SUBSTANTZIA PURUEN FASEEN ARTEKO OREKA INGENIARITZAREN ARLOAN ERABILITAKO OINARRI KIMIKOAK 11. GAIA: GAS-SISTEMAK. SUBSTANTZIA PURUEN FASEEN ARTEKO OREKA IRAKASLEA: Natalia Villota Salazar

GAS-SISTEMAK. SUBSTANTZIA PURUEN FASEEN ARTEKO OREKA 11.1. GAS IDEALEN EKUAZIOA 11.2. FASEEN ARTEKO OREKA 11.2.1. DALTON-LEGEA 11.2.2. RAOULT-LEGEA 11.2.3. CLAUSIUS-CLAPEYRON EKUAZIOA 11.3. FASE-DIAGRAMAK 11.3.1. LIKIDO-LURRUNA OREKA 11.3.2. SOLIDO-LURRUNA OREKA 11.3.3. LIKIDO-SOLIDO OREKA  

1 Pascal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 11.1. GAS IDEALEN EKUAZIOA GAS GUZTIAK, BERE NATURA KIMIKOKO INDEPENDENTEKI, FISIKOKI ANTZEKO ERAN JOKATZEN DUTE, PRESIO BAXUETAN ETA TENPERATURA ALTUETAN DAUDENEAN P: presioa, atm V: bolumena, L R: gas idealen konstantea: 0,082 atm·L/ K·mol n: gas-molak (mol) T: temperatura, K 1 Pascal (Pa) = 1 N/m2 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 1,013.105 Pa 1bar = 105 Pa PRESIO-UNITATEAK

INGURUGIRO TENPERATURA P=1 atm T= 0ºC = 273 K BALDINTZA NORMALAK BALDINTZA NORMALETAN EDOZEIN GASETAKO MOL 1-EK 22,4 LITRO HARTZEN DITU P=1 atm T= 25ºC = 298 K BALDINTZA STANDARRAK INGURUGIRO TENPERATURA T= 25ºC = 298 K

Gas A Gas B Gas NAHASKETA 11.2. FASEEN ARTEKO OREKA 11.2.1. DALTON-EN LEGEA GAS IDEALEN PORTAERA NAHASITA DAUDENEAN PURU DAUDENEAN BEZALAKOA DA + Gas A Gas B Gas NAHASKETA PA, PB: PRESIO PARTZIALAK

N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) FRAKZIO MOLARRA XA BOLUMEN EHUNEKOA %V GAS IDEALEN NAHASKETA BATEN KONPOSIZIA PRESIO PARTZIALEN BIDEZ EZAGUTZEN DA N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) 1 MOL N2 + 3 MOL H2 → 2 MOL NH3 P, T= konstanteak: 1 VN2 + 3 VH2 → 2 VNH3 V, T= konstanteak: 1 PN2 + 3 PH2 → 2 PNH3

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 PRESIO PARTZIALA GAS BATEN PRESIOA NAHASKETA EDOTA SOLUZIO BATEAN GAS BATEN PRESIOA DA GAINERAKO OSAGAIAK KENTZEN DIRENEAN ETA TENPERATURA EGONKORRA MANTENTZEN DENEAN N2 + 3H2 ↔ 2NH3

Zein izango da nanometro baten presioa, 10 L-ko ontzi batekin harremanetan jartzean, 0.4 g H2, 2.0 g N2 eta 10.5 g CO2 sartzen badira 273 K-tan?

Gas naturalaren lagin batek 8. 24 mol CH4, 0. 421 mol C2H6 eta 0 Gas naturalaren lagin batek 8.24 mol CH4, 0.421 mol C2H6 eta 0.116 mol C3H8 dauzka. Presio totala 1.37 atm bada, zein izango da propanoren presio partziala?

Gasen nahasketa batek 320 mg CH4, 175 mg Ar eta 225 mg N2 dauzka Gasen nahasketa batek 320 mg CH4, 175 mg Ar eta 225 mg N2 dauzka. Nitrogenoren presio partziala 300K-tan, 15.2 kPa bada, Kalkula itzazu nahasketaren presio totala eta bolumena.

