La materia

52,382 views

Published on

Published in: Education, Technology
2 Comments
24 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
52,382
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
32,090
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
2
Likes
24
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

La materia

  1. 1. La matèria
  2. 2. • Conceptes fonamentals • Estats de la matèria • Canvis d’estat • Lleis dels gasos • Temperatura i calor
  3. 3. Conceptes fonamentals La física i la química són ciències experimentals que estudien la matèria. La matèria és tot alló que té massa i que ocupa un lloc a l’espai, és a dir, que ocupa un volum. Escultura “La matèria del temps” de Richard Serra (Museu Guggenheim- Bilbao) Matèria
  4. 4. Propietats de la matèria Físiques Es poden observar quan no hi ha canvis en la composició de la substància (color, densitat, punts de fusió i d’ebullició) Químiques Es mostren quan canvia la composició de la substància durant un canvi químic (caràcter oxidant-reductor, caràcter àcid-base) Generals Poden adoptar qualsevol valor i no serveixen per identificar la substància (massa, volum, temperatura) Característiques Tenen un valor característic per a cada substància i serveixen per identificar-la (densitat, punts de fusió i d’ebullició, conductivitat elèctrica) Extensives El seu valor depèn de la quantitat de matèria (massa, volum) Intensives El seu valor és independent de la quantitat de matèria (densitat, temperatura, punt de fusió, etc.) Conceptes fonamentals
  5. 5. Àtoms La matèria està formada per àtoms, constituïts pel nucli ( n i p+ ) i l’escorça ( e- ). A: Dalton (1808) B: Thomson (1904) C: Rutherford (1911) D: Bohr (1913) Conceptes fonamentals
  6. 6. Núvol d’electrons Orbital (regió al voltant del nucli amb un 90% de probabilitat de trobar l’electró) Conceptes fonamentals Àtoms
  7. 7. Ions - Un àtom pot transformar-se en un ió si guanya o perd electrons. - Anió: ió negatiu ( l’àtom guanya electrons ). Cl + e-  Cl - - Catió: ió positiu ( l’àtom perd electrons ). Na  Na+ + e- Conceptes fonamentals http://www.educaplus.org/play-77-Enlace-i%C3%B3nico.html
  8. 8. Nombre atòmic (Z) - És el nombre de protons (p+)que hi ha en el nucli d’un àtom. - Identifica els àtoms d’un element. - Si l’àtom és neutre: nº de protons = nº d’electrons Nombre màssic (A) - És el nombre total de partícules que constitueixen el nucli A = nº de protons + nº de neutrons - Pràcticament coincideix amb la massa de l’àtom ( els electrons tenen una massa molt petita ). Conceptes fonamentals
  9. 9. Isòtops - Són varietats d’àtoms d’un mateix element ( Z igual ) que es diferencien en el nombre de neutrons ( A diferent ). - Es representen amb Z A X on X és el símbol de l’element Isòtops de l’hidrogen A: proti 1 1 H B: deuteri 1 2 H C: triti 1 3 H Conceptes fonamentals
  10. 10. Isòtops Conceptes fonamentals
  11. 11. Isòtops Datació amb C-14 Conceptes fonamentals http://phet.colorado.edu/en/simulation/radioactive-dating-game
  12. 12. Massa atòmica relativa d’un element ( A r ) -És la mitjana ponderada de les masses dels diferents isòtops que formen un element. - Les masses atòmiques i les masses moleculars s’expressen en unitats de massa atòmica ( u ) o Dalton (Da), que es defineix com la dotzena part de la massa de l’isòtop de C-12. Equival aproximadament a la massa d’un protó o d’un neutró. A rZ Conceptes fonamentals
  13. 13. Molècules - És un conjunt d’àtoms iguals o diferents que constitueixen la quantitat mínima d’una substància que manté les propietats químiques. - Els àtoms que formen una molècula es mantenen units mitjançant enllaços covalents. Molècula de glucosa Conceptes fonamentals Molècules d’aigua i de peròxid d’hidrogen
  14. 14. Formes de representar les molècules Conceptes fonamentals Molècules
  15. 15. Massa molecular relativa ( M r ) És la suma de les masses atòmiques relatives dels àtoms que formen una molècula. Exemples a ) M r ( H2O) = 2 · 1,0 + 1 · 16,0 = 18,0 b ) M r ( CH3CH2 OH) = 2 · 12,0 + 6 · 1,0 + 1 · 16,0 = 46,0 Conceptes fonamentals
