Le comportement des gaz

La théorie cinétique (p. 421) Le volume des particules est presque nul comparé au volume de l’espace vide entre ces particules. Il n’y a ni attraction, ni répulsion entre ces particules (trop d’espace entre les particules) Les particules sont continuellement en mouvement au hasard et leurs collisions sont élastiques (pas de perte d’énergie cinétique).

La théorie cinétique L’énergie cinétique (de mouvement) moyenne des particules est directement proportionnelle à la température (tant plus haute la T, tant plus d’énergie et tant plus vite est le déplacement des particules). La théorie cinétique des gaz décrit un gaz hypothétique appelé un gaz parfait. Les gaz réels suivent cette théorie la plupart du temps, sauf aux conditions extrêmes de basses températures et d’hautes pressions.

Pendant l’étude des lois des gaz, les variables qui seront étudiées sont : Le volume La pression La température Le nombre de particules gazeuses

Le volume Si la température et/ou la pression d’un gaz varie, le volume varie aussi. Un gaz peut être comprimé, les particules s’approchent les unes des autres (volume diminue). Un gaz peut être dilaté, les particules s’éloignent les unes des autres. (volume augmente) À noter : 1mL = 1cm3 1L = 1dm3

La pression La pression est causée par la force des collisions et le nombre de collisions avec les parois (les surfaces internes) du contenant du gaz. Les unités SI utilisées sont les pascals (Pa) ou les kilopascals (kPa). La pression atmosphérique normale ou standard à 0oC équivaut à : 760mm de Hg = 760torrs = 1atm = 101.3kPa

La pression L’instrument qui sert à mesurer la pression des gaz est le manomètre. Le baromètre est un manomètre qui mesure la pression atmosphérique. La pression dépend de 2 facteurs: - Le nombre de molécules par unité de volume. - L’énergie cinétique moyenne de ces particules.

La température La température est une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules d’une substance. L’échelle Kelvin est utilisée comme échelle de température pour les gaz. K = oC + 273. Le point de départ de cette échelle est le zéro absolu,0 K ou –273oC, où tout le mouvement cinétique arrête. Cette échelle n’a pas de valeurs négatives.

Les conditions spécifiques TPN : La température et la pression normale 0oC (273K) et 101.3kPa TAPN : La température ambiante et la pression normale 25oC (298K) et 101.3kPa

Les lois des gaz - simulation http://www.ac-nice.fr/physique/doc/applets/PV=NRT/gas.htm

La loi de Boyle Le volume d’une quantité donnée d’un gaz, à une température constante, est inversement proportionnel à la pression appliquée. En d’autres mots : si P , V  ou si P , V .

La loi de Boyle

La loi de Charles La loi de Charles – Le volume d’une masse donnée d’un gaz est proportionnel à sa température, en Kelvins, quand la pression est maintenue constante. En d’autres mots : si T , V  ou si T , V .

La loi de Charles

La loi de Charles (suite) Pour une pression constante, le volume occupé par une certaine quantité de gaz est directement proportionnel à sa température absolue.

La loi de Gay-Lussac La loi de Gay-Lussac – la pression d’une quantité fixe de gaz, à volume constant, est directement proportionnelle à sa température en Kelvins. En d’autres mots : si T , P  ou si T , P .

La loi de Gay-Lussac

La relation entre le volume et la pression (Loi de Boyle-Mariotte) Pour une température constante, le volume occupé par une certaine quantité de gaz est inversement proportionnel à sa pression.

La relation entre le volume et la pression (Loi de Boyle-Mariotte) Le graphique de la pression en fonction du volume forme une courbe typique d'une relation inversement proportionnelle. La relation mathématique s’écrit: P1 représente la pression initiale (en kPa ou mm Hg) V1 représente le volume initial (en mL ou L) P2 représente la pression finale (en kPa ou mm Hg) V2 représente le volume final (en mL ou L)

La relation entre le volume et la pression (Loi de Boyle-Mariotte Exemple Un volume de 20L de dioxyde de carbone a une pression de 120,4 kPa. Quel sera son volume si la pression augmente à 152,2 kPa? 1. Identification des données du problème P1=120,4kPa V1=20L P2=152,2kPa V2=x 2. Calcul du volume final P1V1=P2V2 120,4kPa×20L=152,2kPa×x 3. Réponse: Le volume final sera de 15,8L.

