Gaz

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					Théorie des gaz
  Pour débuter…
http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/chimisterie/index.php



        Paramètres : pression       volume      quantité   température

        Constante R = 8,314 J/mol K ou 8,314 kPa L / mol K
                                           8,314 Pa m3 / mol K


 Référence : http://chimge.unil.ch/Fr/mat/1mat8.htm



    Parfait ou réel ?
           http://www-ipst.u-strasbg.fr/jld/gaz-p.htm
 La théorie peut se compliquer …

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Gaz_parfait

    http://neveu.pierre.free.fr/enseign/thcg/index.htm




La cinétique des gaz… c’est quoi ?
Animation :
http://www.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/thermo/cinegaz.html
http://www.falstad.com/gas/
Le mouvement des gaz




      La taille influence beaucoup la distribution du déplacement
   Les lois des gaz
     LOI D'AVOGADRO

     À température et pression constantes, le nombre de molécules de gaz contenu dans un volume donné est le
     même quel que soit le gaz:




     ou encore, en terme de nombre de moles n ( 1 mole = 6.022×1023 molécules):




     Puisque V=0 lorsque n=0, on peut aussi écrire:




Source : http://www.chm.ulaval.ca/~chm10099/equations_etat_gaz/chap1_1.htm
 Volume molaire
http://www.sciences.fundp.ac.be/websciences/chimie/fichesdere
vision/revision6/volumemolaire.htm

Cette notion provient de la loi d’Avogadro.

Aux conditions TPN : Température et pression normales…

273,15 K (0°C) , 1 atm (ou 760 mm Hg ou 101,325 kPa)        22,4 L/mol



Aux conditions STP : Température et pression standards …

298,15 K (25°C) , 1 bar (ou 100,000 kPa)                   24,79 L/mol
 Volume molaire

Exemple 1:
2,00 L de H2 à TPN. … Combien de mole ?

Solution: PV = NRT mais … plus simple :        x       1,00 mol
                                                   =
                                          2,00 L       22,414 L
                                                                      X = 0,0892 mol
Exemple 2: 0,250 moles de HCl occupe combien de litre à TPN ?

Solution: 0,250 mol x 22.414 L/ mol = 5,60 L


Exemple 3: Déterminer le volume molaire de n’importe quoi à 576 K ?

Solution: 22,414 L/mol / 273,15 K = x / 576 K

                          Vm = 47,265 L
   Les lois des gaz
   LOI DE BOYLE

   À température constante (conditions isothermes), le produit PV d'une quantité fixée de gaz est constant pour de
   nombreux gaz. Toute augmentation de P produit une diminution de V telle que PV est inchangé.

   À une température différente (maintenue constante), PV est également constant en fonction de la pression mais
   prend une valeur différente. C'est aussi le cas si on change la quantité de gaz.




Source : http://www.chm.ulaval.ca/~chm10099/equations_etat_gaz/chap1_1.htm
   Les lois des gaz
   LOI DE CHARLES

   À pression constante (conditions isobares), le volume d'une quantité constante de gaz augmente proportionnellement
   avec la température:




   Pour des pressions suffisamment faibles, ce comportement est observé pour tous les gaz. Le volume est directement
   proportionnel à la température T, c'est-à-dire:




   pourvu que la température soit exprimée dans une nouvelle unité: le Kelvin (K), reliée aux degrés Celsius par:




Source : http://www.chm.ulaval.ca/~chm10099/equations_etat_gaz/chap1_1.htm
   Équation d’état


      R = 8.314 J.K-1.mol-1 = 0.08206   .atm.K-1.mol-1 = 1.9872 cal.K-1.mol-1

 Tracé isotherme :




Source : http://www.chm.ulaval.ca/~chm10099/equations_etat_gaz/chap1_1.htm
Donc !

Le propane C3H8

Le propane est commercialisé sous forme liquide. La bouteille contient 7
kg de propane et a un volume de 10 L.

1.Quelle est la masse volumique du propane liquide ?
2.Quelle est la masse volumique du propane gazeux ?
3.Quel volume de gaz (CNTP) peut libérer cette bouteille ?



                                               RÉPONSES
  Réponse

1) masse volumique (kg / m3) du liquide :
10 L = 0,01 m3. ( 1000 L= 1 m3)
 = masse (kg) / volume (m3) = 7 / 0,01 = 700 kg /m3

2) masse volumique (kg / m3) du gaz :
cette masse volumique dépend de la température et de la pression
dans les conditions TPN, le volume molaire d'un gaz est 22,4 L = 0,0224
m3.
masse molaire du propane C3H8 : 12*3+8 ≈ 44 g/mol = 0,044 kg / mol

Ainsi pour le gaz : 0,044 kg / 0,0224 m3 ≈ 1,96 kg/m3.

3) volume de gaz :
Sachant qu’on a 7 kg…
N = masse / masse molaire = 7000 g / 44 g/mol = 159 mol
volume (L) = volume molaire (L/mol) x (159 mol) = 22,4*159 = 3562 L.
Générer des données


  Le site suivant vous permet de générer des tableaux de
  données physico-chimiques au besoin, lors de calculs et de
  paramétrages des systèmes gazeux.




    http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
Quelques exercises

http://www.cegep-st-laurent.qc.ca/depar/chimie/outils/gaz.htm
Loi de Dalton

Le principe le plus pratique parmi les lois sur les gaz.