  16. 16. Mol i nombre d’Avogadro El mol és la quantitat de substància que conté 6,022 · 1023 partícules (NA , nombre d’Avogadro ). Conceptes fonamentals Amedeo Avogadro (1776-1856) Johann Josef Loschmidt (1821-1890) Va ser el primer en determinar un valor aproximat del nombre d’Avogadro (nombre de Loschmidt) Jean Baptiste Perrin (1870-1942) En 1908 va determinar de manera exacta el nombre d’Avogadro
  17. 17. Massa molar ( M ) - Si les partícules són àtoms, la massa en grams d’un mol coincideix amb la massa atòmica. Per exemple: 1 mol de carboni són 12,0 g de C - Si les partícules són molècules, la massa en grams d’un mol ( massa molar ) coincideix amb la massa molecular. Per exemple: 1 mol d’aigua són 18,0 g d’H2O Conceptes fonamentals
  18. 18. 1 mol de carboni 6,022 · 1023 àtoms de C 12,0 grams de C Conceptes fonamentals Mol i massa molar
  19. 19. 1 mol d’aigua 6,022 · 1023 molècules d’H2O 18,0 grams d’aigua ( 18,0 mL ) Conceptes fonamentals Mol i massa molar
  20. 20. 1 mol Volum de gas ( L ) Massa de substància (g) Nombre de partícules ( àtoms, molècules ) · hipòtesi d’Avogadro ( 1 mol gas condicions normals = 22, 4 L ) · V = n R T / p (equació gasos ideals) Nombre d’Avogadro: 6,022 · 1023 partícules/mol massa atòmica ( A r ) o massa molecular ( M r ) Conceptes fonamentals Mol i massa molar
  21. 21. Conceptes fonamentals Mol i massa molar https://youtu.be/TEl4jeETVmg
  22. 22. Fórmula empírica i fórmula molecular - La fórmula empírica indica la proporció més senzilla que hi ha entre els àtoms dels elements que formen la molècula. - La fórmula molecular indica el nombre real d’àtoms de cada element que hi ha en una molècula. - La fórmula molecular és un múltiple de la fórmula empírica. Exemple: fórmules del benzè - f .molecular: C6H6 - f. empírica: C H Conceptes fonamentals
  23. 23. Estats de la matèria
  24. 24. Estats de la matèria Teoria cineticomolecular La teoria cineticomolecular (TCM) postula que: 1. La matèria està formada per partícules (àtoms, molècules o ions) que poden estar sotmeses a forces d’atracció d’intensitat diversa (enllaç iònic, covalent, metàl.lic, forces de Van der Waals, ponts d’hidrogen, etc.) 2. Les partícules es troben en constant moviment (agitació tèrmica) i la seva velocitat augmenta amb la temperatura. La TCM permet explicar les propietats dels tres estats de la matèria i els canvis d’estat.
  25. 25. Teoria cineticomolecular Estats de la matèria http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/phase/KineticEnergy-Solid.html Estat sòlid Existeixen forces intenses entre les partícules Això explica que: • Els sòlids tenen forma pròpia i volum constant. • Són incompressibles. • Les partícules d’un sòlid gairebé no tenen mobilitat. Estan molt properes les unes de les altres, de manera que només podem vibrar.
  26. 26. Teoria cineticomolecular Estats de la matèria http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/phase/KineticEnergy-Liquid.html Estat líquid Forces d’atracció entre partícules menors que les dels sòlids. Això explica que: • Els líquids adapten la seva forma a la del recipient que els conté. • Tenen volum constant, varia poc amb la temperatura. • Tenen compressibilitat gairebé nul·la. • Les partícules estan a prop unes de les altres, però no ocupen posicions fixes, ja que tenen certa mobilitat, que augmenta amb la temperatura. • Xoquen amb les parets del recipient exercint la pressió hidrostàtica.
  27. 27. Teoria cineticomolecular Estats de la matèria http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/phase/KineticEnergy-Gas.html Estat gasós No hi ha forces d’atracció entre les partícules (o són molt febles). Això explica que: • Els gasos s’adapten a la forma del recipient que els conté i n’ocupen tot el volum. Els canvis de temperatura causen variacions importants del volum del gas. • La distància entre les partícules és gran (densitat molt baixa i fàcilment compressibles). • Les partícules xoquen entre elles i amb les parets del recipient (de manera elàstica) exercint la pressió gasosa.
