LICENCIATURA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA

FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 - GASES

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FÍSICA BIOLÓGICA

TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 GASES

Ing. RONIO GUAYCOCHEA Ing. MARCO DE NARDI Ing. ESTEBAN LEDROZ Ing. THELMA AURORA ZANON AÑO 2014

Ing. Ronio Guaycochea

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CUESTIONARIO 1.

2.

3.

4.

Defina que es materia. Materia es todo lo que nos rodea, tiene masa y ocupa lugar en el espacio, todos los cuerpos están formados por materia, cualquiera sea su forma, tamaño o estado ¿En que estados puede presentarse la materia? En tres estados, sólido líquido y gaseoso. De que factores dependen los estados que condicionan la materia. P (presión), V (Volumen), T (temperatura) son los tres factores que condiciona la materia. Nombre los cambios de estado de la materia Para producir un cambio de estado de la materia, es necesario que intervenga la absorción o liberación de energía en forma de calor y se acompaña de cambios de volumen.

Según si se suministrar energía para que ocurra el cambio de estado se denominan Endotérmicos, cuando liberan energía se denominan Exotérmicos. 5.

Explique que es el Diagrama de fases

Una sustancia puede presentarse en tres estados, sólido líquido y gaseoso dependiendo de la temperatura y de la presión que se ejerza sobre ella. En un laboratorio se pueden determinar para cada sustancia los valores de P y T correspondiente a cada sustancia y se construye un grafico que se denomina diagrama de fases.

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6.

Explique que es el punto triple de una sustancia En el punto triple coexisten los tres estados Por ejemplo: Para el agua el punto triple está a una temperatura de 0,01ºC y a una presión de 4,58 mmHg. (610 Pa)

7.

Explique que el punto critico de una sustancia El punto critico representa el equilibrio liquido-gas y se lo conoce como punto critico, que se corresponde con una temperatura llamada critica, A temperatura superiores a ella, la sustancia solo puede presentarse en estado gaseoso. En la curva se observa A –B = Curva de equilibrio sólido gas, curva de sublimación o curva Pv del sólido B – D = Curva de equilibrio sólido liquido o curva de fusión B – C = Curva de equilibrio liquido gas, curva de ebullición o curva Pv del liquido

8.

Defina: Calor y Temperatura El calor es una forma de energía que hace aumentar la temperatura, se lo considera como una forma de energía en transito Podemos medirlo en Joule (J) que es la unidad de energia en el sistema Internacional (SI) o en calorías (cal) 1 cal =4,18 J 1 J 0 0,24 cal

9.

Defina Caloría Definición de caloría Una caloría equivale a 4,16 Joules y se define como la cantidad de calor necesaria para que un gramo de agua aumente su temperatura en un grado centígrado (con mas precisión que aumente su temperatura de 14,5 ºC a 15,5 ºC Temperatura La temperatura es una magnitud física La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, La temperatura está íntimamente relacionada con la energía interna y con la entalpía de un sistema: a mayores temperaturas mayores serán la energía interna y la entalpía del sistema.

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La temperatura es una propiedad intensiva, es decir, que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del que este compuesto. 10. Unidades de Temperatura y las relaciones entre ellas Grado Celsius o grados Centígrados (°C). Definición: Anders Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición y de congelación del agua, asignándoles originalmente los valores 0 °C y 100 °C Grado Fahrenheit (°F). Definición: es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala establece como las temperaturas de congelación y ebullición del agua, 32 °F y 212 °F, respectivamente Kelvin (°K) el grado Kelvin Definición: es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 ºK º K º C  273

Para pasar de ºC a º F



º C  (º F  32) 

Para pasar de ºF a ºC



9 º F º C   32 5

5 9

Cuadro comparativo de escalas termométricas Kelvin (ºK) Celsius (ºC) Fahrenheit (ºF) 0 -273 -459,4 273 0 32 373 100 212 11. Que parámetros definen el estado de un gas

El comportamiento de los gases puede estudiarse mediante las relaciones matemáticas de su Presión (P), su volumen (V), y su temperatura (T) Al producirse una variación de en una de esas magnitudes, se observa que, en general las demás también se modifican, esto hace que un gas pase de un estado a otro Las ecuaciones que expresan las relaciones entre P, V y T y la cantidad de moles de un gas, se la conoce como leyes de los gases. 12. Como se clasifican los gases

Gases ideales o perfectos Propiedades: Las partículas son puntuales, Posen fuerzas intermoleculares nulas, no se pueden licuar, Cumplen estrictamente con las Leyes de Boyle Mariotte y Charles Gay- Lussac Los gases ideales no existen (existen los gases reales) pero todo gas real se aproxima al comportamiento ideal cuando se encuentra a bajas presiones y altas temperaturas (baja densidad). Los gases que mas se aproximan a la idealidad son los del grupo del helio. Ing. Ronio Guaycochea

