Les Gaz

Les propriétés et les régularités Les propriétés chimiques des gaz peuvent différer grandement. Cependant, les propriétés physiques sont similaires.

Les propriétés et les régularités Les gaz remplissent toujours leur contenant. Ils n’ont ni de forme ni de volume propres. Les gaz sont très compressibles. Les gaz se diffusent, c’est-à-dire qu’ils se déplacent spontanément pour occuper tout l’espace disponible. Les températures ont une influence sur le volume et sur la pression d’un gaz.

Définition d’un gaz Un gaz se définit comme une substance qui occupe tout l’espace de son contenant et en adopte la forme, se diffuse rapidement et se mélange facilement aux autres gaz.

Les propriétés et les régularités Lorsqu’on chauffe un gaz, son volume et sa pression augmentent; lorsqu’on lui applique une pression, son volume diminue.

La pression: la loi de Boyle-Mariotte La pression est la force qui agit sur une unité de surface. L’unité du SI est le kilopascal (kPa). On utilise aussi l’unité «atm» pour atmosphère.

La pression: la loi de Boyle-Mariotte D’après la loi de Boyle-Mariotte, le volume (V) d’un gaz diminue proportionnellement à l’augmentation de la pression (P) qu’on exerce sur ce gaz, à condition que d’autres variables, comme la température et la quantité de gaz demeurent constantes.

La pression : la loi de Boyle-Mariotte 1 PV = constant P α V

La pression: la loi de Boyle-Mariotte On peut exprimer ce rapport de façon plus pratique en comparant deux ensembles de mesures de la pression et du volume pour le même échantillon de gaz. P1V1 = P2V2 (loi de Boyle-Mariotte) Cette équation se vérifie lorsque la température et la quantité de gaz demeurent constantes.

À mesure que la pression double sur un gaz … 1 atm À mesure que la pression double sur un gaz … 4 L

2 atm 2 L À mesure que la pression double sur un gaz son volume diminue de moitié. La pression et le volume sont inversement proportionnels.

Exercices Un échantillon de 1,53 L CCl2F2 (fréon – 12) est soumis à une pression de 5,61 kPa. Si on augmente la pression à 15 kPa, à température constante, quel est le nouveau volume de ce gaz?

Exercices b) On recueille un gaz dans un contenant de 242 cm3 et on mesure sa pression qui est de 87,6 kPa. Déterminer le volume de ce gaz à une nouvelle pression de 100 kPa. (On suppose que la température ne varie pas.)

La température: la loi de Charles Selon la théorie cinétique moléculaire, la température est proportionnelle à l'énergie cinétique (c-a-d, énergie de mouvement) moyenne des particules d’une substance. Plus la température est élevée, plus le nombre de particules ayant une énergie cinétique augmente à la moyenne.

La température : la loi de Charles Gay-Lussac 1802 V α T V = b T

La température: la loi de Charles Quand on analyse la relation entre le volume d’un gaz et sa température en kelvins, on constate qu’il s’agit d’un rapport direct. D’après la loi de Charles, l’augmentation du volume (V) est proportionnelle à l’augmentation de la température (T).

La température: la loi de Charles Lorsqu’un échantillon de gaz subit une variation de température, le rapport prend la forme suivante: V1 = V2 (loi de Charles) T1 T2 Cette équation se vérifie lorsque la pression et la quantité de gaz restent constantes.

STP Les propriétés des gaz dépendent des conditions. Définition des conditions standards de température et de pression (STP). P = 1 atm = 760 mm Hg T = 0°C = 273.15 K

La température: la loi de Charles Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique degrés Celsius en kelvins : K = °C + 273,15 kelvins en degrés Celsius : °C = K - 273,15

v T

Exercices On recueille un gaz ayant un volume de 225 cm3 à 58oC. Déterminer le volume qu’occupera cet échantillon de gaz à 0oC. (On suppose que la pression est constante.) Une masse de dioxygène de 2 dm3 est à 25oC. Si on triple le volume qu’advient-il de la température? (On suppose que la pression est constante.)

La loi générale des gaz Lorsqu’on combine la loi de Charles et celle de Boyle-Mariotte, on obtient la loi générale des gaz, qui définit les rapports entre le volume, la température, et la pression de n’importe quelle quantité donnée de gaz. D’après cette loi, le produit de la pression et du volume d’un échantillon de gaz est proportionnel à sa température absolue.

La loi générale des gaz Cette équation ne se vérifie que si la quantité de gaz demeure constante. P1V1 = P2V2 (loi générale des gaz) T1 T2

Hypothèse d’Avogadro La loi d’Avogadro établit la relation mathématique entre le volume de gaz V et le nombre de moles du gaz présent n. n1 = n2 (loi d’Avogadro) V1 V2 Le volume augmente proportionnellement avec le nombre de moles de gaz.

Volume des gaz à TPN Température et Pression Normales (TPN) Température standard: 0oC ou 273 K Pression standard: 760 mm de Hg= 1 atm= 101,3 kPa Volume d’une mole de gaz: 22,4 L Température Ambiante et Pression Normale (TAPN) Température: 25oC ou 298 K Pression: 100 kPa Volume d’une mole: 24,5L

La loi des gaz parfaits Les lois sur les gaz que nous avons étudiées jusqu’ici ne s’appliquent qu’aux gaz parfaits. Un gaz parfait est un gaz hypothétique qui obéit à toutes les lois des gaz dans toutes les conditions, c’est-à-dire qu’il ne se condense pas pour devenir liquide lorsqu’on le refroidit, et que les graphiques représentant ses variations de volume ou de pression en fonction de la température sont des lignes droites.

La loi des gaz parfaits Théoriquement, un gaz se compose de particules de taille nulle qui ne s’attirent pas les unes les autres. Une seule équation suffira donc pour décrire les interrelations de la pression, de la température, du volume et de la quantité de matière - (Les quatre variables qui définissent un système gazeux).

La loi des gaz parfaits P1 x V1 P2 x V2 = T1 T2 Loi de Boyle-Mariotte À température constante. P1 x V1 P2 x V2 = T1 T2 Loi de Boyle-Mariotte

La loi des gaz parfaits x P1 V1 P2 x V2 = T1 T2 Loi de Charles À pression constante. x P1 V1 P2 x V2 = T1 T2 Loi de Charles

La loi des gaz parfaits D’après la loi d’Avogadro, le volume d’un gaz est directement proportionnel à la quantité de matière: v  n (où n est le nombre de moles)

La loi des gaz parfaits En combinant la loi de Boyle-Mariotte, la loi de Charles et la loi d’Avogadro on obtient le rapport suivant: v  (1/p) x T x n

La loi des gaz parfaits V = nRT P PV = nRT Cette dernière équation constitue la loi des gaz parfaits et la constante R porte le nom de constante universelle des gaz. P = Pression (kPa) V = Volume (L) n = nombre de mol (mol) T = Température (K) R= 8,314 (kPa  L) / (mol  K)

La loi des gaz parfaits On peut déterminer la valeur de R en remplaçant les termes appropriés de la loi des gaz parfaits par les conditions TPN (ou TAPN) pour une mole de gaz parfait. R = PV nT R = 101,3 kPa x 22,414 L 1,00 mol x 273 K R = 8,31 kPa x L mol x K

La loi des gaz parfaits P = nRT V V = nRT P n = PV RT T = PV nR

Problèmes P 487-488 #12 à 15 P 488 Révision de la section # 3, 4, 5