SOLIDO/LIKIDO BATEN LURRUN/GASEZKO FASEAREN PRESIOA 11.2.2. RAOULT-LEGEA LURRUN-PRESIOA SOLIDO/LIKIDO BATEN LURRUN/GASEZKO FASEAREN PRESIOA LURRUNA NAHASKETA LIKIDOTAN LURRUN-PRESIOA EGITEN DU PA YA Pv=PT P0A XA NAHASKETA LIKIDOA

DIAGRAMA PRESIOA-KONPOSAKETA P0A PT P0B PA PB 1.0 XB

A eta B likidoek soluzio ideala sortzen dute A eta B likidoek soluzio ideala sortzen dute. 45ºC-tan, A osagaiak 56 mmHg eta B-k 78 mm Hg lurrun-presioa daukate. a) Kalkula ezazu %34 mol A daukan soluzio baten lurrun-presioa nahasketa likidotan

b) Kalkula ezazu nahasketa likidoarekin orekan dagoen gasezko konposaketa

c) Irudika ezazu presio-konposaketa diagrama

40ºC-tan heptano puruaren lurrun-presioa 92 40ºC-tan heptano puruaren lurrun-presioa 92.0 torr da eta oktano puruarena 31.0 torr da. Demagun disoluzioak 4.0 mol heptano eta 1.0 mol oktano dauzkala. a) Kalkula itzazu osagai bakoitzak egiten dituen lurrun-presioak nahasketa likidotan b) Kalkula ezazu lurrun-presio osoa nahasketan.

c) Irudika ezazu presio-konposaketaren diagrama

Demagun soluzio batek bi likido solugarriak eta lurrunkorrak dauzkala, hau da: 1.0 mol bentzeno eta 2.0 mol tolueno. 20ºC-tan, haien lurrun-presioak dira Pv bentzeno= 75 mmHg eta Pv tolueno=22 mmHg. Kalkula itzazu bentzenoren eta toluenoren fraktzio molarrak Osagai bakoitzaren lurrun-presioak nahasketa likidotan c) Nahasketaren presio totala

d) Irudika ezazu presio-konposaketaren diagrama

11.2.3. CLAUSIUS-CLAPEYRON EKUAZIOA P1: lurrun-presioa T1-tan P2: lurrun-presioa T2-tan Hv: osagaiaren lurrunketako bero sorra R: gaseen konstantea

DIAGRAMA PRESIOA vs TENPERATURA 11.3. FASE-DIAGRAMAK D PUNTU KRITIKOA DIAGRAMA PRESIOA vs TENPERATURA LIKIDOA C SOLIDOA OSAGAIA DAGOEN PRESIOTAN, P DA: TENPERATURA < T₁ :SOLIDOA IZANGO DA TENPERATURA T₁ - T₂ : LIKIDOA IZANGO DA TENPERATURA > T₂: GASA IZANGO DA 1.0 atm PRESIOA B GASA A PUNTU HIRUKOITZA TENPERATURA BIHURGUNETAN BI EGOERA OREKAN EGONGO DIRA AB: OSAGAIA PARTZIALKI SOLIDOA ETA GASA IZANGO DA BD: OSAGAIA PARTZIALKI SOLIDOA ETA LIKIDOA IZANGO DA BC: OSAGAIA PARTZIALKI GASA ETA LIKIDOA IZANGO DA

PUNTU HIRUKOITZA (Ptp, Ttp) HIRU OREKA-BIHURGUNEAK MOZTEN DIRA OSAGAIAN HIRU EGOERA OREKAN DAUDE: PARTZIALKI SOLIDOA, LIKIDOA ETA GASA PRESIO EDOTA TENPERATURA PUNTU HIRUKOIZARENAK BAINO BAXUAGOETAN: OSAGAIA EZIN DA LIKIDORIK BAKARRIK SOLIDOTIK GASARA ALDATU AHAL DA SUBLIMAZIO PROZESUAREN BIDEZ PUNTU KRITIKOA (Pc, Tc) LIKIDO/LURRUN FASEEN ARTEKO OREKA DAGOEN TENPERATURAREN BALIO MAXIMOA DA PRESIOA IGOTZEAN, GAS LIKIDO BIHURTU AHALA DEN TENPERATURA MAXIMOA DA GASEN TENPARATURAK PUNTU KRITIKOARENAK BAINO HANDIAGOAK IZATEAN, EZIN DIRA LIKUATU NAHIZ ETA PRESIOA HANDITU PUNTU KRITIKO GAINETIK, OSAGAIA BAKARRIK GASA IZAN AHAL DA EGOERA GAINKRITIKOA (Tgas > Tc, Pgas > Pc) SISTEMAK GAS BEZALA JOKATZEN DU BAINA LIKIDO BATEKO DENTSITATEA DU

