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Gases Capítulo 5 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

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1 Gases Capítulo 5 Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

2 Elementos que existen como gases a 25 0 C y 1 atmósfera 5.1

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4 Los gases adoptan el volumen y forma del recipiente que los contiene. Se consideran los más compresibles de los estados de la materia. Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan uniforme y completamente. Cuentan con densidades mucho menores que los líquidos y sólidos. 5.1 Características físicas de los gases

5 Unidades de presión 1 pascal (Pa) = 1 N/m 2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 101,325 Pa 5.2 Barómetro Presión = Fuerza Área Presión atmosférica

6 Nivel del mar1 atm 4 millas0.5 atm 10 millas0.2 atm 5.2 Columna de aire

7 5.2 Manómetros usados para medir las presiones de los gases Gas Vacío

8 5.3 Como P (h) Aumenta V Disminuye Aparato para estudiar la relación entre presión y volumen de un gas

9 P 1/V P x V = constante P 1 x V 1 = P 2 x V Ley de Boyle A temperatura constante, cantidad constante de gas

10 Una muestra de gas del cloro ocupa un volumen de 946 mL a una presión de 726 mmHg. ¿Cuál es la presión del gas (en mmHg) si el volumen está reducido a temperatura constante de 154 mL? P 1 x V 1 = P 2 x V 2 P 1 = 726 mmHg V 1 = 946 mL P 2 = ? V 2 = 154 mL P 2 = P 1 x V 1 V2V2 726 mmHg x 946 mL 154 mL = = 4460 mmHg 5.3

11 Como T Aumenta V Disminuye 5.3 Expansión y contracción del gas Tubo capilar Mercurio Temperatura baja Temperatura alta

12 Variación del volumen de gas con la temperatura a presión constante 5.3 V T V = constante x T V 1 /T 1 = V 2 /T 2 T (K) = t ( 0 C) Ley de Charles y Gay-Lussac La temperatura será en escala Kelvin

13 Una muestra de gas de monóxido de carbono ocupa 3.20 L a 125 °C. ¿A qué temperatura el gas ocupará un volumen de 1.54 L si la presión permanece constante? V 1 = 3.20 L T 1 = K V 2 = 1.54 L T 2 = ? T 2 = V 2 x T 1 V1V L x K 3.20 L = = 192 K 5.3 V 1 /T 1 = V 2 /T 2

14 Ley de Avogadro V número de moles (n) V = constante x n V 1 /n 1 = V 2 /n A temperatura constante, presión constante moléculas volúmenes molécula molesmole moléculas volúmenesvolumen moles

15 El amoniaco se quema en oxígeno para formar óxido nítrico (NO) y vapor de agua. ¿Cuántos volúmenes de NO se obtiene de un volumen de amoniaco a la misma temperatura y presión? 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 1 mole NH 3 1 mole NO A T y P constante 1 volumen NH 3 1 volumen NO 5.3

16 Ecuación del gas ideal 5.4 Ley de Charles : V T (a n y P constante) Ley de Avogadro : V n (a P y T constante) Ley de Boyle : V (a n y T constante) 1 P V nT P V = constante x = R nT P P R es la constante de gas PV = nRT

17 Las condiciones 0 0 C y 1 atm son llamadas temperatura y presión estándar (TPE). PV = nRT R = PV nT = (1 atm)(22.414L) (1 mol)( K) R = L atm / (mol K) 5.4 Los experimentos muestran que a TPE, 1 mol de un gas ideal ocupa L.

18 ¿Cuál es el volumen (en litros) ocupado por 49.8 g de HCl a TPE? PV = nRT V = nRT P T = 0 0 C = K P = 1 atm n = 49.8 g x 1 mol HCl g HCl = 1.37 mol V = 1 atm 1.37 mol x x K Latm molK V = 30.6 L 5.4

19 El argón es un gas inerte usado en las bombillas para retardar la vaporización del filamento. Una cierta bombilla que contiene argón a 1.20 atm y 18 ° C se calienta a 85 °C a volumen constante. ¿Cuál es la presión final del argón en la bombilla (en atm)? PV = nRT n, V y R son constantes nR V = P T = constante P1P1 T1T1 P2P2 T2T2 = P 1 = 1.20 atm T 1 = 291 K P 2 = ? T 2 = 358 K P 2 = P 1 x T2T2 T1T1 = 1.20 atm x 358 K 291 K = 1.48 atm 5.4