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Gases Ideales 13. Gases Reales

Propiedades Las partículas son pequeñas (pero no puntuales) Existen fuerzas intermoleculares pequeñas Se pueden Licuar No cumplen estrictamente con las leyes de Boyle-Mariote y Charles Gay-Lussac Se subdividen Gases permanentes: son aquellas que se licuan a muy bajas temperatura y a temperatura ambiente cumplen con las leyes de Boyle-Mariote y Charles GayLussac Gases licuables pasan fácilmente al estado liquido a temperatura ambiente. (Ej, CO2) 14. Teoría Cinética de los gases

¿el gas se expande cuando se calienta a presión constante? ¿Por qué aumenta su presión cuando el gas se comprime a temperatura constante? Teoría cinética Un gas está compuesto de moléculas que están separadas por distancia mucho mayores que sus propias dimensiones 15. Leyes de los gases ideales

El estado de una cierta masa m de sustancia está determinado por su presión P, su volumen V y su temperatura T (variable de estado del sistema) Siempre que se modifica alguna de estas variables, el sistema, el sistema pasa de un estado a otro decimos que “el sistema evoluciona o se ha transformado” Existen leyes que relacionan las variables P, V, T Ley de Avogadro: La ley de Abogadro dice “Volúmenes iguales de gases distintos a la misma presión y temperatura contiene igual numero de moléculas” 16. A que se denomina transformación de un gas?

Los cambios de P, V y T 17. Que es una transformación isotérmica de un gas?

Es una transformación de gas (P y V) a Temperatura constante 18. Que es una transformación isobarica de un gas?

Es una transformación de gas (T y V) a Presión constante 19. Que es una transformación isocorica de un gas?

Es una transformación de gas (T y P) a Volumen constante 20. Ley de Boyle Mariotte

Esta ley describe el comportamiento del volumen (V) de los gases sometidos a cierta presión (P), estableciendo que “Si a una determinada masa de gas (m), a T constante (transformación isotérmica) se le cambia su presión, entonces su volumen cambiará de tal manera que el producto de la presión (P) y el volumen (V) se mantiene constante.

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P1 V1  P2  V 2  P  V  Cons tan te



si la temperatura T no cambia

Presion

(transformación isotérmica) Esta ley nos permite calcular el volumen a cualquier presión (de una masa de gas que no cambia, conservada a la misma temperatura), si conocemos el volumen del gas a cualquier presión es decir. Gráficamente

Volumen

Si “P” se mide en Pa y V en m3 resulta P  V  Pa  m 3  N  m  Joule (energia ) Pa 

N m2



N m 3  N  m  J 2 m

La ley de Boyle-Mariotte nos permite conocer la energía del sistema 21. Primera ley de Charles Gay-Lussac

En esta ley Charles dice: “Si una dterminada masa de gas (m), a P constante (Transformación isobarica se le cambia su temperatura, entonces su volumen cambiará de tal manera que el cociente entre el volumen (V) y la temperatura Absoluta (T en grados Kelvin) se mantiene constante. En toda transformación isobarica de un gas el volumen y la temperatura absoluta son directamente proporcionales. V si la presión P no cambia (transformación isobarica)  Cte T Entonces V1 V 2  T1 T 2 T1 = temperatura inicial en grados Kelvin T2 = Temperatura fina en grados Kelvin V1 = Volumen inicial (m3, cm3, etc) V2 = Volumen final (m3, cm3, etc)

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22. Segunda Ley de Gay-Luzacc

Esta Ley dice Si el volumen de una cierta cantidad de gas a presión moderada se mantiene constante, el cociente entre presión y temperatura (Kelvin) permanece constante: Si una determinada masa de gas (m) a V constante (transformación isocorica) si se cambia su temperatura absoluta, entonces su presión cambiará de tal manera que el cociente entre la presión (P) y la temperatura absoluta (T °K) se mantiene constante. En toda transformación isocorica de un gas, la presión y la temperatura son directamente proporcionales. P si el V no cambia (transformación isocorica)  cte T P1 P 2  T1 T 2 P1 = Presión inicial T1 = Temperatura inicial (°K) P2 = Presión final T2 = Temperatura final (°K) 23. Ecuación general de los gases

O También llamada ecuación de estado de los gases ideales En las leyes de los gases la de Boyle, la de Charles y la de Gay-Lussac, la masa del gas es fija y una de las tres variables, la temperatura, presión o el volumen también es constante. Utilizando una nueva ecuación no solo podemos variar la masa sino también la temperatura, la presión y el volumen. La ecuación es P V  n  R  T

 n

m PM



P V 

m  R T PM

T = Temperatura (°K) R = Constante universal de los gases n = Numero de moles V = Volumen (litros) P = Presión (Pa, mmHg, etc) m = Masa (gr, Kg, etc)} PM = Peso molecular

