Comportement des gaz

4 variables sont nécessaires pour définir le comportement des gaz. Pression (P): dépend du nombre de collisions des particules de gaz Température (T): est une mesure de l’énergie cinétique des particules Volume(V): correspond à l’espace occupé par le gaz Quantité de gaz (n): correspond au nombre de particules contenues dans l’échantillon de gaz

Normes relatives aux conditions d’étude des gaz TPN: température et pression normales 0o C et 101,3 kPa TAPN: température ambiante et pression normale 25o C et 101,3 kPa

Étude du comportement des gaz Expérimentalement, les variables seront étudiées 2 à 2. (ex. pression et volume) Les 2 variables qui ne font pas partie de l’étude devront rester constantes. (ex. température et nombre de moles)

Relation pression - volume

Loi de Boyle-Mariotte relation entre la pression et le volume À température constante, le volume d’une masse de gaz est inversement proportionnel à la pression. p1V1 = p2V2 http://sciences-physiques.ac-dijon.fr/documents/Flash/pression/pression.swf

Exemple: Une seringue contient 120,0 ml de gaz aux conditions ambiantes de température et de pression. Si on réduit le volume à 80,0 ml, quelle sera la nouvelle pression? P1 = 101,3 kPa V1 = 120,0 ml P2 = ? V2 = 80,0 ml P1V1 = P2V2     P2 = 151,95 kPa = 152 kPa

Relation température - volume

Échelle des degrés absolus Dans cette échelle: le zéro absolu correspond à la température théorique pour laquelle le volume d’un gaz serait égal à zéro un intervalle de 1oC équivaut à 1oK les zéros de ces échelles se trouvent à un intervalle de 273 unités l’un de l’autre Donc: o K = o C + 273

Loi de Charles relation entre la température et le volume À pression constante, le volume d’une masse déterminée de gaz est directement proportionnel à sa température exprimée en degrés Kelvin (oK)

Exemple: Un ballon d’anniversaire est gonflé à une température de 25oC Exemple: Un ballon d’anniversaire est gonflé à une température de 25oC. Son volume est alors de 3,25 L. On l’installe ensuite dehors où la température est de -20oC. Quel sera alors son nouveau volume?   T1 = 25oC = 298oK V1 = 500 ml T2 = -20oC = 253oK V2 = ?      

Relation pression - température

À volume constant, la pression d’une masse de gaz augmente avec la température. La pression est donc proportionnelle à la température exprimée en oK. Lorsque la température augmente, les molécules possèdent plus d’énergie et bougent plus rapidement. Le nombre et la force des collisions seront donc augmentés.

Relation volume – quantité de gaz

Loi de Gay-Lussac (1808) Loi d’Avogadro (1860) Des volumes de réactifs et de produits gazeux , aux mêmes conditions de température et de pression sont toujours des rapports simples de nombres entiers. Loi d’Avogadro (1860) À température et pression constantes, le volume d’un gaz est directement proportionnel au nombre de moles du gaz.

À température et pression constantes, l’espace occupé par une molécule de gaz est toujours le même peu importe la nature du gaz. Donc, si je double le nombre de molécules, l’espace occupé double aussi.   Selon la théorie cinétique, lorsqu’on augmente le nombre de particules de gaz, le nombre de collisions augmente, ce qui a pour effet d’augmenter la pression. Le volume augmente en conséquence si l’on maintient la pression constante.

Volume molaire d’un gaz C’est le volume qu’occupe une mole de gaz, quelle soit sa nature, à une température et une pression données. (en L/mol) À TPN: une mole occupe un volume de 22,4 L À TAPN: une mole occupe un volume de 24,5 L

Loi générale des gaz Dans la réalité, il est très rare que seuls deux paramètres varient en même temps.

Résous les problèmes suivants par simple raisonnement Résous les problèmes suivants par simple raisonnement. Justifie ta réponse.

À une température de 12oC (285oK), une bombe aérosol contient 325 ml de gaz propulseur à 445 kPa. Quel volume le gaz occupera-t-il s’il est projeté dans l’environnement où la température est de 21oC et la pression de 101 kPa? A) 100 ml B) 325 ml C) 1,5 L

Un ballon aéronautique a été conçu pour être complètement rempli (100 000 L) à 10 km d’altitude. À cette hauteur, la pression atmosphérique est de 30 kPa et la température de – 40oC (233oK). On te consulte pour connaître le volume d’hélium à placer dans le ballon à son départ du sol où la pression est de 100 kPa et la température est de 20oC. A) 38 000 L B) 100 000 L C) 420 000 L

La loi générale des gaz met donc en relation les quatre paramètres (volume, pression, température, quantité) afin de prévoir le comportement d’un gaz si plusieurs de ces paramètres varient en même temps. Elle permet de comparer une situation initiale et une situation finale.

Où: p1 = pression de la première situation V1 = volume initial   Où: p1 = pression de la première situation V1 = volume initial n1 = nombre de mole au début T1 = température initiale en oK p2 = pression de la deuxième situation V2 = volume final n2 = nombre de mole à la fin T2 = température finale en oK

Exemple: Un ballon qui contient 1,30 mole de diazote gazeux à 20,0 oC, occupe un volume de 16,0 L à une pression de 99,3 kPa. Quelle sera la pression si on augmente la température à 50,0 oC, qu’on diminue le volume de 5,0 L et qu’on ajoute 0,40 mole de dioxygène?   p1 = 99,3 kPa V1 = 16,0 L n1 = 1,30 mol T1 = 20,0 oC = 293,0oK p2 = ? V2 = 16,0 – 5,0 = 11,0 L n2 = 1,30 + 0,40 = 1,70 mol T2 = 50,0 oC = 323,0 oK     p2 = 208 kPa

Loi des gaz parfaits Elle met en relation les quatre paramètres afin de déterminer les caractéristiques d’un gaz à un moment précis. (situation unique)