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Gas
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene
forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no
unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no
tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda
para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con
respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de atracción entre
partículas resultan insignificante.
Presión
La presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas
implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del
contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las
propiedades microscópicas del gas.
En efecto, para un gas ideal con N moléculas, cada una de masa m y moviéndose
con una velocidad aleatoria promedio vrms contenido en un volumen cúbico V las
partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que
intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una
fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre las
paredes.
Temperatura
La presión de un gas depende directamente de la energía cinética
molecular, y ésta es proporcional a la temperatura absoluta. Estos dos
enunciados permiten realizar una de las afirmaciones más importantes de
la teoría cinética:
energía molecular promedio =3/2 KT donde K = 1,38x10-23 J/K
Velocidad promedio de las moléculas
De las fórmulas para la energía cinética y la
temperatura se tiene
V =√ (24,940 T / peso molecular)
donde v se mide en m/s y T en kelvin
Para una temperatura estándar la velocidad
promedio de las moléculas de gas son:
•Hidrógeno 1846 m/s
•Nitrógeno 493 m/s
•Oxígeno 461 m/s
La Ecuación de Estado
Describe la relación entre la presión, el volumen, la temperatura
y la cantidad de un gas ideal:
PV = nRT
Valores de R
8,314472 J/K · mol
0,08205746 L · atm/K · mol
8,2057459 × 10-5 m3 · atm/K · mol
8,314472 L · kPa/K · mol
62,3637 L · mmHg/K · mol
62,3637 L · Torr/K · mol
83,14472 L · mbar/K · mol
1,987 cal/K · mol
1,07316 ft3 · psi/°R · lbmol
40,0 g de gas butano se encierran en un cilindro de 80,0 ml a una presión de
740 mm Hg ¿Cuál es la temperatura a la que se encuentra? ¿A qué
temperatura se debe colocar el gas para que ocupe un volumen de 200 ml si
la presión no se modifica?
PV = nRT
90,0 g de gas metano se encierran en un cilindro de 1500 cm3 a una y
60,0 ºC ¿a qué presión se encuentra?. ¿A qué presión de debe colocar
el gas metano para que su volumen sea de 1500 ml y la temperatura de
50,0 ºC?
PV = nRT
30,0 g de gas etino y 30,0 g de gas eteno se encierran en un cilindro de 800
ml a y una temperatura de 25,0 ºC ¿qué presión soporta las paredes del
recipiente?¿A qué presión se debe colocar el recipiente para que ocupe
un volumen de 200 ml si la temperatura no se modifica?
PV = nRT
Una mezcla de 3,0 g de gas propano, 6,0 de gas oxígeno y 9,0 de anhídrido
carbónico se encierran en un cilindro de volumen V a una presión de 0,850
atm y 80,0 ºC. ¿Cuál es el volumen del recipiente?¿Cuántos moles de gas
propano hay que introducir para que la presión se doble si no varía ni el
volumen ni la temperatura?
PV = nRT
Se tienen 85 g de hidróxido de calcio y eliminamos 2,5 1023 moléculas.
¿Cuántos moles de hidróxido de calcio quedan?
¿Cuántas moléculas de hidróxido de calcio quedan?
¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio quedan?
¿Cuántos moles de átomos de hidrógeno quedan?
eliminamos 2,5 1023 moléculas
Calcula el número de átomos y moléculas presentes en:
En 3,5 moles de SO2.
En 24,0 g de nitrógeno (gas)
En 0,4 g de hidrógeno (gas)
El término "Condiciones Normales" se suele utilizar mucho para
la medición de volúmenes de gases. Si se toma el valor de la
temperatura ambiente del lugar como 0ºC (o 273K) y la presión
como 1 atm, en el caso de gases ideales: PV =n RT --> V= 1x
0.082x 273/1ATM =22,4 l, que es el volumen de un mol de un gas
ideal en condiciones normales.
El término "Condiciones estándar" se suele utilizar para la medición de
volúmenes de gases. Si se toma el valor de la temperatura ambiente del lugar
como 25ºC (o 298K) y la presión como 1 atm, en el caso de gases ideales: PV
=n RT --> V= 1x 0.082x 298/1ATM =24,436 l, que es el volumen de un mol de
un gas ideal en condiciones estándar.
Teoría cinética molecular
Desarrollada por Boltzmann y Maxwell. Nos indica las propiedades de un
gas a nivel molecular.
•Todo gas está formado por pequeñas partículas esféricas llamadas
moléculas.
•Las moléculas gaseosas se mueven a altas velocidades, en forma recta y
desordenada.
•Los gases ejercen una presión continua al recipiente debido a los
choques de las moléculas con las paredes de éste.
•Los choques moleculares son perfectamente elásticos. No hay cambio de
energía.