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  mmHg  Lit    62,3636 mol  K       Atm  Lit     0,0821  molº K   J    R    8,3144  Valores de R (constante universal de los gases)  mol   K      Pa  m 3     8,3144  mol   K      cal    1,987  mol  K     24. Transformaciones totales

-

Son aquellas transformaciones en las que varia el volumen, la temperatura y la presión P1  V 1 P 2  V 2 esta formulas sirve para recordar las leyes anteriores solo hay  T1 T2 que simplificar las anteriores m Si la densidad de un gas es   V La ecuación de estado queda P  PM m  R T m P  PM  P V     R T PM V R T Esto explica que un gas se comporta idealmente a: Bajas presiones, pues a menor presión menor densidad Altas temperaturas, pues a mayor T menor densidad

25. Mezclas gaseosas - ley de Dalton

En una mezcla de gases que “no reaccionan entre si”, cada molécula se mueve independientemente, de una forma análoga como si estuviera totalmente aislada. En esta mezcla, cada gas se distribuye uniformemente por todo el espacio disponle, como si ningún otro gas estuviere presente. Las moléculas ejercen la misma presión sobre las paredes del recipiente que lo contiene que la ejercerían si no hubiera ningún otro gas presente. Dalton enunció la ley de las presiones parciales “En una mezcla de gases la presión total ejercida por los mismos es una suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviese solo en las mismas condiciones. Si varios gases A, B y C se colocan en un mismo recipiente, acaban formando una mezcla homogénea. La presión que cada gas ejerce individualmente en una mezcla se denomina presión parcial. La ley de Dalton de las presiones parciales se expresa PTotal  PA  PB  PC  .....Pn A partir de la ley de Dalton se deduce la siguiente expresión (que permite calcular la presión parcial de un gas conociendo la presión total). Pi  Xi  PT Donde: PT = Presión total de la mezcla Xi = Fracción molar del gas “i” Ing. Ronio Guaycochea

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Pi = Presión parcial del gas “i” Esto nos dice que manteniendo constante los otros parámetros, la presion de un gas es directamente proporcional a la cantidad de moles de ese gas en la mezcla. Si la concentración fraccional no es dato se puede calcular con cualquiera de las Siguientes formulas (%)i moles" i" Xi   Xi  100 moles totales 26. Defina que es un mol

El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, es, por definición, una constante que no depende del material ni del tipo de partícula. Mol: Un mol de cualquier gas posee 6,022x1023 moléculas en condiciones normales de Presión y Temperatura (CNPT = 1 atm y 0°C), ocupa un volumen de 22,4 litros (volumen molar) 27. Difusión

La difusión es movimiento de moléculas de un gas de una alta concentración a una baja concentración de acuerdo a sus presiones parciales individuales. Los procesos de difusión son espontáneos, no requieren energía. Si bien tanto sólidos, líquidos y gases se difunden, la propiedad es mas notable en los gases. Para que se pueda producir el fenómeno de difusión debe haber, entre ambos lados de la membrana, una diferencia de concentración o bien una diferencia de potencial eléctrico. 28. Ley de Graham.

-

“La velocidad de difusión de un gas con respecto a otro, esté en razón inversa con la raíz cuadrada de los pesos moleculares” Vdif 1 PM 2  Vdif 2 PM 1 De la ecuación anterior, podemos concluir que: a mayor peso molecular  menor velocidad de difusión a menor Peso molecular  mayor velocidad de difusión

29. Como se denomina la solubilidad de un liquido

A la difusión de un gas en un líquido se llama Solubilidad En estos casos “La velocidad de difusión de un gas en un liquido con respecto a otro está en razón inversa a la raíz cuadrada de sus pesos moleculares y en razón directa a los cocientes de solubilidad de los gases en los líquidos”.

Vdif 1  Vdif 2

PM 2 1  PM 1  2

30. Ley de Henry

“La cantidad de gas que se disuelve en un liquido es directamente proporcional a la presión parcial del gas y a su coeficiente de solubilidad”

    Pp M = Molaridad (n° de moles contenidos en un litro de solución) Ing. Ronio Guaycochea

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 = Coeficiente de solubilidad del gas en el líquido Pp = Presión parcial del gas

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PROBLEMAS Problema 1.

Ocho moles de cierto gas ocupan un volumen de 2 x 105 cm3y están sometidos a la presión de 2 atm (dos atmósferas). Calcule la temperatura.

Datos  mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  Pr esion 1 atm  760 mmHg 2 atm 

X 

2 atm  760 mmHg  1520 mmHg 1 atm

n  8 moles Volumen 1000 cm 3

 1 Lit

2  10 5 cm 3



X 

2  10 5 cm 3  1 Lit  200 Lit 1000 cm 3

Ecuacion de estado P V  n  R  T 1520 mmHg  200 Lit  609,36 K  mmHg  Lit  8 moles 62,36    mol   K  T  609,36 K - 273  336,36 C

T

P V nR

 T

Problema 2.