  28. 28. Estats de la matèria Teoria cineticomolecular Per què sembla que podem sentir el mar dins de la conxa d’un cargol? Segons la TCM, les molècules de gas xoquen entre elles i amb les parets del recipient. El so produït per aquests xocs entre les molècules de l’aire són amplificats per les cavitats que hi ha dins del cargol.
  29. 29. Teoria cineticomolecular Estats de la matèria Compressibilitat Per què els sòlids i els líquids són incompressibles i els gasos són compressibles?
  30. 30. Teoria cineticomolecular Estats de la matèria Compressibilitat Per què els sòlids i els líquids són incompressibles i els gasos són compressibles? Segons la TCM, en els sòlids i els líquids les partícules es troben molt juntes degut a les intenses forces d’atracció que hi ha entre elles. En els gasos la distància entre les partícules es més gran (les forces d’atracció són febles o inexistents)
  31. 31. La TCM també permet explicar els canvis d’estat. Estats de la matèria Teoria cineticomolecular Els tres estats de l’aigua En augmentar la temperatura , les partícules incrementen la seva velocitat i energia cinètica i es poden vèncer les forces d’atracció que les mantenen unides, produint-se el canvi d’estat (fusió, vaporització).
  32. 32. Estats de la matèria Pressió de vapor d’un líquid (Pv) És la pressió que exerceix el gas evaporat d’un líquid, en un recipient tancat, quan s’arriba a l’equilibri a una temperatura determinada. http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/phase/VaporPressure.html
  33. 33. Estats de la matèria La pressió de vapor augmenta amb la temperatura. Líquids volàtils: són els que tenen valors alts de Pv a temperatura ambient (presenten temperatures d’ebullició baixes). Pressió de vapor d’un líquid (Pv)
  34. 34. Tensió superficial Les molècules de la superfície dels líquids estan tensionades ( com en un llit elàstic ) amb una força superior al pes d’alguns objectes i això fa que no s’enfonsin. Estats de la matèria
  35. 35. La tensió superficial apareix perquè les molècules que es troben situades a la superfície d’un líquid estan sotmeses a forces d’atracció que no estan compensades ( entre elles, entre elles i l’aire i entre elles i les parets del recipient ) Estats de la matèria Tensió superficial
  36. 36. Les forces d’atracció partícula-partícula en el cas del mercuri són més intenses que en el cas de l’aigua i superen les forces partícula-recipient ( formació de meniscs amb diferents formes ) Aigua ( tenyida) Mercuri Estats de la matèria Tensió superficial
  37. 37. Les forces entre les molècules situades a l’interior del líquid fan que les de la superfície siguin més atretes pel líquid que no pas per l’atmosfera, de manera que la força neta que actua sobre una molècula situada en al superfície del líquid és dirigida perpendicularment cap a l’interior ( això explica la formació de gotes ) Tensió superficial Estats de la matèria
  38. 38. Els tensioactius o surfactants són substàncies que disminueixen la tensió superficial de l’aigua facilitant així l’emulsió en aquest dissolvent de substàncies insolubles o poc solubles (greixos, matèria orgànica, brutícia, etc.). Les molècules dels tensioactius presenten una part hidròfoba i una hidròfila (soluble en aigua). Tensió superficial Estats de la matèria Tensioactius no-iònics, aniònics, catiònics i amfòterics
  39. 39. Els tensioactius s’utilitzen en els detergents, xampús i rentavaixelles per ajudar a dissoldre en l’aigua els greixos i la brutícia. Tensió superficial Estats de la matèria
  40. 40. Estats de la matèria Tensió superficial http://www.youtube.com/watch?v=yiz_NRO0lP0&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=1ZUaTFmGecg&feature=related
  41. 41. Estat vitri Són materials sòlids amorfs, en els que les partícules estan desordenades i no presenten una estructura interna cristal.lina (vidre, plàstic) Xarxa d'un material amorf (a dalt) i d'una xarxa cristal·lina ordenada (a sota) Estats de la matèria Altres estats de la matèria
  42. 42. Cristalls líquids Substàncies formades per unes molècules que, fins i tot en estat líquid, mantenen una estructura interna ordenada semblant als sòlids. Tenen propietats òptiques i les seves molècules poden canviar d’orientació per l’acció d’un camp elèctric exterior o la temperatura. Altres estats de la matèria Estats de la matèria
  43. 43. Plasma Estats de la matèria Altres estats de la matèria És un estat de la matèria semblant al gasós però en el qual pràcticament tots els àtoms o molècules estan ionitzats. És un fluid format per ions positius, electrons, molècules excitades i fragments de molècules. Es pot obtenir un plasma ionitzant un gas per escalfament o aplicant un fort camp electromagnètic (amb un làser o microones).
