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 piespie = 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