Dos moles de un gas están a una presión de 51,5 mmHg, y a 0 ºC, calcular el volumen del gas Datos

 mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  P  51,5 mmHg n  2 moles T  0 C  T  0  273  273  K Ecuacion de estado P V  n  R  T V

n  R T P

 mmHg  Lit  n  2 moles 62,3636    273  K mol   K    V  661,17 Litros 51,5 mmHg

Problema 3.

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Cuantos moles de hidrogeno serán necesarios para llenar un globo de 5 m3 a la presión de 2 atm y 27 °C de temperatura. Datos

 mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  Pr esion 1 atm  760 mmHg 2 atm 

X

2 atm  760 mmHg  1520 mmHg 1 atm

Volumen 1m3

 1000 Lit

5 m3



X

5 m3  1000 Lit  5000 Lit 1m3

T  27 C  T  27  273  300  K Ecuacion de estado P V  n  R  T n

P V R T

 n

1520 mmHg  5000 Lit  406,21 moles  mmHg  Lit  62,3636    300  K  mol   K 

Problema 4.

Se tienen 200 g de nitrógeno (PM = 28) a 327 °C y ocupando 60 dm3. ¿Cual es la presión?

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Datos  mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  masa 1000 gr  1 Kg 200 gr  1 Kg 200 gr  X   0,2 Kg 1000 gr Volumen  1 Lit

1dm3

60 dm3  1 Lit 60 dm  X   60 Lit 1dm3 T  327 C  T  327  273  600  K PM  28 3

m 0,2 Kg  n  0,0071moles PM 28 Ecuacion de estado

n

P V  n  R  T P

n  R T V

 mmHg  Lit  0,0071moles 62,3636    600  K mol   K    P  4,42 mmHg 60 Lit

Problema 5.

En un recipiente cilíndrico está contenido un gas de PM = 40 a 3 atm de presión a una temperatura de 200 °C, el volumen del recipiente es de 2,5 m3, ¿Cuántos gramos hay?

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Datos  mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  masa 1000 gr  1 Kg 200 gr 

X 

200 gr  1 Kg  0,2 Kg 1000 gr

Pr esion 1 atm  760 mmHg 3 atm 

X 

3 atm  760 mmHg  2280 mmHg 1 atm

Volumen  1000 Lit

1m 3

2,5 m 3  1 000 Lit  3000 Lit 1m 3 T  200 C  T  200  273  473  K 2,5 m 3



X 

PM  40 Ecuacion de estado P V  n  R  T n

P V R T

n

m PM

 n

2280 mmHg  2500 Lit  193,23 M oles  mmHg  Lit  62,3636    473  K  mol   K 

 m  n  PM

 m  193,23 M oles  40  7729,34 gr

Problema 6.

Un gas que está a 300 °C y 2 atm de presión, estaba inicialmente a una temperatura de 300 °K, en ningún momento cambió el volumen del gas, ¿Cuál es la presión inicial? Se aplica la segunda Ley de Gay-Luzacc

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P1 P 2  T1 T 2

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Datos : Temperatura 1  300 K Temperatura 2  300C  273  573 K Pr esion 2  2 atmosferas 1 atm  760 mmHg 2 atm  P 2 

2 atm  760 mmHg  1520 mmHg 1 atm

1520 mmHg  300 K P1 P 2 P2  T1   P1   P1   795,81 mmHg T1 T 2 T2 573 K 1 mmHg  133.32 Pa 795,81 mmHg  P1 

795,81 mmHg  133.32 Pa  106099.3 Pa  1060,99 HPa 1 mmHg

Problema 7.

Pasajes de escala de temperatura llene el siguiente cuadro 5 9 De ºC a ºF º C  (º F  32)  De ºF a ºC º F º C   32 9 5 ºC -60 -40 -10 10 15 30 80 100 120 200 300

ºF -76 14 59 176 248 572

ºF -20 -10 0 10 50 70 80 120 200 250 300

ºC -28,89 -17,78 10,00 26,67 93,33 148,89

Problema 8.

Un frasco de 50 litros se llena de aire a 980 HPa a 30 °C, se lo tapa, y se lo destapa luego a 930 HPa a 5 °C, ¿Cuántos litros entran? Se aplica la ecuación de estado de los gases

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P1  V 1 P 2  V 2  T1 T2

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P1  V 1 P 2  V 2 P1  V 1  T 2   V2  T1 T2 T1  P2 Datos V 1  50 Lit P1  980 HPa T 1  30C  T 1  30C  273  303 K P 2  930 HPa T 2  5C  273  278 K V2  ? V2 

980 HPa  50 Lit  278 K P1  V 1  T 2  V2   56,16 Lit T1  P2 303 K  930 HPa

Volumen Inicial  50Lit Volumen Final  56,16 Lit Volumen que entra  56,16 Lit - 50Lit  1,65 Lit Problema 9.