  44. 44. Plasma És l’estat de la matèria més abundant a l’Univers (estrelles, nebuloses, matèria interestelar) Estats de la matèria Altres estats de la matèria
  45. 45. Plasma A la Terra podem trobar plasma d’origen natural (llamps, aurora boreal). Estats de la matèria Altres estats de la matèria
  46. 46. Plasma Les boles de plasma contenen una barreja de gasos (xenó, argó, kriptó) a baixa pressió que són ionitzats per un corrent d’alt voltatge (2-5 kV) i alta freqüència (35 kHz) Estats de la matèria Altres estats de la matèria
  47. 47. Plasma Les pantalles de plasma contenen moltes cel·les diminutes situades entre dos panells de vidre que contenen una barreja de gasos nobles (neó i xenó). El gas en les cel·les es converteix elèctricament en plasma (gas ionitzat), el qual provoca que una substància fosforescent emeti llum. Estats de la matèria Altres estats de la matèria http://www.consumer.es/web/es/tecnologia/imagen-y-sonido/2007/09/16/166975.php
  48. 48. Temperatura i calor La temperatura és una magnitud relacionada amb el nivell d’energia cinètica de les particules. Quan més ràpid es mouen les partícules d’un cos, més alta és la seva temperatura. Quan les partícules es troben completament quietes, s’assoleix el zero absolut de temperatura ( T = 0 K = -273,15 ºC) http://www.youtube.com/watch?v=PqU6NzaNbqs Temperatura
  49. 49. Temperatura i calor Escales de temperatura Actualment s’utilizen tres escales per a mesurar la temperatura: -l’escala Celsius és la que utilitzem habitualment - la Fahrenheit s’utilitza en els països anglosaxons - l’escala Kelvin d’ús científic. http://www.edu365.cat/eso/muds/ciencies/escales/index.htm T (K) = T (ºC) + 273,15 T (ºF) = 1,8 · T (ºC) + 32
  50. 50. Temperatura i calor Escales de temperatura Kelvin , K
  51. 51. Temperatura i calor El calor és la forma en que es transfereix l’energia entre dos cossos que es troben a diferents temperatures. Els cossos no contenen calor sinó energia interna (U). L’energia interna d’un cos és la suma de l’energia cinètica i potencial de totes les molècules que conté (aquest valor no el poden conèixer amb exactitud). Calor vs temperatura
  52. 52. Temperatura i calor * Quan diem que un cos està molt calent, normalment volem dir que té una temperatura molt alta. * Els cossos contenen “energia interna”, no calor. * Calor és “energia transferida” d’un cos a un altre que estan a diferents temperatures. Imatge Schlieren Calor vs temperatura
  53. 53. Temperatura i calor Quin dels dos sistemes té més temperatura? I més energia interna? Calor vs temperatura
  54. 54. Temperatura i calor Calor és energia transferida, per tant, s’utilitzen les unitats habituals per mesurar aquesta magnitud Joule ( J ): 1 kJ = 1000 J Caloria (cal) : 1 cal = 4,184 J James Prescott Joule (1818-1889) Unitats
  55. 55. Temperatura i calor Quan dos cossos a diferent temperatura es posen en contacte, es produeix una transferència d’energia en forma de calor des del cos amb T més alta al cos de T més baixa, fins que s’assoleix una temperatura d’equilibri. Equilibri tèrmic
  56. 56. Temperatura i calor Conducció (entre sòlids) Convecció (líquids i gasos) Radiació (en forma de radiació electromagnètica, es pot propagar en el buit) Formes de transmissió de calor
  57. 57. Temperatura i calor Per què quan toquem un tros de gel ... - Sembla que “cremi”? - S’hi queden els dits enganxats? Formes de transmissió de calor Conducció
  58. 58. Temperatura i calor Convecció Formes de transmissió de calor
  59. 59. Temperatura i calor Radiació Formes de transmissió de calor
