Gases

Captulo 5

Los siguientes son elementos que pueden existir como

gases a una temperatura de 25C y 1 atm de presin

5.1

5.1

Elementos que existen como gases a una temperatura de 25C y 1 atm de presin

Son capaces de adquirir cualquier forma

Son compresibles

Pueden mezclarse con todo tipo de elementos con mucha facilidad

Tienen una densidad mucho menor que los solidos y los lquidos.

5.1

Caractersticas fsicas de los gases

Unidades de presin

1 Pascal (Pa) = 1 N/m2

1 atm = 760 mmHg = 760 torr

1 atm = 101,325 Pa

5.2Barometro

Presin = Fuerza

rea(Fuerza = masa aceleracin)

Nivel del mar 1 atm

6.4 Km 0.5 atm

16 Km 0.2 atm

5.2

5.2

Manmetros usados para medir la presin

Mercurio

Vaco

5.3Si la presin aumenta entonces el volumen decrece

Instrumentos utilizados para comparar

el volumen y la presin de un gas

P 1/V

P x V = constante

P1 x V1 = P2 x V2

5.3

Ley de Boyle

Temperatura constante

Una muestra de cloro en estado gaseoso ocupa un

volumen de 946 mL y se encuentra a una presin de

726 mmHg. Cul es la presin que se necesita para

que el volumen disminuya a 154 mL si la temperatura

de la muestra es constante?

P1 x V1 = P2 x V2

P1 = 726 mmHg

V1 = 946 mL

P2 = ?

V2 = 154 mL

P2 = P1 x V1

V2

726 mmHg x 946 mL154 mL

= = 4460 mmHg

5.3

P x V = constante

Si la temperatura aumenta entonces... el volumen aumenta 5.3

Temperatura

baja

Temperatura

alta

Gas

Mercurio

Expansin de un gas

Tubo de

ensayo

Variacin del volumen de un gas

con respecto a la temperatura

5.3

V T

V = constante x T

V1/T1 = V2 /T2 T (K) = t (0C) + 273.15

Ley de Charles

y Gay-Lussac

La temperatura debe ser

expresada en K

Una muestra de monxido de carbono en estado

gaseoso se encuentra a una temperatura de 125C. Si

el volumen inicial de la muestra es de 3.2 litros, Qu

temperatura debe tener el sistema si se quiere reducir

el volumen a 1.54 litros?

V1 = 3.20 L

T1 = 398.15 K

V2 = 1.54 L

T2 = ?

T2 = V2 x T1

V1

1.54 L x 398.15 K3.20 L

= = 192 K

5.3

V1 /T1 = V2 /T2

T1 = 125 (0C) + 273.15 (K) = 398.15 K

Ley de Avogadro

V nmero de moles (n)

V = constante x n

V1 / n1 = V2 / n2

5.3

Temperatura constante

Presin constante

El amoniaco reacciona con el oxgeno para formar NO

y vapor de agua. Si se utilizan X litros de amoniaco,

cuantos litros de NO se formarn a temperatura y

presin constantes?

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

1 mol NH3 1 mol NO

con temperatura y presin constantes

1 volumen NH3 1 volumen NO

5.3

5.3

5.3

5.3

Ecuacin de los gases ideales

5.4

Ley de Charles: V T (P y n constantes)

Ley de Avogadro: V n (P y T constantes)

Ley de Boyle: V (T y n constantes)1P

VnT

P

V =constante x = RnT

P

nT

PR = constante

universal de los gases

PV = nRT

Cuando en una muestra la temperatura es 0C y la

presin es 1 atm, se dice que sta se encuentra en

condiciones normales de presin y temperatura.

PV = nRT

R = PV

nT=

(1 atm)(22.414L)

(1 mol)(273.15 K)

R = 0.082057 L atm / (mol K)

5.4

Se ha demostrado que en condiciones normales

de presin y temperatura, 1 mol de un gas ideal

ocupa 22.414 litros de volumen.

Cul es el volumen en litros que ocupan 49.8 gramos

de cido clorhdrico (HCL) a presin y temperatura

normales?

PV = nRT

V = nRT

P

T = 0 0C = 273.15 K

P = 1 atm

n = 49.8 g x 1 mol HCl

36.45 g HCl= 1.37 mol

V =1 atm

1.37 mol x 0.0821 x 273.15 KLatmmolK

V = 30.6 L

5.4

El argn es un gas inerte que se usa en algunas

bombillas para retrasar la vaporizacin del filamento.

Cierto foco contiene argn a 1.2 atm de presin y

cambia de temperatura desde 18C hasta 85C. Cul

es la presin final del argn en atm si el volumen del

sistema es constante?

PV = nRT n, V y R son constantes

nRV

=PT

= constante

P1T1

P2T2

=

P1 = 1.20 atm

T1 = 291 K

P2 = ?

T2 = 358 K

P2 = P1 x T2T1

= 1.20 atm x 358 K291 K

= 1.48 atm

5.4

Densidad

d = mV

=PMRT

M masa del gas en gramos

M molaridad del gas

Molaridad de un gas

dRT

PM = d densidad del gas en g/L

5.4

Un contenedor de 2.1 litros contiene 4.65 gramos de

un gas a 1 atm de presin a 27C. Cul es la

molaridad del gas?