IRAKITE-PUNTUA PRESIO ATMOSFERIKOAN (P=1.0 atm), EGOERA LIKIDO ETA GASEZKOA OREKAN DAUDEN TENPERATURA DA BC BIHURGUNEA: IRAKITE-PUNTU DESBERDINAK PRESIO DESBERDINENTZAT LURRUN-PRESIOA = PRESIO ATMOSFERIKOA FUSIO-PUNTUA PRESIO ATMOSFERIKOAN (P=1.0 atm), EGOERA LIKIDO ETA SOLIDOA OREKAN DAUDEN TENPERATURA DA BD BIHURGUNEA: FUSIO-PUNTU DESBERDINAK PRESIO DESBERDINENTZAT

IRAKITE-TENPERATURA (LIKIDO → GASA) TENPERATURA KRITIKOAREN GAINETIK 11.3.1. LIKIDO-LURRUNA OREKA IRAKITE-TENPERATURA (LIKIDO → GASA) FASE LIKIDOAREN ETA FASE GASAREN ARTEKO OREKAKO TENPERATURA LIKIDO BATEK EDUKI AHAL DUEN TENPERATURA MAXIMOA, PRESIO ZEHATZ BATEAN > MOLEKULA ARTEKO INDARRAK > IRAKITE-TENPERATURA < LURRUN-PRESIOA TENPERATURA KRITIKOA (Tc) Tc-en GAINETIK GAS BAT EZIN DA LIKIDOTU, APLIKATUTAKO PRESIOKO INDEPENDENTEKI GASETIK LIKIDORA PASA DAITEKE, PRESIOA IGOTZEAN TENPERATURA KONSTANTEAN BALDIN ETA TENPERATURA KRITIKOA BAINO TXIKIAGOA BADA TENPERATURA KRITIKOAREN GAINETIK ● ASALDURA MOLEKULARRA OSO ALTUA DA ● MOLEKULAENARTEKO INDARREK EZIN DITUZTE MOLEKULAK ELKARTU LIKIDOA ERATZEKO

GAS: Tc < Tgiro LURRUNA: Tc > Tgiro PRESIO KRITIKOA (Pc) LIKIDOA ETA LURRUNA OREKAN DAUDE, Tc-tan GAS: Tc < Tgiro LURRUNA: Tc > Tgiro

T ↑, P↓ SOLIDO GAS T ↓, P↑ 11.3.2. SOLIDO-LURRUNA OREKA SOLIDOAK EZ-LURRUNKORTZAT HARTZEN DIRA BERE Pv OSO BAXUA DELAKO Tgiro-tan SOLIDO-GASA OREKA PRESIO eta TENPERATURA BAXUETAN GERTATZEN DA SOLIDO GAS T ↑, P↓ T ↓, P↑

T ↑ SOLIDO LIKIDO T ↓ 11.3.3. SOLIDO-LIKIDO OREKA FUSIO-TENPERATURA FASE SOLIDOA ETA LIKIDOA OREKAN DAUDE KANPOKO PRESIOAREKIN NEKEZ ALDATZEN DA SOLIDO LIKIDO T ↑ T ↓

Oxigenoaren hurrengo ezaugarriak ezagutzen dira: Fusio-puntua: -218ºC Oxigenoaren diagrama Oxigenoaren hurrengo ezaugarriak ezagutzen dira: Fusio-puntua: -218ºC Irakite-puntua: -183ºC Puntu kritikoa: 49.8 atm eta -119ºC Punto hirukoitza: 0.14 atm eta -219ºC a) Marraztu osagaiaren Fase-diagrama. Indika itzazu puntu bereizgarriak eta fase egonkorrak eskualde bakoitzean. Puntu kritikoa LIKIDOA SOLIDOA 1.0 atm GASA Puntu hirukoitza -220ºC -120ºC

Ez , -120ºC da tenperatura maximoa likidoa lortzeko 1 atm-tan, Oxigeno solidoaren lagin bat berotzean, sublimatzen da edo funditzen da? Funditzen da Posiblea da oxigenoa likidotzea giro-tenperaturetan, presioa handituz? Ez , -120ºC da tenperatura maximoa likidoa lortzeko Indika itzazu tenperaturaren mugak oxigeno likidoa lortzeko giro-presioan -119ºC eta - 219ºC