  60. 60. Temperatura i calor Radiació Els cossos emeten radiacions IR en funció de la seva temperatura. Termografia IR Formes de transmissió de calor
  61. 61. Temperatura i calor Formes de transmissió de calor Radiació
  62. 62. Canvis d’estat
  63. 63. Canvis d’estat Augment de la temperatura Descens de la temperatura
  64. 64. Canvis d’estat
  65. 65. Ebullició i evaporació Són dues formes en que es pot produir la vaporització ( pas de líquid a gas ). Ebullició Evaporació Afecta a tota la massa del líquid Afecta només superfície Temperatura fixa ( Teb) A qualsevol temperatura Procés ràpid Procés lent Canvis d’estat
  66. 66. Les temperatures de fusió i d’ebullició són propietats característiques de cada substància pura Aigua Tf = 0 ºC; Te= 100 ºC Ferro Tf = 1536 ºC; Te=3000ºC Mercuri Tf =- 38,7 ºC; Te= 356,9ºC Valors de Te i Tf mesurats a P = 1 atm Canvis d’estat Temperatura i canvis d’estat
  67. 67. Canvis d’estat Temperatura i canvis d’estat http://www.iesalonsoquesada.org/inicio/fisica/departafyq/animaciones/cambiosestado.swf
  68. 68. Canvis d’estat http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/fq3eso/m aterialdeaula/FQ3ESO%20Tema%202%20Naturaleza%20corpuscular%2 0de%20la%20materia/estados.swf Gràfics d’escalfament
  69. 69. Durant un canvi d’estat tota l’energia transferida (Q) es consumeix en vèncer les forces d’unió entre les molècules (per això la temperatura es manté constant) Canvis d’estat http://agora.xtec.cat/iesb7/moodle/pluginfile.php/89641/mod_resource/content/1/178032_am_1.swf Gràfics d’escalfament
  70. 70. Canvis d’estat http://www.iesalonsoquesada.org/inicio/fisica/departafyq/animaciones/cambiosestado.swf Gràfics d’escalfament
  71. 71. Mescla Substància pura Canvis d’estat Gràfics d’escalfament
  72. 72. Canvis d’estat http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/phase/HeatingCurve.html Gràfic d’escalfament de l’aigua Gràfics d’escalfament
  73. 73. Calor i canvis d’estat Calor transferida durant l’escalfament/refredament d’una substància m = massa (kg) Ce = calor específica ( J · kg-1 · K-1) és característica de cada substància pura (T2 – T1) = variació de temperatura (K) Calor transferida durant un canvi d’estat (T constant) Lf = calor latent de fusió ( J · kg-1 ) Lv = calor latent de vaporització ( J · kg-1 ) Q = m · Ce · (T2 – T1) Q = m · L Canvis d’estat
  74. 74. Calor i canvis d’estat Q1 =m · csòlid · T Q3 =m · clíquid · T Q5 =m · cgas · T Q2 =m · Lfusió Q4=m · Lvaporització Temps d’escalfament Gràfic d’escalfament d’una substància pura Canvis d’estat
  75. 75. Calor específica La calor específica o capacitat calorífica específica ( c ) és l’energia necessària per augmentar en 1 K la temperatura d’1 kg de substància treballant a la pressió d’1 atm. S’expressa en J · kg-1 · K-1 És característica de cada substància Canvis d’estat
  76. 76. Calor latent de canvi d’estat Calors latents de vaporització (Lv) d’algunes substàncies pures a 1 atm Calors latents de fusió (Lf) d’algunes substàncies pures a 1 atm Canvis d’estat
  77. 77. Diagrames de fases Representen l’estat físic i els canvis d’estat d’una substància pura en funció de les condicions de P i T Canvis d’estat
  78. 78. Diagrames de fases Canvis d’estat La temperatura d’ebullició de l’aigua depèn de la pressió. Vaporització
  79. 79. Canvis d’estat Si augmenta la pressió, augmenta la temperatura d’ebullició Diagrames de fases
  80. 80. Canvis d’estat P= 2 atm Teb = 120 ºC Diagrames de fases
  81. 81. Diagrames de fases Canvis d’estat La temperatura d’ebullició de l’aigua depèn de l’altura (de la pressió).