La relation entre la pression et la température (Loi de Gay-Lussac) Pour un volume d’un gaz constant, la pression d'une certaine quantité de gaz est directement proportionnelle à sa température absolue.

La relation entre la pression et la température (Loi de Gay-Lussac) Mathématiquement, on peut écrire cette relation comme suit: où  P1 représente la pression initiale (en kPa ou mm Hg) T1 représente la température initiale (en K) P2 représente la pression finale (en kPa ou mm Hg) T2 représente la température finale (en K)

La relation entre la pression et la température (Loi de Gay-Lussac) Exemple d’application: Dans un récipient de 30,0 L se trouve une pression de 346 mm Hg à une température de 23,7ºC. Si la température grimpe à 107,5ºC, quelle sera alors la pression en kPa dans le récipient ? Identification des données du problème P1=346mmHg T1=23,7ºC+273,15=296,85K P2=x, T2=107,5ºC+273,15=380,65K 2. Calcul de la pression finale P1T1=P2T2 346mmHg296,85K=x380,65K x=443,7mmHg 3. Transformation des mm Hg en kPa Soit 760mm Hg = 101,3 kPa alors 443,7 mm Hg = ? 4. Réponse: La pression finale est de 59,14 kPa.

La relation entre le volume et la température (Loi de Charles) Pour une pression constante d’un gaz, le volume occupé par une certaine quantité de gaz est directement proportionnel à sa température absolue.

La relation entre le volume et la température (Loi de Charles) Mathématiquement, on peut écrire cette relation comme suit: où  V1 représente le volume initial (en mL ou L) T1 représente la température initiale (en K) V2 représente le volume final (en mL ou L) T2 représente la température finale (en K)

La relation entre le volume et la température (Loi de Charles) Exemple d’application Quel sera le volume final du dioxygène gazeux à une température de 150K si à une température initiale de 27°C, le volume était de 8L? 1. Identification des données du problèmes V1=8L T1=(27°C+273)=300K V2=x T2=150K 2. Calcul du volume final V1T1=V2T2 V2=V1T2T1 V2=8L×150K300K V2=4L 3. Réponse: Le volume final est de 4L.

La relation entre le volume et la quantité (Loi d'Avogadro) À température et pression constantes, le volume d'un gaz est directement proportionnel à sa quantité exprimée en nombre de moles.

La relation entre le volume et la quantité (Loi d'Avogadro) Mathématiquement, cette relation s’écrit comme suit: Où   V1 :représente le volume initial (en mL ou L) n1: représente le nombre de moles initial (en mol) V2: représente le volume final (en mL ou L) n2: représente le nombre de moles final (en mol)

La relation entre le volume et la quantité (Loi d'Avogadro) Exemple d’application Un ballon en caoutchouc de 6L contient 3,5mol d'hélium. Quel sera le nouveau volume du ballon si on ajoute 5mol d'hélium en considérant la pression et la température constantes? 1. Identification des données du problème V1=6L  n1=3,5mol  V2=x  n2=3,5mol+5mol=8,5mol  2. Calcul du volume final V1n1=V2n2 6L3,5mol=x8,5mol x=15L 3. Réponse: Le volume final est de 15L.

La relation entre la pression et la quantité À température et volume constants, la pression d'un gaz est directement proportionnelle à sa quantité exprimée en nombre de moles.

La relation entre la pression et la quantité Mathématiquement, cette relation s’écrit où  P1 représente la pression initiale (en kPa ou mm Hg) n1 représente le nombre de moles initial (en mol) P2 représente la pression finale (en kPa ou mm Hg) n2 représente le nombre de moles final (en mol)

Exemple d’application On enferme 0,6 mol de CO2 dans un récipient qui se trouve sous une pression de 98,6 kPa. Si on ajoute 1,3 mol de CO2, quelle sera la nouvelle pression dans le récipient à température et volume constants ? Exemple d’application On enferme 0,6 mol de CO2 dans un récipient qui se trouve sous une pression de 98,6 kPa. Si on ajoute 1,3 mol de CO2, quelle sera la nouvelle pression dans le récipient à température et volume constants ? 1. Identification des données du problème:  P1=98,6kPa  n1=0,6mol P2=x  n2=0,6+1,3=1,9mol  2. Calcul de la pression finale P1n1=P2n2 98,6kPa0,6mol=x1,9mol x=312,2kPa 3. Réponse: La pression finale est de 312,2 kPa.