Hurrengoan uraren fase-diagrama erakusten da. Uraren diagrama Hurrengoan uraren fase-diagrama erakusten da. a) Adierazi itzazu puntu bereizgarriak eta fase egonkorrak eskualde bakoitzean. SOLIDOA LIKIDOA Irakite-puntua 1.0 atm Fusio puntua LURRUNA 0K 273K 373K

Posiblea da ura likidoa irakitzea giro tenperaturetan presioa motelduz? Bai Adierazi itzazu tenperaturaren mugak ura solidoa lortzeko presio atmosferikoan 0 K-273 K 1 atm-tan, Oxigeno solidoaren lagin bat berotzean, sublimatzen da edo funditzen da? Funditzen da Posiblea da oxigenoa likidotzea giro-tenperaturetan, presioa handituz? Adierazi itzazu tenperaturaren mugak oxigeno likidoa lortzeko giro presiotan 273 K-373 K

Nitrogeno-ren diagrama Nitrogenoak honako ezaugarri hauek ditu: Fusio-puntua: 63K Irakite-puntua: 77K Puntu kritikoa: 33.5 atm eta 126.0K Punto hirukoitza: 0,12 atm eta 62.9K a) Marraztu osagaiaren Fase-diagrama. Adierazi itzazu puntu bereizgarriak eta fase egonkorrak eskualde bakoitzean. likidoa solidoa gasa PRESIOA (atm) 1.0 atm FUSIO PUNTUA IRAKITE PUNTUA TENPERATURA (K)

Giroan gasezkoa da. Presioa igo eta tenperatura moteldu behar dira Posiblea da nitrogeno likidoa irakitzea giro tenperaturetan presioa motelduz? Ez Adierazi itzazu tenperaturaren mugak nitrogeno likidoa lortzeko presio atmosferikoan 60 K – 80 K 1 atm-tan, nitrogeno likidoaren lagin bat berotzean, sublimatzen, lurruntzen edo funditzen da? Lurruntzen da Nitrogenoa presio atmosferikoan irakiten dagoenean, zein izango da bere egoera fisikoan presioa moteltzean? Solidoa Zein da nitrogenoaren egoera fisikoa 0ºC-tan? Gasezkoa g) Nola lortzen da nitrogeno likidoa? Giroan gasezkoa da. Presioa igo eta tenperatura moteldu behar dira

Hurrengoan Xenonen diagrama-faseak erakusten dira. Xenon-aren diagrama Hurrengoan Xenonen diagrama-faseak erakusten dira. Zein fasetan dago xenon giro tenperaturetan eta presio atmosferikoan? Gasa 1.0 atm LIKIDOA SOLIDOA PRESIOA (atm) GASA Puntu Hirukoitza TENPERATURA (ºC)

Xenon laginetan egiten den presioa da 0 Xenon laginetan egiten den presioa da 0.75 atm eta tenperaturaren balioa da -114ºC. Zein egoeratan dago xenon? Likidoa c) Xenon likido lagin baten lurrun-presioak 0.5 atm neurtzen badu, zein izango da bere tenperatura fase likidoan? -115ºC d) Zein da solidoaren lurrun-presioa -122ºC-tan? 25 atm

BIBLIOGRAFIA Brown, T. D.; Lemay, H. E.; Bruce, J. R.; Bursten, E.; Burdge, J. (2003). Química. La Ciencia Central. Ed. Pearson Prentice Hall. Casabó, J. (2007). Estructura atómica y enlace químico. Editorial Reverté. Casabó, J. (2009). Egitura atomikoa eta lotura kimikoa. Ed. UPV/EHU. Chang, R. (2010). Química. Ed. McGraw-Hill, 10º edición. Iturbe, J. (1979). Kimika Orokorra: II partea. Ed. Udako Euskal Unibertsitatea. Reboiras, M.D. (2005). Química. La ciencia básica. Editorial Thomson. Reboiras, M.D. (2008). Química: la ciencia básica. Ed. Thomsom, 2º edición. Rodgers, G. E.; Cabañas, M. V.; Regi, M. V. (1995). Química inorgánica: introducción a la química de coordinación, del estado sólido y descriptiva. Editorial McGraw-Hill Interamericana de España