5.4

dRT

PM = d = m

V

4.65 g

2.10 L= = 2.21

g

L

M =2.21

g

L

1 atm

x 0.0821 x 300.15 KLatmmolK

M = 54.6 g/mol

Estequiometra de los gases

Cul es el volumen de CO2 producido a 37C y 1 atm

de presin cuando 5.6 gramos de glucosa son usados

en la siguiente reaccin:

C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2 (g) + 6H2O (l)

g C6H12O6 mol C6H12O6 mol CO2 V CO2

5.60 g C6H12O61 mol C6H12O6180 g C6H12O6

x6 mol CO2

1 mol C6H12O6x = 0.187 mol CO2

V = nRT

P

0.187 mol x 0.0821 x 310.15 KLatm

molK

1.00 atm= = 4.76 L

5.5

Reactante

(gramos)

Moles del

reactante

Moles del

producto

Producto

(gramos)

Ley de Dalton de las presiones parciales

V y T son

constantes

P1 P2 Ptotal = P1 + P2

5.6

Al combinar

los gases

Considerar un caso en el cual dos gases, A y B, se

encuentran en un contenedor de volumen V.

PA = nART

V

PB = nBRT

V

nA es el nmero de moles de A

nB es el nmero de moles de B

PT = PA + PB XA = nA

nA + nBXB =

nBnA + nB

PA = XA PT PB = XB PT

Pi = Xi PT

5.6

Fraccin molar (Xi) = ninT

Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de

CH4, 0.421 moles de C2H6, y 0.116 moles de C3H8. Si

la presin total de los gases es de 1.37 atm, Cul es

la presin parcial del propano (C3H8)?

Pi = Xi PT

Xpropano = 0.116

8.24 + 0.421 + 0.116

PT = 1.37 atm

= 0.0132

Ppropano = 0.0132 x 1.37 atm = 0.0181 atm

5.6

2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g)

Contenedor de oxgeno y

vapor de agua

PT = PO + PH O2 2 5.6

5.6

La Qumica en accin:

El buceo y las leyes de los gases

P V

Profundidad

(ft)

Presin

(atm)

0 1

33 2

66 3

5.6

Teora cintico molecular de los gases

1. Un gas se compone de molculas separadas una de la otra

por distancias ms grandes que sus propias dimensiones.

Dichas molculas pueden ser consideradas grficamente

como puntos; es decir, su volumen puede ser despreciable.

2. Las molculas de los gases siempre estn en un contnuo

movimiento desordenado y chocando en todas direcciones

unas con otras. Los choques entre las molculas del gas

son perfectamente elsticos.

3. Las molculas de los gases no ejercen fuerzas de atraccin

o repulsin entre ellas.

4. La energa cintica promedio de las molculas del gas es

directamente proporcional a su temperatura absoluta.

Cualquier gas a la misma temperatura tiene la misma

energa cintica

5.7

KE = mu2

Energa cintica en los gases

Compresibilidad de los gases

Ley de Boyle

P nmero de colisiones con las paredes del recipiente

Nmero de colisiones densidad

Densidad 1/V

P 1/V

Ley de CharlesP nmero de colisiones con las paredes del recipiente

Nmero de colisiones energa cintica media de un grupo de molculas en un gas

Energa cintica media T

P T

5.7

Energa cintica en los gases

Hiptesis de Avogadro

P nmero de colisiones con las paredes del recipiente

Nmero de colisiones densidad

La densidad n

P n

Ley de Dalton de las presiones parciales

Las molculas no se atraen ni se repelen

La presion creada por un tipo de molcula no es afectada por la

presencia de otro gas

Ptotal = Pi

5.7

Instrumentos para el estudio de la velocidad molecular

5.7

Horno

Detector

Rotor de

corte

Bomba de la

aspiradora

Molculas

lentas

Molculas

rpidas

Velocidad

normal

Velocidades de las molculas de

gas nitrgeno a tres

temperaturas diferentes.

Diferencias entre la velocidad de

tres gases distintos a la misma

temperatura

5.7

urms = 3RTM

tomos enfriados

tomos gaseosos de rubidio

1.7 x 10-7 K

Condensado Bose-Einstein

Distribucin de

la velocidad

segn Maxwell

Difusin de gas: Mezcla gradual de las molculas de dos

gases distintos propiciada por las propiedades cinticas de los

mismos.

5.7

NH317 g/mol

HCl

36 g/mol

NH4Cl

r1

r2

M2M1

=

Efusin de gas: Proceso por el cual un gas a cierta presin

escapa de un contenedor a otro por medio de una pequea

abertura.

5.7

r1

r2

t2

t1

M2M1

= =

La frmula de una mezcla es Ni(Co)x. Que valor se le debe

dar a x para que en las mismas condiciones el gas metano obtenga un valor de efusin 3.3 veces mayor que la mezcla

de niquel?

r1 = 3.3 x r2

M1 = 16 g/mol

M2 = r1

r2( )

2x M1 = (3.3)2 x 16 = 174.2

58.7 + x 28 = 174.2 x = 4.1 ~ 4

Vaco

Comportamiento de un gas ideal

1 mol de gas ideal

PV = nRT

n = PVRT

= 1.0

5.8

Fuerzas de repulsin

Fuerzas de atraccin

Gas ideal

Demostracin del efecto de las fuerzas de

presin producidas por un gas

5.8

5.8

Ecuacin de Van der Waals

para gases no ideales

P + (V nb) = nRTan2

V2( )}

Presin

corregida

}

Volumen

corregido