  82. 82. Diagrames de fases Canvis d’estat Sublimació (liofilització)
  83. 83. La liofilització és un procés que consisteix en la deshidratació d’una substància per sublimació al buit. És una forma d’eliminar l’aigua en fred que serveix per conservar productes que es podrien fer malbé al deshidratar-los per escalfament. El producte es conserva amb un pes molt baix i a temperatura ambient i manté totes les seves propietats al rehidratar-se. Aplicacions: aliments instantanis ( sopes, cafè ), conservació de material microbiològic, plasma sanguini, productes farmacèutics... Canvis d’estat
  84. 84. Diagrama de fases del CO2 Diagrames de fases Canvis d’estat
  85. 85. Sublimació del CO2 CO2 sòlid ( T < -78 ºC ) Canvis d’estat Diagrames de fases http://www.savevid.com/video/sublimation-process-a-chemistry- phenomenon.html
  86. 86. Canvis d’estat Diagrames de fases https://youtu.be/pprcHbZbKqE Extracció d’Omega 3 amb CO2 supercrític https://youtu.be/xyVUOPudpXU Extracció amb fluid supercrític en alta cuina
  87. 87. Diagrama de fases del Hg I2 Canvis d’estat Diagrames de fases Punt triple
  88. 88. Canvis d’estat Diagrames de fases http://phet.colorado.edu/en/simulation/states-of-matter-basics
  89. 89. Lleis dels gasos Els gasos ideals o perfectes són aquells que compleixen: 1. No hi ha forces d’atracció entre les partícules i per això xoquen elàsticament entre si i amb les parets del recipient. 2. El volum de les partícules és negligible (molt petit) respecte al volum total ocupat pel gas. Gasos ideals
  90. 90. Lleis dels gasos Podem suposar que un gas té un comportament ideal (compleix les lleis dels gasos ideals) si : • Es treballa a pressions baixes • Es treballa a temperatures altes (bastant per sobre del seu punt d’ebullició) • No existeixen forces intermoleculars (Van der Waals, ponts d’hidrogen) • Les masses moleculars són petites. Gasos ideals
  91. 91. Un gas està en condicions normals si la T és de 273,15 K ( 0 º C ) i la P d’1 atm. Un gas està en condicions estàndar si la T és de 298,15 K ( 25 º C ) i la P d’1 atm. Lleis dels gasos
  92. 92. Sistema internacional (SI): 1 Pa = 1 N / 1 m2 1 atm = 101.300 Pa = 1,013 bar = 760 mmHg 1 mmHg = 1 torr 1 bar = 1000 mbar Lleis dels gasos Unitats de pressió T (K) = T (ºC) + 273,15 Unitats de temperatura Unitats de volum i capacitat SI : 1 m3 = 1000 dm3 1 L = 1 dm3 1 L = 1000 mL 1 mL = 1 cm3
  93. 93. Lleis dels gasos Pressió atmosfèrica http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/gases/AtmosphericPressure.html 1 atm = 1,013 bar =101.300 Pa = 760 mmHg
  94. 94. Lleis dels gasos Aparells de mesura de la pressió Baròmetre aneroide (pressió atmosfèrica)
  95. 95. Lleis dels gasos Aparells de mesura de la pressió Baròmetres de mercuri (pressió atmosfèrica)
  96. 96. Lleis dels gasos Aparells de mesura de la pressió Manòmetres (pressió interior d’un recipient)
  97. 97. Lleis dels gasos Aparells de mesura de la pressió Manòmetres (pressió interior d’un recipient)
  98. 98. Llei general dels gasos ideals Per una determinada massa de gas es compleix que: Quan el gas passa d’un estat inicial 1 a l’estat final 2. P1 · V1 = P2 · V2 = constant T1 T2 Lleis dels gasos
  99. 99. P1 · V1 = P2 · V2 = constant T1 T2 Llei de Boyle-Mariotte ( T=constant; Procés isotèrmic) P1 · V1 = P2 · V2 = constant Llei de Charles ( P=constant; Procés isobàric) V1 = V2 = constant T1 T2 Llei de Gay-Lussac ( V=constant; Procés isocòric) P1 = P2 = constant T1 T2 Lleis dels gasos Llei general dels gasos ideals
  100. 100. Lleis dels gasos Robert Boyle (1627 - 1691) Edme Mariotte (1620 – 1684) Jacques Charles (1746-1823) J.L. Gay-Lussac (1778-1850)
  101. 101. Lleis dels gasos Lleis dels gasos http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/gasesv6.swf Abans de realitzar cada experiment cal fer una previsió sobre l’evolució del sistema.
