Chapitre IX: Propriétés des gaz IX.1 Etats de la matière

Transcription

1 Nature des gaz IX.1 Etats de la matière Solide : - volume et forme déterminée - empilements denses de molécules qui ne se déplacent pas Interactions décroissantes entre molécules Liquide : -volume déterminé et forme adaptable au contenant -arrangement compact de molécules qui peuvent se déplacer Gaz : -ni volume ni forme fixe -se dilate toujours pour occuper l'espace offert -compressible facilement 1

2 Nature des gaz IX.2 Gaz H He 1,008 4, Li Be B C N O F Ne 6,941 9,012 10,81 12,01 14, , Na Mg Al Si P S Cl Ar 22,99 24,31 26,98 28,09 30,97 32,06 35,45 39, K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39,1 40,08 44,96 47,88 50, ,94 55,85 58,93 58,69 63,55 65,39 69,72 72,61 74,92 78,96 79,9 83, Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 85,47 87,62 88,91 91,22 92,91 95,94 97,91 101,1 102,9 106,4 107,9 112,4 114,8 118,7 121,8 127,6 126,9 131, Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 132,9 137,3 178,5 180,9 183,8 186,2 190,2 192,2 195, ,6 204,4 207, Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Eléments gazeux + nombreux composés ( CO 2 H 2 S HCl CH 4 etc..) 2

3 Gaz -molécules séparées -en mouvement permanent (trajectoires et collisions) -beaucoup d'espace vide -vitesses modifiées au hasard des collisions Avec très peu d'interactions entre espèces : nous ne sommes pas en présence d'ions. Un gaz est un état moléculaire La température d'un gaz sera une mesure de la vitesse moyenne de ses molécules. M. Ayadim ENVI2012 3

4 Nature des gaz IX.3 Pression La succession, très rapide, des collisions crée sur la paroi une pression. Pression = force surface Hg 1 Pa = 1 kg. m -1. s -2 1 atm = 760 mm Hg = 760 Torr = 1, Pa = 1,013 bar 1 atm 760 mm 4

5 IX.4 Loi de Boyle-Mariotte 0 C 1 mol P (atm) V(l) 1 22,4 2 11,2 4 5,6 8 2,8 PV= Cte P à T et quantité de matière constante PV = Cte isotherme Relation linéaire de P en fonction de 1/V Observation cohérente avec le modèle moléculaire: volume plus petit, molécules qui heurtent plus souvent les parois et pression plus grande. V 5

6 t C IX.5 Loi de Charles et Gay Lussac 1atm 1 mol V(l) 0 22, ,8-136,5 11, ,6 V= Cte x T V=0 à P et quantité de matière constante V = Cte x T V 50 (l) ,15!!! 0K 0 C!!! Convergence de toutes les droites pour tous les gaz vers le même point extrapolé à V = 0 Cohérence avec le modèle moléculaire : les molécules vont plus vite et frappent plus fort la paroi qui recule si la pression ne bouge pas. 6 t C T ( C)

7 IX.6 Principe d Avogadro Observations à T = 0 C P = 1 atm n Gaz Volume (L) 1 mol Ar mol CO mol N mol O mol H mol gaz idéal Volume molaire d un gaz parfait: Le même pour tous les gaz!!! conditions standard!!! T ( C) P Vol molaire (L) 0 1 atm 22, atm 24, bar 22,71 7

8 IX.7 Loi des gaz parfaits PV = nrt n = quantité de gaz (mol) T = température en K R = constante des gaz parfaits R = PV nt P T V m 1atm 273K 22,4 L 1 22,4 R = = ,082 L.atm mol.k 8

9 PV = nrt SI P T V m 1, Pa 273K 0,0224 m 3 R 1,013 = 5 10 x 0,0224 Pa.m = 8,31 1x 273 mol.k 3 N 3 m 2 = 8,31 m mol.k = 8,31 N.m mol.k R =8,31 J mol.k R =1,987 cal mol.k 9

10 PV = nrt Un gaz qui suit cette loi très exactement est dit "parfait" ou "idéal". La loi est mieux respectée dans le domaine des faibles pressions La loi est raisonnablement fiable aux pressions normales. M. Ayadim WMD

11 IX.8 Lois des gaz en action Comprimer un gaz (n = constante) à T= constante P 1 V 1 = P 2 V 2 = nrt P 2 = P 1 V 1 / V 2 Chauffer un gaz (n = constante) à volume constant P 1 / T 1 = P 2 / T 2 = nr / V P 2 = P 1 T 2 / T 1 Chauffer un gaz (n = constante) à pression constante V 1 / T 1 = V 2 / T 2 = nr / P V 2 = V 1 T 2 / T 1 Doubler la quantité d'un gaz à pression et température constantes V 1 / n = V 2 / 2n = RT / P etc... V 2 = 2 V 1 11

12 IX.9 Masse volumique des gaz Si une mole de gaz occupe le même volume quel que soit le gaz, la masse volumique d'un gaz varie selon sa nature. n Gaz Volume (L) M Masse vol. (g L -1 ) 1 mol Ar mol CO mol N mol O mol H mol gaz idéal

13 IX.10 Volume molaire d un gaz Déterminer la masse molaire d'un gaz par sa masse volumique. La masse volumique d'un composé du phosphore, gazeux à 420 K sous 727 torrs, est 3,80 g L -1. PV = nrt Volume molaire 727 torrs P (atm) = torrs atm - = V M = 0,957 atm R T P V M L.atm 0, K = mol.k 0,957atm = 35,99L.mol 1 MM = 3,8 g L ,99 L mol -1 = 136,75 g mol -1 13

14 IX.10 Réactions impliquant un gaz Calcul d'un volume de gaz formé CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l) C 2 H 2 (g) + Ca(OH) 2 (s) Combien de grammes de carbure de calcium faut-il engager pour obtenir l'acétylène nécessaire pour remplir une bonbonne de 500 ml sous 3 atm à 18 C? 3 atm 0,500 L= n C 2 H 2 (g) CaC 2 PV = nrt 4,02 g L atm 0, K mol K X 64 g.mol -1 n = 6, mol x1 / 1 n = 6, mol 14

15 Détonation de la nitroglycérine 4C 3 H 5 (NO 3 ) 3 (l) 6N 2 (g) + O 2 (g) + 12CO 2 (g) +10 H 2 O(g) MM = 227 g mol g ρ = 1,59 g cm -3 V = 571 ml x mol V = ml (TPS: 25 C, p = 1 atm) onde de choc une explosion sous contrôle 15