDE
kPa 96.5
+
 1 atm 


101.3
kPa


233
milímetros
hectogramo
233 milímetros =hectogramo
Atmósfera X
 1 atm



 760 mm Hg 
0.953 atmósferas
+
0.307 atmósferas
= 1.26 atmósferas
La ley de gas ideal
P = pres. (en kPa)
PV=nRT
T = temp. (en K)
V = vol. (en L o el dm3) 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
Volumen de muestra del hallazgo.
PV=nRT
P
P
T = 0oC + 273 = 273 K
 1 mol O2 
n  32 g O2 
  1.0 mol
 32 g O2 
n R T 1 mol (8.314) (273)
V

= 22.4 L
P
101.3
0.25 dióxidos de carbono de g llenan 350 ml
envase en 127oC. Presión del hallazgo
en el milímetro hectogramo.
T = 127oC + 273 = 400 K
PV=nRT
V
V
 1 mol CO2 
n  0.25 g CO2 
  0.00568 mol
 44 g CO2 
V = 0.350 L
nR T
0.00568 (8.314) (400)
P

= 54.0 kPa
V
0.35
kPa 54.0  760 mm Hg  = 405 milímetros hectog
 101.3 kPa 
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)
La ley combinada del gas
P = pres. (cualquie unidad)
V = vol. (cualquie unidad)
T = temp. (k)
P1 V1 P2 V2

T1
T2
1 = condiciones inicia
2 = condiciones finale
Un gas tiene vol. 4.2 L en el kPa 110. Si temp. es consta
pres del hallazgo. del gas cuando el vol. cambia a L. 11
P1 V1 P2 V2

T1
T2
P1V1 = P2V2
110 (4.2) = P2(11.3)
11.3
11.3
P2 = 40.9 kPa
423 K
Temp original. y los vol. del gas son 150oC
y 300 dm3. El vol. final es 100 dm3.
Encontrar a temp final. en oC, asumiendo
presión constante.
P1 V1 P2 V2

T1
T2
V1 V2

T1 T2
300 (T2) = 423 (100)
300
300
T2 = 141 K
T2 = - 132oC
300 100

423 T2
Una muestra de metano ocupa 126 cm3 en - 75oC
y 985 milímetros hectogramo. Encontrar su vol. en STP
198 K
P1 V1 P2 V2
985 (126) 760 (V2 )


T1
T2
198
273
985 (126) (273) = 198 (760) (V2)
198 (760)
198 (760)
V2 = 225 cm3
Los investigadores en U de AK, Fairbanks, d
el metano ha emergido en el ártico debido a
calentamiento del planeta. Este metano podr
explicar el hasta 87% de observado
punto en metano atmosférico.
Densidad de gases
m
Fórmula de la densidad para cualquie D
sustancia:

V
Para una muestra de gas, la masa es constante, pero
y/o temp. vol. del gas de la causa de los cambios al ca
Así, su densidad cambiará, también.
ORIG. Vol.
NUEVO
VOL.
Si V (debido a P o a T),
entonces… D
ORIG. Vol.
NUEVO
VOL.
Si V (debido a P o a T),
entonces… D
P2
Densidad de gases P1

Ecuación:
T1 D1 T2 D2
** Como siempre,
Los t deben estar e
Una muestra de gas tiene densidad 0.0021 g/cm3 en - 1
y 812 milímetros hectogramo. Densidad del hallazgo
255 K en
y 548 milímetros hectogramo.
386 K
P1
P2

T1 D1 T2 D2
812
548
=
255 (0.0021)
386 (D2)
812 (386) (D2) = 255 (0.0021) (548)
812 (386)
812 (386)
D2 = 9.4 x 10- 4 g/cm3
Un gas tiene densidad 0.87 g/l en 30oC y kPa 131.2.
Densidad del hallazgo en STP. 303 K
P1
P2

T1 D1 T2 D2
131.2
101.3
=
303 (0.87)
273 (D2)
131.2 (273) (D2) = 303 (0.87) (101.3)
131.2 (273)
131.2 (273)
D2 = 0.75 g/cm3
Densidad del hallazgo del argón en STP.
39.9 g
m

D 
22.4 L
V

g
1.78
L
Densidad del hallazgo del dióxido de nitrógeno
en 75oC y 0.805 atmósferas.
NO2
348 K
g
46 g
m
 2.05

D de NO2 @ STP… D 
L
22.4 L
V
P1
P2

T1 D1 T2 D2
1
273 (2.05)
0.805
=
348 (D2)
1 (348) (D2) = 273 (2.05) (0.805)
1 (348)
1 (348)
D2 = 1.29 g/l
NO2 participa en reacciones
ese resultado en la niebla con h
Un gas tiene la masa 154 g y densidad 1.25 g/l en 53oC
y 0.85 atmósferas. Lo hace qué vol.
326 K
¿la muestra ocupa en STP?
Hallazgo D @ STP…
P1
P2
0.85

T1 D1 T2 D2
326 (1.25)
0.85 (273) (D2) = 326 (1.25) (1)
0.85 (273)
0.85 (273)
1
=
273 (D2)
D2 = 1.756 g/l
Hallazgo vol. cuando el gas tiene esa densidad.
m
154 g
m
 V2 