  102. 102. Equació dels gasos ideals Relaciona les variables P, V i T amb la quantitat de mols de gas ( n ): P · V = n · R · T Lleis dels gasos P = pressió V = volum n = nombre de mols de gas R = constant universal dels gasos ideals T = temperatura
  103. 103. Equació dels gasos ideals P · V = n · R · T Lleis dels gasos Unitats SI P (Pa) V (m3 ) n (mol) R = 8,31 J · K-1 · mol-1 T (K) També es poden emprar les unitats següents: P (atm) o (bar) V (L ) n (mol) R = 0,082 atm·L·K-1 mol-1 R= 0,0831 bar·L·K-1 mol-1 T (K)
  104. 104. Equació dels gasos ideals P · V = n · R · T P ? P = ( n · R · T ) / V V ? V = ( n · R · T ) / P n? n = ( P · V ) / (R·T) T? T = ( P · V ) / (n · R) massa molecular gas (M) ? P · V = ( m/M) · R · T M = (m · R · T) / (P · V) densitat gas (d)? d = m/V = ( P · M) / ( R · T) Lleis dels gasos
  105. 105. Lleis dels gasos Hipòtesi d’Avogadro Volums iguals de gasos diferents a la mateixa temperatura i pressió contenen el mateix nombre de molècules. P V = nA R T P V = nB R T nA = nB
  106. 106. Un mol de qualsevol gas ideal mesurat en condicions normals ocupa un volum (volum molar) de 22,4 litres. Lleis dels gasos Hipòtesi d’Avogadro (volum molar) Una conseqüència de la hipòtesi (o llei ) d’Avogadro és que
  107. 107. Lleis dels gasos Càlcul del volum molar d’un gas ideal
  108. 108. Mescles de gasos: Llei de Dalton La pressió total ( Ptotal ) d’una mescla de gasos és la suma de les pressions parcials ( PA) de tots els gasos que formen la mescla. Ptotal = PA + PB + PC +... = Σ Pi Lleis dels gasos
  109. 109. Mescles de gasos: Llei de Dalton La pressió parcial d’un gas ( PA ) en una mescla és igual a la pressió que tindria el gas si ocupés, tot sol, el volum total de la mescla a la temperatura d’aquesta: PA · V = nA · R · T  PA = nA · R · T V Lleis dels gasos Si sumem aquestes equacions per a cada component de la mescla: Ptotal · V = (nA + nB + nC + …)· R · T ntotal
  110. 110. Difusió dels gasos La difusió gasosa és el procés pel qual les molècules d’un gas es dispersen gradualment entre les molècules d’un altre gas. Lleis dels gasos
  111. 111. Difusió dels gasos La llei de Graham relaciona la velocitat de difusió de les molècules d’un gas amb la seva densitat (o massa molecular). Lleis dels gasos http://study.com/academy/lesson/diffusion-and-effusion-grahams-law.html
  112. 112. Difusió dels gasos Lleis dels gasos Llei de Graham V1 i V2 : velocitats de difusió dels gasos 1 i 2 d1 i d2 : densitat dels gasos 1 i 2 M1 i M2 : massa molecular dels gasos 1 i 2 Es pot comprovar que els gasos amb densitat (i massa molecular) més petita presenten una velocitat de difusió més elevada.
  113. 113. Difusió dels gasos http://www.deciencias.net/proyectos/4particulares/quimica/materia/difusion.htm Lleis dels gasos
  114. 114. Lleis dels gasos Els gasos tenen comportament real i es desvien del comportament descrit per les equacions dels gasos ideals, per dues raons: • Existeixen forces d’atracció entre les molècules (ponts d’hidrogen, forces de van der Waals) i això fa que els xocs no siguin totalment elàstics. • Les molècules de gas no són puntuals, sino que ocupen un determinat volum Gasos reals
  115. 115. Lleis dels gasos Gasos reals Un gas tindrà comportament real quan es trobi a una pressió elevada o a una temperatura propera al seu punt d’ebullició. El vapor d’aigua a 105 ºC és un exemple de gas real.
  116. 116. Lleis dels gasos Gasos reals Equació d’estat dels gasos reals Quan es treballa amb gasos reals s’han d’introduir correccions a les lleis. Els paràmetres a i b s’anomenen constants de Van der Waals i els seus valors depenen de la composició del gas (de les interaccions entre les seves molècules)
  117. 117. José Ángel Hernández Santadaría jherna24@xtec.cat “La matèria” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a una llicència de Reconeixement-NoComercial 3.0 No adaptada de Creative Commons

×