•No se toman en cuenta las interacciones de atracción y repulsión
molecular.
Ley de Boyle-Mariotte
También llamado proceso isotérmico. Afirma que, a temperatura
constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional
a su presión:
PV = nRT
PV = nRT
Ley de Charles
Se considera así al proceso isobárico
Ley de Gay-Lussac
Se considera así al proceso
isovolumétrico (isocórico)
En un recipiente de 10,0 dm3 hay 0,50 moles de moléculas de oxígeno
(O2). La temperatura es 1200 K. Calcular en atm la presión a la que está
sometido el gas.
¿Qué volumen ocupa 1 mol de gas ideal cuando está sometido a una
presión de 5,5 atm y la temperatura es 25ºC? ¿Qué volumen ocupará en
CN?
Una botella de acero de 5 litros contiene oxígeno en c.n. ¿Qué cantidad de oxígeno
deberá introducirse para que, manteniendo constante la temperatura, la presión se eleve
a 40 atm?
Calcula el número de moléculas presentes en 1 cm3 de gas en c.n. (Número de
Loschmidt) ¿Importa la naturaleza del gas para el cálculo?
Una muestra de hidrógeno ocupa un volumen de 4,5 litros a 770 mm y 50 0C. Calcula:
El volumen que ocuparía en c.n.
Manteniendo el mismo recipiente ¿qué habría que hacer para que la presión fuera
como máximo de 700 mm?
La presión que ejercería si se trasvasa a un recipiente de 1,25 L manteniendo
T=cte
Un recipiente rígido de 28 L contiene He. Si la presión ejercida por el gas es de 1780
mm y su temperatura 30 0C:
¿Qué masa de He hay en el recipiente?
Si la presión máxima que pueden soportar las paredes del recipiente es de 3
atm ¿Cuál sería el límite de temperatura al que se podría trabajar sin que se
rompa el recipiente?
2, 49 g de un compuesto gaseoso se recogen en un recipiente de 2,18 litros a 27 0 C y 712
mm de presión.
Calcular el número de moles de gas presentes en el recipiente.
La masa molecular del gas
Un recipiente de 5 L contiene 14,0 g de nitrógeno a la temperatura de 127 0C. La presión
exterior es de 760 mm. Se abre el recipiente hasta que se iguale la presión con la del
exterior. Calcular:
La cantidad de nitrógeno que sale
La temperatura que debería tener el nitrógeno que queda en el recipiente si se desea
que su presión sea la inicial.
¿Cuál es la masa molecular de una gas cuya densidad en c.n. es 3,17 g/L?
La densidad de una gas en c. n. es 1,48 g/L. ¿Cuál será su densidad a 320 K y 730 mm Hg?
A presión normal, ¿cuál es la temperatura a la que se deben calentar 1,29 g de aire para
que ocupen un volumen de 1,29 litros?
Dos esferas A y B de 5 y 10 litros de capacidad respectivamente, contienen oxígeno
gaseoso a la temperatura de 20 0C. La esfera A contiene 96 g y la B 64 g. Calcular la
presión de equilibrio si ambas se ponen en comunicación.
En un recipiente de 5 L en el que se ha hecho previamente el vacío se inyectan 5,32 g
de aire. Si la presión ejercida es de 671 mm y la temperatura 20 0C
¿Cuál es la masa molecular del aire?
¿Cual es la densidad del aire en c.n?
¿Cuál será su densidad a 760 mm y 70 0 C?
En un aparato de laboratorio se elimina aire hasta lograr una presión igual a
10-6 mm de Hg a 25ºC. Calcular el número de moléculas que hay en 1,0
cm3 de aire a dicha presión y temp.
En un sistema cerrado, con tapa móvil, cuyo volumen es 0,452dm3, hay un
gas a una presión de 628,1 hPa y temperatura 87,0 ºC. A) ¿Cuál es su
volumen a 1,00 atm y 0,00 ºC? b)¿Cuántos moles de gas hay en el sistema?
c)¿Cuál es el volumen molar del gas en ambas condiciones?
Un cilindro de 100 cm2 de base y 1 m de altura contiene oxígeno (O2 ) a
una presión de 10 atm a 25ºC. Se produce una pequeña fisura en el
tanque, con la consiguiente pérdida de gas. Determinar a)¿Qué volumen
de gas queda en el tanque? b) ¿Qué masa de oxígeno se perdió? Dato Ar 0
= 16,0 Presión atmosférica = 1 atm
Un dm3 de helio (He) a 27ºC está sometido a una presión de 2,00 atm. El
sistema se calienta hasta duplicar el volumen, manteniendo la presión
constante. Calcular la temperatura final del sistema.
El ciclo de Carnot

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