Un frasco de 10 Litros se llena de aire a 775 mmHg a 27 °C de temperatura y se lo destapa a 720 mmHg y 7 °C ¡cual es el volumen final?

P1  V 1 P 2  V 2 P1  V 1  T 2   V2  T1 T2 T1  P2 Datos V 1  10 Lit P1  775 mmHg T 1  27C  T 1  27C  273  300 K P 2  720 mmHg T 2  7C  273  281 K V2  ? 775 mmHg  10 Lit  281 K P1  V 1  T 2 V2   V2   10,082 Lit T1  P2 300 K  720 mmHg Problema 10.

Se supone que llenamos un frasco de 3 Litros de aire a 697 mmHg y 20 °C y lo destapamos a 718 mmHg y 30 °C ¿Qué sucede con el volumen?

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P1  V 1 P 2  V 2  T1 T2 Datos V 1  3 Lit

 V2 

P1  V 1  T 2 T1  P2

P1  697 mmHg T 1  20C

 T 1  20C  273  293 K

P 2  718 mmHg T 2  30C  273  303 K V2  ? V2 

P1  V 1  T 2 T1  P2

 V2 

697 mmHg  3 Lit  303 K  3,011Lit 293 K  718 mmHg

Volumen inicial  3 Lit Volumen final  3,011 Lit Salen del frasco  Vol Final - Vol inicial V  3,011 Lit - 3 Lit  0,011 Lit

0,011  1000 Salen  11 cm 3

Problema 11.

Calcular el volumen inicial de un gas en CNTP (Condiciones normales de temperatura presión), si ocupa un volumen final de 91,2 litros si cambia su estado a 1,5 atmósferas siendo su temperatura de 700 °C. Nota (CNTP ) P = 0 mmHg, y T = 0 °C.

P1  V 1 P 2  V 2 P2  V 2  T1   V1  T1 T2 T 2  P1 Datos P1  1 atm  760 mmHg T 1  0C  T 1  0  273  273  K V1  ? P 2  1,5 atm  P 2  1,5  760  1140 mmHg T 2  700C  273  973 K V 2  91,2 Lit 1140 mmHg  91,2 Lit  273 K P2  V 2  T1 V1   V2   38,38 Lit T 2  P1 973 K  760 mmHg Problema 12.

En un recipiente de 6 litros de capacidad tenemos una mezcla de 0,175 moles de nitrógeno, 0,046 moles de oxigeno y 0,015 moles de agua. La temperatura de la vasija es de 37ºC. ¿Cuál será la presión parcial de cada uno de los gases?

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 mmHg  Lit  R  62,3636    mol   K  T  37 C  273  310  K P1  V n1  R  T  P1  R T V P2  V n2  R  T n2   P2  R T V P3  V n2  R  T n3   P2  R T V Volumen  6 Lit n1 

Sumando miembro a miembro ( p1  p 2  p3)  V R T n  R  T  p  V

(n1  n 2  n3)  n 

p  V R T

 mmHg  Lit  0,236 moles 62,3636    310  K mol   K   p   760,4 mmHg 6 Lit P1 

P2 

P3 

n1  R  T V

 mmHg  Lit  0,175moles 62,3636    310  K mol   K    P1   563,87mmHg 6 Lit

n2  R  T V

 mmHg  Lit  0,046moles 62,3636    310  K mol   K    P1   148,21mmHg 6 Lit

n3  R  T V

 mmHg  Lit  0,015moles 62,3636    310  K mol   K    P1   48,33mmHg 6 Lit

se comprueba que 563,87mmHg  148,21mmHg  48,33mmHg  760,4mmHg Problema 13.

En un tanque a 0 °C se introducen 28 gr de nitrógeno (PM = 28) y 3 moles de hidrogeno (PM = 2) a una presión de 1140 mmHg. ¿Cuál es el volumen del recipiente?. PM = Peso molecular

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Datos Presion  1140 mmHg N  m  28 gr PM  28 m 28gr  n  1 mol PM 28 H  n  3 moles n

 mmHg  Lit  R  62,3636    mol  K  T  0C  273  273 K P1  V n1  R T P2  V n2  R T Sumando miembro a miembro (n1  n 2) 

P1  P2  V

R T (n1  n 2)  R  T  V PT

pero P1  P 2  PT presion total  1140mmHg

 mmHg  Lit  (1  3)moles 62,3636    273K mol  K   V  59,73 Litros 1140 mmHg

Problema 14.

Un Tanque contiene 18 Kg de gas Nitrógeno (PM = 28) a una presión de 4,5 atm. ¿Qué cantidad de gas Hidrogeno (PM = 2) a 3,5 atm. Contendrá el mismo deposito? m  m  n  PM PM datos n

 18Kg  18000gr N  PM  28  P1  4,5 atm

 n

m PM

n

18000  642,85 moles 28

H PM  2 P 2  3,5 atm se sup one T1  T 2 y V1  V 2

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ecuacion de estado 1 P1  V  n1  R  T ecuacion de estado 2 P2  V  n 2  R  T dividiendo P1  V n1  R  T P1 n1 P 2  n1     n2   P2  V n 2  R  T P2 n 2 P1 3,5 atm  642,85 moles n2   500moles 4,5 atm m  n  PM  m  500moles  2  1000gr masa de Hidrogeno  1000gr  1Kg Problema 15.

