2 Gasos: conceptes bàsics La velocitat de difusió dels gasos Gasos reals Mescla de gasos Composició de les solucions Reaccions químiques i càlculs estequimètrics

2.1. |Equació general dels gasos perfectes Combinant matemàticament les tres lleis experimentals dels gasos, s’obté la fórmula que les resumeix o Llei general dels gasos perfectes o ideals. • Llei de Boyle-Mariotte (T1 = T2) p1V1 = p2V2 • Llei de Gay-Lussac (P1 = P2) • Llei de Gay-Lussac (V1 = V2) Llei general dels gasos perfectes: Un gas es troba en condicions normals (c. n.) quan la seva temperatura és de 273 K (0 °C) i la seva pressió és 1,013 × 105 Pa (1 atm). Des del 1982, la IUPAC recomana que es faci servir el terme pressió estàndard que és la pressió de 100.000 Pa (105 Pa = 1 bar).

2.1. |Equació general dels gasos perfectes Volum molar Volum ocupat per un mol d’un element o compost, sigui en estat sòlid, líquid o gasós. El volum molar se simbolitza per Vm. Principi d’Avogadro Volums iguals de gasos en les mateixes condicions de pressió i temperatura tenen el mateix nombre de molècules. En cadascun dels recipients hi ha un mol de gas a la mateixa pressió i temperatura. Per qualsevol gas que es troba en condicions normals (c.n.) , el volum molar és sempre 22’4 dm3 o L. Per qualsevol gas que es troba en condicions estàndard i a 273 K (0ºC), el volum molar és sempre 22’7 dm3 o L.

P V = n RT 2.1. |Equació general dels gasos perfectes El valor constant p Vm/T s’anomena constant dels gasos i es designa amb la lletra R. El seu valor és de 8,31 J/K mol, quan la pressió, el volum i la temperatura estan expressats en unitats del SI. P V = n RT ** Es pot operar en unitats SI o bé en unitats clàssiques

2.1. |Equació general dels gasos perfectes APLICACIONS DE L’EQUACIÓ GENERAL DELS GASOS IDEALS: Determinació de masses moleculars de gasos. De l’equació general dels gasos ideals: P ·V = n ·R ·T Si es substitueix n per la massa de gas (m) entre la seva massa molar (M): Obtenim: Que ens permet trobar la massa molar del gas: (el seu valor és també la massa molecular) n = m M P · V = m · R · T M b) Determinació de la densitat d’un gas De l’expressió que havíem deduït a partir de l’equació general dels gasos: Si deixem a un costat el quocient entre massa i volum, s’obté la densitat del gas: P · V = m · R · T M c) Densitats relatives de dos gasos La densitat d’un gas A respecte un altre gas B s’anomena densitat relativa i indica les vegades que el gas A és més dens que el gas B, mesurats tots dos en les mateixes condicions de pressió i temperatura. A partir de la llei dels gasos es pot comprovar que la densitat relativa coincideix amb la relació entre les masses moleculars dels dos gasos:

2.2. |La velocitat de difusió dels gasos L’energia cinètica de les partícules d’un gas és proporcional a la seva temperatura absoluta. Si tenim dos gasos a igual temperatura, es compleix que: Ec 1 = Ec 2 2 1 Quan dos gasos estan a la mateixa temperatura, en el gas on les partícules tenen major massa aquestes es difonen a menor velocitat.

2.3. |Gasos reals Els gasos reals només compleixen les lleis de Boyle i de Charles i Gay-Lussac i l’equació general dels gasos ideals, a pressions molt baixes i a temperatures molt elevades (quan es troba lluny de la condensació). I, a igualtat de condicions de P i T, les compleixen millor aquells gasos en què les forces d’interacció entre les partícules són menors (les seves molècules són petites, apolars..., com per exemple: H2, O2, N2), que els gasos que tenen majors forces d’interacció entre les partícules (són polars..., per exemple: NH3, HCl): aquests darrers diem que es desvien més del comportament ideal. Els gasos reals que s’allunyen del comportament ideal no compleixen la llei general dels gasos ideals sinó l’Equació de Van der Waals: Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), físic holandès. Premi Nobel de física l’any 1910. en què a i b són característiques de cada gas.

2.4. |Mescla de gasos PB V = nB RT Ptotal = PA + PB + PC + ... S’anomena pressió parcial d’un gas B en una mescla de gasos, la pressió que exerciria el gas B si tot sol ocupés tot el volum de la mescla, a la mateixa T. PB V = nB RT Llei de Dalton de les pressions parcials: La pressió total exercida per una mescla de gasos és igual a la suma de les pressions parcials de tots els seus components. Ptotal = PA + PB + PC + ... I, combinant equacions i aplicant el concepte de fracció molar, s’obté: PA = xA · PTOT

2.5 |Solucions Composició: * Tant per cent en massa i ppm * Tant per cent en volum * Concentració en massa * Concentració molar o molaritat * Molalitat * Fracció molar Preparació de solucions: càlculs, procediment i material

a) Tant per cent en massa i ppm / b) Tant per cent en volum - El tant per cent en massa de solut (o simplement tant per cent de solut) és el nombre de grams de solut dissolts en 100 grams de solució. - ppm o parts per milió: s’utilitza per solucions molt diluïdes i indica els grams de solut dissolts per milió de grams de solució. És equivalent a mg/kg i pràcticament igual a mg/L - El tant per cent en volum d’una solució es defineix com el nombre d’unitats de volum de solut dissoltes en 100 unitats de volum de solució.

c) Concentració en massa / d) Concentració molar o molaritat - La concentració en massa indica la massa de solut dissolta en cada unitat de volum de solució. - La concentració molar indica la quantitat de substància dissolta en cada unitat de volum de solució. La composició d’una solució en mol / dm3 s’anomena molaritat.

e) Molalitat / f) Fracció molar - La molalitat és la quantitat de substància (nombre de mols) dissolta en cada unitat de massa de dissolvent (no de solució). - La fracció molar d’un dels components d’una solució és el quocient entre el nombre de mols d’aquest component i el nombre de mols de tots els components. Recordar els càlculs, procediments i material necessari per la preparació de solucions, tant a partir de soluts sòlids com a partir de solucions concentrades.

2.6|Reaccions químiques i càlculs estequiomètrics Reacció química: Les substàncies inicials o reactius es transformen per donar les substàncies finals o productes. Es representa amb una equació química amb les fórmules de totes les substàncies, el seu estat físic i els coeficients estequimètrics per igualar els àtoms dels dos costats. Tipus de reaccions: * Segons el mecanisme: síntesi, descomposició, desplaçament, doble desplaçament. * Segons les característiques químiques: combustió, neutralització àcid-base, redox, precipitació, etc. Els coeficients estequimètrics relacionen les substàncies en mols i també en volum en cas que siguin gasos en les mateixes condicions de P i T. Així es poden fer càlculs estequimètrics en les reaccions químiques. Es poden fer càlculs fent reaccionar una part proporcional de reactius o part alíquota. En els càlculs estequiomètrics cal saber aplicar els conceptes de: * reactiu limitant * puresa dels reactius * rendiment de la reacció * reaccions simultànies * reaccions consecutives, etc.