D2 
= 87.7 L
D2 1.756 g/L
V2
Ley de Dalton de la presión parcial
En una mezcla gaseosa, un gas
la presión parcial es la
el gas ejercería si era
por sí mismo en el envase.
El cociente de topo en una mezcla de
los gases determinan cada gas
John Dalton (1766-1844)
presión parcial.
Puesto que el aire es el ~80% N2, (es decir, 8 fuera de topos de ca
un 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.
3 mol He
97.4 kPa 
PHe 
7 mol gas
= kPa 41.7
4 mol Ne
97.4 kPa 
PNe 
7 mol gas
= kPa 55.7
Ley de Dalton: la presión total ejercida por una mezcla
de gases está la suma de todas las presiones par
PZ = PA, Z + PB, Z +
…
80.0 g cada uno de él, de Ne, y de AR están en un env
La presión total es 780 milímetros hectogramo. Encont
presión parcial.
PÉl = 20/26
 1 mol 
80 g él 
del total
 = 20 mol él
 4g 
Total:
PNe = 4/26
 1 mol 
Ne de 80 g
 = 4 mol de Ne26 mol
del total
 20 g 
 1 mol 
2/
P
=
AR
26
80 g AR 
 = 2 mol de AR
del total
 40 g 
Presión total
es 780
milímetros
PÉl = 600 milímetros hectogr
PNe = 120 milímetros hectog
PAR = 60 milímetros hectogr
Dos 1.0 L envases, A y B, contienen los gases debajo
2.0 y 4.0 atmósferas, respectivamente. Ambos gases so
en el envase Z (w/vol. 2.0 L). Encontrar los pres totales.
mezcla en el Z.
1.0 L
1.0 L
2.0 atmósferasA 4.0 atmósferas B
PRESIONES
EN ORIG.
ENVASES
VOLÚMENES
DE ORIG.
ENVASES
PX
VX
A 2.0 atmósferas
1.0 L
B 4.0 atmósferas
1.0 L
Z
2.0 L
VOLUMEN
PARCIAL
DEL FINAL PRESIONES ADENTRO
ENVASE
ENVASE FINAL
=
VZ
2.0 L
PRESIÓN TOTAL EN EL ENVASE PASADO
PX, Z
1.0 atmósferas
2.0 atmósferas
3.0 atmósferas
Encontrar la presión total de la
mezcla en el Z.
A
B
C
Z
1.3 L
2.6 L 3.8 L 2.3 L
3.2 atmósferas 2.7 de la atmósfera
PX
A 3.2 atmósferas
B 1.4 atmósferas
C 2.7 atmósferas
VX
1.3 L
2.6 L
3.8 L
=
VZ
1.4 atmós
PX, Z
1.81 atmósferas
2.3 L 1.58 atmósferas
4.46 atmósferas
7.85 atmósferas
Estequiometría del gas
Encontrar el gas de hidrógeno del vol. hecho cuando el
ácido 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
Zn
H2
g = X L H2
P = kPa 107.3
oCK
T = 88
361
 1 mol Zn   1 mol H2 
Zn de 38.2 g

 = 0.584 mol de H
 65.4 g Zn   1 mol Zn 
n R T 0.584 (8.314) (361)
nRT
PV=
= 16.3 L
P
107.3
Qué magnesio sólido total es el req' d a reaccionar w/250
dióxido de carbono en 1.5 atmósferas y 77oC para produ
¿óxido de magnesio y carbón sólido?
2 magnesio (s) + CO2 MgO del  2 del (G) (s) + C (s)
Magnesio de X0.25
gVL
= 250 ml
P = 1.5
kPaatmósferas
151.95
oCK
T = 77
350
CO2 Magnesio
PV=nRT
P V 151.95 (0.25)
n

= 0.013 mol de CO2
RT
8.314 (350)
 2 mol Mg   24.3 g Mg 
0.013 mol de CO
 = 0.63 magnesi
 2

 1 mol CO2   1 mol Mg 
Presión de vapor
-- una medida de la tendencia para las partículas líqu
para incorporar fase de gas en un temp dado.
-- una medida de “viscosidad” de partículas líquidas
el uno al otro
más
“pegajo
so”
no muy
“pegajo
so”
menos
probablement
ea
vaporizarse
más
probablement
ea
vaporizarse
En general:
V.p BAJO.
En general:
ALTO v.p.
NO todos los líquidos tienen mismo v.p en el mismo
PRESIÓN
(kPa)
100
CLOROFORMO
80
60
ETANOL
40
AGUA
20
0
0
20
40
60
80
100
TEMPERATURA (oC)
Volátil
las sustancias
del __________ se evaporan fácilmen
(tener alto v.p. ' s).
 EBULLICIÓN
presión de vapor = presión que confina
(generalmente de
atmósfera)
En el nivel del mar y 20oC…
RED
PRESIÓN
(kPa ~95)
PRESIÓN DE AIRE
(kPa ~100)
VAPOR
PRES.
(kPa ~5)
RED
PRESIÓN
(kPa ~90)
V.P.
(kPa ~10)
ETANOL
AGUA
P
h
h
T
V
h
h