En un recipiente hay 2 moles de Nitrógeno, 5 moles de helio y 3 moles de argón todo a 22 atm. Calcule la presión parcial del argón. PTotal  PA  PB  PC  .....P Pi  Xi  PT (1) Donde : PT  Presión total de la mezcla Xi  Fracción molar del gas “i” Pi  Presión parcial del gas “i” Xi 

(%)i 100



Xi 

moles" i" (2) moles totales

Moles Totales  2  5  3  10 moles (2) X arg on 

moles" arg on"  moles totales

(1) P arg on  X arg on  PT

X arg on 

3  0,3 10

 P arg on  0,3  22 atm  6,6 atm

P arg on  6,6 atm  760 mmHg  5016 mmHg Problema 16.

En una mezcla de gases a 860 mmHg, uno de ellos tiene una presión de 189,5 mmHg. ¿Cuál es el porcentaje de dicho gas en la mezcla? 850 mmHg  100 % 189,5 mmHg  100 % 189,5 mmHg  %   22,29 % 850 mmHg Problema 17.

En un recipiente a la presión de 200 mmHg se hallan 100 gramos de hidrogeno (PM = 2) y 160 gramos de oxigeno (PM = 32), calcular las presiones parciales del hidrogeno y del oxigeno.

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FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 - GASES

PTotal  PA  PB  PC  .....P Pi  Xi  PT (1) Donde : PT  Presión total de la mezcla Xi  Fracción molar del gas “i” Pi  Presión parcial del gas “i” Xi 

(%)i 100

 Xi 

moles" i" ( 2) moles totales

m PM Datos : n

100  50 moles 2 160 O  O  160 gr  PM  32  n   5 moles 32 moles totales  50  5  55 moles N  m  100 gr

 PM  2  n 

50  0,90 55 5 Xi O   0,090 55 (1) Pi N  0,90  200 mmHg  180 mmHg Xi N 



Pi O  0,090  200 mmHg  18 mmHg

Problema 18.

Dos matraces se encuentran conectadas por una llave de paso el matraz A contiene 250 cm3 de gas cripton a 500 mmHg mientras que e matraz B tiene 450 cm3 de helio a 950 mmHg. La llave de paso se abre de manera tal que los gases se mezclan. Suponiendo que la temperatura se mantiene constante durante el proceso. ¿Cuál es la presión final del sistema?

A

B

llave de paso Cuando se habre la llave el volumen final es Vf = V1 + V2 Ing. Ronio Guaycochea

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FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 - GASES

Por ley de Boyle  Mariotte P1  V 1  P 2  V 2 (1) V 1  250 cm 3

V 2  V 1  V 2  250 cm 3  450 cm 3  700 cm 3

P1  500 mmHg

P2  ?

500 mmHg  250 cm 3 P1  V 1  P2   178,57 mmHg V2 700 cm 3 P3  V 3  P 4  V 4 (2)

(1) P 2 

V 3  450 cm 3

V 4  V 3  V 4  250 cm 3  450 cm 3  700 cm 3

P3  950 mmHg

P4  ?

(2) P 4 

950 mmHg  450 cm 3 P3  V 3  P4   610,71 mmHg V4 700 cm 3

Por ley de Dalton PTotal  PA  PB  PC  .....P PTotal  P2  P4

 PT  178,57 mmHg  610,71 mmHg  789,28 mmHg

Problema 19.

Cierta masa de un gas sufre una transformación isotérmica. Inicialmente 12 litros del mismo se encuentran a 0,50 atm y luego la presión se eleva a 1 atm. Si en el estado inicial la densidad es de 2 gr/Lit- ¿Cuánto vale la densidad después de la transformación?. 1 atm = 760 mmHg Por ley de Boyle  Mariotte P1  V1  P 2  V 2 (1)  T  Cte

V1  12 Lit P1  0,5 atm 1  2 gr / lit

P 2  1 atm 2  ?

Ecuacion de estado m PM m R T m P1    1  V1 PM V1 R T  P1  1  estado1   P1 1 PM    R T P2  2  P2   2  estado 2 PM  1 atm  2 gr / lit 2    2  4 gr / lit 0,5 atm P1  V1  n  R  T



n

2 

P 2  1 P1



Problema 20.

La densidad del Nitrógeno, en condiciones normales de temperatura y presión (CNTP), es de 1,25 Kg/m3. Determine la densidad que tendrá el nitrógeno cuando su temperatura sea de 42 °C y su presión de 730 mmHg.

