Module 4 Les gaz

États de la matière La matière existe sous 3 formes différentes: Solide Liquide Gaz Tableau comparatif… (feuille)

Changements d’état de la matière

Énergie cinétique et les états de la matière. Solide Liquide Gaz Énergie cinétique (Énergie du mouvement) Changement endothermique: Changement exothermique: Changement qui absorbe de l’énergie. Changement qui libère de l’énergie

Endothermique ou Exothermique ???

La pression et le volume des gaz Pression atmosphérique: Force exercée par les molécules d’air sur les objets. Unités: kPa, torr, atm, lbs/po2, mmHg Pression normal = 101,3 kPa Pression de vapeur: Pression exercée par la vapeur à la surface d’un liquide. Plus la température d’un liquide est élevée plus la pression de vapeur est grande (et vice versa).

Pression atmosphérique Influence de la pression atmosphérique sur le point d’ébullition. Température d’ébullition: Température à laquelle la pression de vapeur d’un liquide est égale à la pression atmosphérique. Altitude Niveau de la mer: 4570 m: Pression atmosphérique 101,3 kPa 50,6 kPa Point d’ébullition 100oC 85oC

Suite… Lorsque la pression atmosphérique est basse, les liquides ont une température d’ébullition relativement basse. Lorsque la pression atmosphérique est plus élevés, les liquides bouillent à une température plus élevée.

Facteurs qui influencent la pression de vapeur Température: Plus la température d’un liquide est élevée, plus la pression de vapeur est grande (et vice versa). Forces intermoléculaires: Les substances caractérisées par de faibles pressions de vapeur, possèdent des forces intermoléculaire fortes (liaisons hydrogènes). Les substances qui ont une pression de vapeur élevée possèdent de faibles forces intermoléculaires (Van der Waals).

Théorie cinétique des gaz Le volume d’une molécule de gaz est négligeable par rapport au volume du contenant qui contient le gaz. Cela signifie que les molécules individuelles de gaz, au volume presque nul, sont extrêmement éloignées les unes des autres. Et que la majeure partie du contenant est constitué de « VIDE ». Les particules de gaz n’exercent aucune force d’attraction ni de répulsion les une sur les autres.

Suite… Les molécules de gaz possèdent une énergie de translation élevée. Elles se déplacent au hasard dans toutes les directions, en ligne droite. Les collisions des molécules de gaz entre elles ou avec la paroi du contenant sont parfaitement élastique. Il n’y a aucune perte d’énergie cinétique.

Suite… L’énergie cinétique moyenne des molécules de gaz est directement proportionnelle à la température. Plus la température est élevée, plus le mouvement moyen des molécules est rapide et plus l’énergie cinétique moyenne est grande.

Loi Boyle-Mariotte P1V1 = P2V2 À température constante, le volume d’une certaine quantité de gaz est inversement proportionnel à la pression à laquelle la masse du gaz est soumise. P1V1 = P2V2 Ex: Un ballon contient 5L de dihydrogène à une pression de 98kPa. Si le volume du ballon est réduit à 4L, quelle sera la nouvelle pression?

On recueille un échantillon d’hélium gazeux à la température ambiante dans un ballon de 4,5 L à la pression atmosphérique standard. On plonge alors le ballon dans un bassin d’eau, aussi à la température ambiante de sorte que la pression externe est augmentée à 110,2 kPa. Quel est le volume final du ballon? Pi = 101, 3 kPa Vi = 4,5L Pf= 110, 2 kPa PiVi= PfVf Vf= PiVi/ Pf Vf =(101,3 kPa)(4,5L)/ 110,2 kPa Vf = 4,137 L

Loi de Charles À pression constante, le volume d’un gaz est directement proportionnel à sa température absolue. V1 = V2 t1 t2 Ex: un ballon contient 1L de propane à 27oC. Quel sera le volume du ballon s’il est placé dans un congélateur dont la température interne est de -4oC?

À l’aide d’une seringue de verre, un scientifique aspire exactement 25,5 cm³ d’oxygène sec à 20°C d’un cylindre métallique. Il a besoin de chauffer l’oxygène pour une expérience; il place alors la seringue dans un four à 65 °C pendant 30 min. Suppose que la pression atmosphérique demeure la même. Quel volume occupera l’oxygène? Ti =( 20° C + 273) = 293 K Tf = (65°C + 273) = 338K Vi = 25,5 cm³ Vi / Ti = Vf/Tf Vf= ? Vf= (Vi)(Tf)/ Ti Vf = (25,5cm³)(338K)/ (293K) Vf = 29,42 cm³

Loi Gay-Lussac À un volume constant, la pression du volume d’un gaz donné varie proportionnellement à la température absolue. P1 = P2 t1 t2 Ex: La pression du dioxygène contenu dans une bouteille d’une capacité de 20L est de 250kPa à 5oC. Quelle sera la nouvelle pression du gaz dans la bouteille si la température est augmenté de 20oC.

Loi générale des gaz Température et pression normal (TPN): 101,3 kPa 0oC (273K) Température ambiante et pression normale dans lesquelles nous vivons (TAPN): 100 kPa 25oC (298K)

Suite… La loi générale des gaz est une combinaison des loi de Boyle-Mariotte, loi de Charles et loi de Gay-Lussac. Elle se présente sous la forme suivante. P1V1 = P2V2 t1 t2

Exemple Sandra fête son anniversaire lors d’une belle journée d’hiver. Le temps change, et un front froid de -25oC avec une haute pression de 103,0 kPa s’installe. La température initiale de l’aire était de -2oC et la pression de 100,8 kPa. Que deviendra le volume des ballons de 4,2 L attachés à l’avant de la maison?

Exercices p. 434 # 1à 4 ( Loi de Boyle – Mariotte) p. 446 # 5à 12 ( Loi de Charles) p. 449 # 13 à 16 ( Loi de Gay – Lussac) p. 457 # 17 à 21 (Loi générale des gaz)