20 Cálculos de densidad (d) d = m V = PMPM RT m es la masa del gas en g M es la masa molar del gas Masa molar ( M ) de una sustancia gaseosa dRT P M = d es la densidad del gas en g/L 5.4

21 Estequiometría de los gases ¿Cuál es el volumen de CO2 producido a 37°C y 1.00 atm cuando 5.60 g de glucosa se agotan en la reacción?: C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) g C 6 H 12 O 6 mol C 6 H 12 O 6 mol CO 2 V CO g C 6 H 12 O 6 1 mol C 6 H 12 O g C 6 H 12 O 6 x 6 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 x = mol CO 2 V = nRT P mol x x K Latm molK 1.00 atm = = 4.76 L 5.5 Cantidad de reactivo gramos o volumen Moles de reactivo Moles de producto Cantidad de reactivo gramos o volumen

22 Ley de Dalton de las presiones parciales V y T son constantes P1P1 P2P2 P total = P 1 + P Combinación de gases

23 Considere un caso en que dos gases, A y B, están en un recipiente de volumen V. P A = n A RT V P B = n B RT V n A es el número de moles de A n B es el número de moles de B P T = P A + P B X A = nAnA n A + n B X B = nBnB n A + n B P A = X A P T P B = X B P T P i = X i P T 5.6

24 Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de CH 4, moles de C 2 H 6, y moles de C 3 H 8. Si la presión total de los gases es 1.37 atm, ¿cuál es la presión parcial del propano (C 3 H 8 )? P i = X i P T X propano = P T = 1.37 atm = P propano = x 1.37 atm= atm 5.6

25 Teoría cinética molecular de los gases 1.Un gas está compuesto de moléculas que están separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las moléculas pueden considerarse como puntos, es decir, poseen masa pero tienen un volumen despreciable. 2.Las moléculas de los gases están en movimiento constante en direcciones aleatorias. Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas. 3.Las moléculas de gas no ejercen fuerzas atractivas ni repulsivas entre sí. 4.La energía cinética promedio de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas en kelvins. Cualquiera de los dos gases a la misma temperatura tendrán la misma energía cinética promedio. 5.7

26 2KClO 3 (s) 2KCl (s) + 3O 2 (g) Botella llena de oxígeno gaseoso y vapor de agua P T = P O + P H O Botella llenándose con oxígeno gaseoso Botella llena de agua lista para colocarse en la tina de plástico

27 Teoría cinética de los gases y… Compresibilidad de los gases Ley de Boyle P velocidad de colisión con las paredes Velocidad de colisión densidad numérica Densidad numérica 1/V P 1/V Ley de Charles P velocidad de colisión con las paredes Velocidad de colisión energía cinética promedio de las moléculas de gas Energía cinética promedio T P T 5.7

28 Teoría cinética de los gases y… Ley de Avogadro P velocidad de colisión con las paredes Velocidad de colisión densidad numérica Densidad numérica n P n Ley de Dalton de las presiones parciales Las moléculas no se atraen o repelen entre sí P ejercida por un tipo de molécula no se afectará por la presencia de otro gas P total = P i 5.7

29 Aparato para estudiar la distribución de la velocidad molecular 5.7 Moléculas lentas Moléculas rápidas Motor A la bomba de vacío Detector Alternador con rendija giratoria Horno Detector Moléculas con velocidad promedio

30 La distribución de las velocidades para moléculas de gas nitrógeno a tres temperaturas diferentes La distribución de las velocidades de tres diferentes gases a la misma temperatura 5.7 u rms = 3RT M Velocidad molecular

31 Difusión de gas es la mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro gas en virtud de sus propiedades cinéticas. 5.7 NH 3 17 g/mol HCl 36 g/mol NH 4 Cl

32 Desviación del comportamiento ideal 1 mol de gas ideal PV = nRT n = PV RT = Fuerzas de repulsión Fuerzas de atracción Gas ideal

33 Efecto de las fuerzas intermoleculares sobre la presión ejercida por un gas 5.8


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