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Nitrógeno (PM  28)

 1  1,25 Kg/m 3

CNPT  T1  0 º C  273  273 º K  P1  1 atm  760 mmHg T2  42 º C  273  315 º K  P 2  730 mmHg 

2  ?

Se aplica la ecuacion de estado m PM R T  P   PM

PV  n R T  n 

m R T PM  P    V PM R T  PM  P1   1  R  T1  1 P1  T 2   T1  P 2   2  1   PM  P 2  2 T1  P 2 P1  T 2  2    R  T2  1,25 Kg/m 3  273 º K  730 mmHg 2   1,040 Kg/m 3 760 mmHg  315 º K P

Problema 21.

Cinco gramos de un gas de PM = 28 tiene inicialmente una densidad de 2,5 gr/lit a una presión de 2 atm. Calcular el volumen que ocuparán a una presión de 2,63 atm, al duplicarse la temperatura

Gas (PM  28)

 m  5 gr



1  2,5 gr/Lit

5 gr m  n  0,178moles PM 28 P1  2 atm  P1  2  760 mmHg  1520 mmHg n

P 2  2,63 atm  P 2  2,63  760 mmHg  1998,8 mmHg T 2  2  T1 5 gr m m   V  V1   2 Lit V  2,5 gr/Lit  mmHg  Lit  R  62,3636    mol  K  Se aplica la ecuacion de estado PV  n R T  T 

PV nR



1520 mmHg  2 Lit  273,85 º K  mmHg  Lit  0,178 moles 62,3636    mol  K  T2  2  273,85 º K  547,71 º K T1 

P1  V1  T1  nR

 mmHg  Lit  0,178moles 62,3636    547,71 º K n  R  T2 mol  K   V2   V2   3,04 Lit P2 1998,8 mmHg

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Problema 22.

Una muestra de 4 moles de gas ideal está contenida en un recipiente de 6 litros a 300 ºK. Si se disminuye su volumen a la mitad manteniendo la temperatura constante y luego se lleva a una temperatura a 1200 ºK, sin modificar su volumen ¡Cuánto valdrá la presión final alcanzada por el sistema?. Datos

n  4 moles

V1  6 Lit

T  300 º K

 mmHg  Lit  R  62,3636    mol  K  Se aplica la ecuacion de estado  mmHg  Lit  4 moles 62,3636    300 º K mol  K   PV  n R T  P   12472,72 mmHg 6 Lit 4 moles  R  T1 n  R  T1  P1  V1 V1 V1 6Lit V2   V2   3Lit 2 2 T 2  1200 º K P1 

 mmHg  Lit  4moles 62,3636    1200 º K n  R  T2 mol  K   P2   P2   99781,76 V2 3 Lit P2 99781,76   8  la P 2 aumenta 8 veces P1 12472,72

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FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 - GASES

TRABAJO PRÁCTICO A ENTREGAR POR EL ALUMNO CUESTIONARIO El alumno deberá explicar de manera sintética y clara cada uno de los siguientes ítems 1.

Defina que es materia.

2.

¿En que estados puede presentarse la materia?

3.

De que factores dependen los estados que condicionan la materia.

4.

Nombre los cambios de estado de la materia

5.

Explique que es el Diagrama de fases

6.

Explique que es el punto triple de una sustancia

7.

Explique que el punto critico de una sustancia

8.

Defina: Calor y Temperatura

9.

Defina Caloría

10. Unidades de Temperatura y las relaciones entre ellas 11. Que parámetros definen el estado de un gas 12. Como se clasifican y de las propiedades de los gases, Gases ideales o perfectos 13. Gases Reales 14. explique la teoría Cinética de los gases 15. Leyes de los gases ideales 16. A que se denomina transformación de un gas? 17. Que es una transformación isotérmica de un gas? 18. Que es una transformación isobarica de un gas? 19. Que es una transformación isocorica de un gas? 20. Primera ley de Charles Gay-Lussac 21. Segunda Ley de Gay-Luzacc

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22. Ecuación general de los gases 23. Transformaciones totales 24. Mezclas gaseosas - ley de Dalton 25. Defina que es un mol 26. Difusión 27. Ley de Graham. 28. Como se denomina la solubilidad de un liquido 29. Ley de Henry

PROBLEMAS Problema 1.

Ocho moles de cierto gas ocupan un volumen de 2,3 x 105 cm3 y están sometidos a la presión de 2,5 atm (dos atmósferas). Calcule la temperatura. Problema 2.

Tres moles de un gas están a una presión de 53 mmHg, y a 0 ºC, calcular el volumen del gas. Problema 3.

Cuantos moles de hidrogeno serán necesarios para llenar un globo de 5,2 m3 a la presión de 2,1 atm y 31 °C de temperatura. Problema 4.

Se tienen 210 g de nitrógeno (PM = 28) a 325 °C y ocupando 55 dm3. ¿Cual es la presión? Problema 5.

