COMPORTEMENT DES GAZ

VARIABLES DU COMPORTEMENT

ET

LOIS SIMPLES DES GAZ

VARIABLES DU COMPORTEMENT DES GAZ

• Les relations entre 2 de ces variables permettent de déduire les lois simples de gaz

• Ces lois simples nous permettent de déduire des lois plus complexe (loi générale des gaz et loi des gaz parfaits)

• 4 variables principales• Pression (P) : Nombre de collisions entre les particules

• Température (T) : Degré d’agitation des particules (Ek)

• Volume (V) : Espace entre les molécules (volume du contenant)

• Quantité de matière (n) : Nombre de particules (moles)

TPN ET TAPN

• La pression de l’air et la température varient beaucoup.

• On doit établir des normes pour faciliter la comparaison

• Température et pression normales (TPN)• Température de 0 °C et pression de 101,3 kPa

• Température ambiante et pression normale (TAPN)• Température de 25 °C et pression de 101,3 kPa

RELATION ENTRE PRESSION ET VOLUME

• 2 scientifiques présentent à quelques années d’intervalle la relation (Boyle 1662 et Mariotte 1676)

• Appelée loi de Boyle-Mariotte• À température constante, le volume d’une masse de gaz est

inversement proportionnel à la pression.

• http://cw2.erpi.com/cw/chimie5/p28

MATHÉMATIQUEMENT PARLANT…

• P est inversement proportionnel à V

• Donc, P est proportionnel à l’inverse de V • ou

• Attention : la constante dépend de la température et de la quantité de gaz

• Ce qui veut dire qu’a quantité de gaz égale et température constante :

• P1V1 = P2V2

ET LA THÉORIE CINÉTIQUE?

• Si la température reste constante et qu’on diminue la volume disponible, on réduit la distance entre les particules.

• Comme le même nombre de particules se retrouvent dans un espace plus petit, il y aura plus de collisions.

• Le nombre de collision étant la définition même de la pression, on augmente ainsi la pression.

RELATION ENTRE VOLUME ET TEMPÉRATURE

• 1787 : Scientifique français Jacques Charles travaille sur cette relation.

• Découvre que si on augmente la température d’un gaz, le volume augmente.

• Par contre, la variation ne semble pas proportionnelle si on utilise les °C

• Logique si on y pense, parce que à 0 °C, la matière possède encore de l’ Ek et un volume.

• http://cw2.erpi.com/cw/chimie5/p28

ZÉRO ABSOLU ET ÉCHELLE KELVIN

• Si on extrapole la relation entre la température d’un gaz et son volume on trouve une température ou le volume « serait » nul

• À cette température, la matière n’existerait plus! (Ne se trouve qu’en théorie seulement)

• Lord Kelvin (1848) utilise cette idée pour une nouvelle échelle de température. 0 K = -273 °C et les intervalles sont équivalents à 1 °C.

• Permet de définir une relation proportionnelle entre la température d’un gaz et son volume.

LOIS DE CHARLES ET DE GUAY-LUSSAC• Loi de Charles

• À pression constante, le volume d’une certaine quantité de gaz est proportionnel à sa température.

• Autrement dit : si on double la température d’un gaz, son volume double.

• La relation a été confirmée par Joseph Guay-Lussac d’un point de vue plus mathématique:• donc

• Ce qui veut dire qu’a quantité de gaz égale et pression constante :

ET LA THÉORIE CINÉTIQUE?

• Si on augmente la température d’un gaz, on augmente l’énergie cinétique.

• Les particules bougent donc plus vite, ce qui augmente la possibilité de collisions, ce qui provoquerait un changement de pression.

• Si la pression reste constante, c’est que les collisions poussent les particules à s’éloigner les unes des autres.

• La distance entre les particules d’un gaz est la définition du volume d’un gaz.

RELATION ENTRE LA PRESSION ET LA TEMPÉRATURE

• Plusieurs scientifiques ce sont penchés sur cette relation.

• Tous sont arrivés à la même observation : • Si on augmente la température d’un échantillon de gaz, sa

pression augmente.

• Si on extrapole la relation entre la température d’un gaz et sa pression, on trouve une température où la pression serait « nulle ». (Voir graphique p.85)

• Correspond à -273,15 °C ou 0 K (zéro absolu)

• Permet de trouver que donc

• Donc, pour une certaine quantité de gaz à volume constant :

ET LA THÉORIE CINÉTIQUE?

• Explications très similaires à celles pour la relation entre la température et le volume…

• Si on augmente la température d’un gaz, on augmente l’énergie cinétique.

• Les particules bougent donc plus vite, ce qui augmente la possibilité de collisions.

• Si le volume disponible reste constant, il y aura plus de collisions.

• Le nombre de collision étant la définition de la pression, la pression augmentera.

RELATION ENTRE LE VOLUME ET LA QUANTITÉ DE GAZ

• Guay-Lussac observe que dans une réaction chimique, la proportion entre les volumes de réactifs et de produits gazeux sont des rapports simples de nombre entiers. (Décomposition de l’eau)

• De cette observation : Avogadro fait l’hypothèse qu’à température et pression constantes, un même volume de gaz contient la même quantité de matière

• Prouvé des années plus tard

• Très utile pour trouver par comparaison la masse molaire d’un gaz inconnu.

RELATION V-n (SUITE)

• Cette hypothèse a aussi permis de poser la loi d’Avogadro :

• À température et pression constante, le volume d’un gaz est directement proportionnel au nombre de moles du gaz

• Si on double la quantité de matière, le volume double

• Donc :

• Par la théorie cinétique :

• Si on augmente le nombre de particules d’un gaz, la probabilité de collisions est plus grande.

• Si le nombre de collisions augmente, la pression augmente.

• Si la pression reste constante, le volume augmentera

VOLUME MOLAIRE D’UN GAZ

• En se basant sur la loi d’Avogadro, on peut déterminer le volume occupé par une mole d’un gaz a une température et une pression donnée

• C’est le volume molaire (L/mol)

• À TPN : 22,4 L/mol

• À TAPN : 24,5 L/mol

• Autrement dit, à 25 °C et 101,3 kPa, 6,02 X1023 particules d’un gaz occupent un volume de 24,5 L.