En un recipiente cilíndrico está contenido un gas de PM = 40 a 2,8 atm de presión a una temperatura de 205 °C, el volumen del recipiente es de 2,4 m3, ¿Cuántos gramos hay? Problema 6.

Un gas que está a 310 °C y 2,1 atm de presión, estaba inicialmente a una temperatura de 290 °K, en ningún momento cambió el volumen del gas, ¿Cuál es la presión inicial? Problema 7.

Pasajes de escala de temperatura llene el siguiente cuadro 5 9 De ºC a ºF º C  (º F  32)  De ºF a ºC º F º C   32 9 5 ºC -60 -40

ºF -76

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ºF -20 -10

ºC -28,89

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FÍSICA BIOLÓGICA TRABAJO PRÁCTICO Nº 5 - GASES -10 10 15 30 80 100 120 200 300

14 59 176 248 572

0 10 50 70 80 120 200 250 300

-17,78 10,00 26,67 93,33 148,89

Problema 8.

Un frasco de 45 litros se llena de aire a 970 HPa a 25 °C, se lo tapa, y se lo destapa luego a 928 HPa a 7 °C, ¿Cuántos litros entran? Problema 9.

Un frasco de 12 Litros se llena de aire a 770 mmHg a 30 °C de temperatura y se lo destapa a 725 mmHg y 8 °C ¡cual es el volumen final? Problema 10.

Se supone que llenamos un frasco de 3 Litros de aire a 697 mmHg y 20 °C y lo destapamos a 718 mmHg y 30 °C ¿Qué sucede con el volumen? Problema 11.

Calcular el volumen inicial de un gas en CNTP (Condiciones normales de temperatura presión), si ocupa un volumen final de 92 litros si cambia su estado a 1,6 atmósferas siendo su temperatura de 690 °C. Nota (CNTP ) P = 0 mmHg, y T = 0 °C. Problema 12.

En un recipiente de 5 litros de capacidad tenemos una mezcla de 0,170 moles de nitrógeno, 0,047 moles de oxigeno y 0,013 moles de agua. La temperatura de la vasija es de 35ºC. ¿Cuál será la presión parcial de cada uno de los gases?

Problema 13.

En un tanque a 0 °C se introducen 30 gr de nitrógeno (PM = 28) y 4 moles de hidrogeno (PM = 2) a una presión de 1120 mmHg. ¿Cuál es el volumen del recipiente?. Problema 14.

Un Tanque contiene 17 Kg de gas Nitrógeno (PM = 28) a una presión de 4,3 atm. ¿Qué cantidad de gas Hidrogeno (PM = 2) a 3,4 atm. Contendrá el mismo deposito? Problema 15.

En un recipiente hay 2,2 moles de Nitrógeno, 4 moles de helio y 3,8 moles de argón todo a 21 atm. Calcule la presión parcial del argón. Problema 16.

En una mezcla de gases a 840 mmHg, uno de ellos tiene una presión de 188 mmHg. ¿Cuál es el porcentaje de dicho gas en la mezcla?

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Problema 17.

En un recipiente a la presión de 205 mmHg se hallan 105 gramos de hidrogeno (PM = 2) y 150 gramos de oxigeno (PM = 32), calcular las presiones parciales del hidrogeno y del oxigeno. Problema 18.

Dos matraces se encuentran conectadas por una llave de paso el matraz A contiene 260 cm3 de gas cripton a 490 mmHg mientras que e matraz B tiene 445 cm3 de helio a 940 mmHg. La llave de paso se abre de manera tal que los gases se mezclan. Suponiendo que la temperatura se mantiene constante durante el proceso. ¿Cuál es la presión final del sistema? Problema 19.

Cierta masa de un gas sufre una transformación isotérmica. Inicialmente 12 litros del mismo se encuentran a 0,55 atm y luego la presión se eleva a 1,1 atm. Si en el estado inicial la densidad es de 2,1 gr/Lit- ¿Cuánto vale la densidad después de la transformación?. Problema 20.

La densidad del Nitrógeno, en condiciones normales de temperatura y presión (CNTP), es de 1,20 Kg/m3. Determine la densidad que tendrá el nitrógeno cuando su temperatura sea de 40 °C y su presión de 720 mmHg. Problema 21.

Cinco gramos de un gas de PM = 28 tiene inicialmente una densidad de 2,3 gr/lit a una presión de 2,2 atm. Calcular el volumen que ocuparán a una presión de 2,7 atm, al duplicarse la temperatura Problema 22.

Una muestra de 4,2 moles de gas ideal está contenida en un recipiente de 6,4 litros a 320 ºK. Si se disminuye su volumen a la mitad manteniendo la temperatura constante y luego se lleva a una temperatura a 1300 ºK, sin modificar su volumen ¡Cuánto valdrá la presión final alcanzada por el sistema?.

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