C’est le principe par lequel l’ensemble de toutes les composantes
produisent la pression totale.


      P tot = Σ Pi   = (Σ Ni) R T     /   V
                                                                JAMAIS !!
   Pression partiel du gaz A
                                          N   mole de A         Masse de A
                                 =                          ≠
        Pression totale                   N moles totales       Masse totale
   Différents types de calculs

    Comment calculer une masse volumique gazeuse

              Masse            Pression x Masse molaire
     ρ =                  =
              Volume               R   x   Température


    Comment calculer la masse molaire moyenne d’un gaz

                      masse            Masses de toutes les composantes
Masse molaire =                    =
                                        Nombre de moles totales
                  Nombre de mole
Différents types de calculs

Comment décortiquer le ratio massique dans un gaz
 Un ratio m1 / m2
                             P1 Vtot = N1 R T         N1 = m1 / Mm1

                                P2 Vtot = N2 R T     N2 = m2 / Mm2


   Ptot = P1 + P2 = ( N1 + N2 ) R T / Vtot

               = ( m1 / Mm1       +    m2 / Mm2 ) R T / Vtot

Si on connaît la masse volumique :
                                  m 1 + m2
                        ρ   =
                                      Vtot
         Il suffit ensuite de remplacer les inconnus !!!
Les gaz nocifs
    Chlore (Cl2)
 Premier gaz utilisé
  historiquement
 Destruction du système
  respiratoire, brûlure
  (corrosif)
 1er conflit mondial (1915
  Allemands)
       Phosgène (COCl2)
 Dichlorure carbonique
 Agents asphyxiants : chloropicrin (PS),
  chlore (Cl), diphosgène (DP).
 CO2 + Cl2
 Poison (50 ppm) !
 Edeme pulmonaire fatal
   http://siri.org/msds/mf/cards/file/0007.html
      Gaz moutarde (1,1-thiobis(2-chloroethane))
                                synthèse : 1859 par Guthrie

   1er conflit mondial (1917, Allemands), pas durant la 2 e guerre !
   Conflit Iran/Iraq, durant les années 1980
   Corrosion peau, yeux, poumons, base des gaz innervants
   Poison 10 mg !
   Cl-CH2-CH2-S-CH2-CH2-Cl
   Lewisite
   Les Allemands l'appellent « schwefellost » ou croix jaune et les Français le nomment
    Ypérite (attaque à Ypres)
                                Zyklon B
   en France, en 1942, dans les ateliers d'Ugine, à Villers-Saint-Sépulcre, près de
    Beauvais
   février 1941 le groupe Ugine avait participé à la création d'une entreprise franco-
    allemande aryannisée, avec participation mutuelle de 50%-50%. La Durferrit-Sofumi
    fabriquait deux principaux produits résultant de brevets allemands: les sels de
    cyanure utilisés dans l'industrie pour la cémentation des métaux et l'acide
    cyanhydrique qui, stabilisé, est connu sous le nom de "Zyklon B"
             Insecticides (chlorpyrifos)
    Classe des organophosphates
    Effets neurotoxiques (neurotransmetteurs affectés)
    Dursban
    Malathion
    Diazinon




http://www.geocities.com/CapeCana
veral/Lab/4239/chemweapons/nerve
.html
      DDT
   Insecticide
   Paul Muller (Nobel 1948, en médecine
    et physiologie)
   Poison 300-500 mg/kg
   Très stable !
VX (type V)                               invention britannique



   Gaz neurotoxique (innervant)
   En 1949, le Docteur Ranajit
    Ghosh, un chimiste anglais,
    travaillait sur la synthèse des
    pesticides, quand il trouva l'agent
    innervant le plus dangereux, le Vx
   Plus toxique que le Sarin
   Inhibiteur de la cholinestérase
   Poison 10 mg !
                            Sarin (GB)
                  acide méthylphosphonofluorique,
       1-méthyléthyl ester isopropyl méthylphosphonofluoridate



   Gaz neurotoxique (innervant)
   1938 (Allemands), pesticide
   C4H10FO2P
   ½ mg est 26 fois plus mortel que le cyanure gazeux
   20 fois plus mortel que KCN
   http://usmilitary.about.com/library/milinfo/blchemical-4.htm
                      Tabun (GA)
           Acide diméthylphosphoramidocyanidrique,
    Éthyl ester éthyl N,N-diméthylphosphoramidocyanidate


 C5H11N2O2P
 Développé comme un pesticide
  (comme le zyklon)
                   Armement biologique
                                  (bactéries ou virus)
 Anthrax (http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/1590859.stm)
 Botulin (inhibe l’acétylecholinestérase)
 Ébola (depuis 1976, Congo)
 Dengue (fièvre hémorragique, 2001 Hawaii)




Site sur les armes chimiques :
http://membres.lycos.fr/armch/histoire.html
Site du CDC (Center for disease control):
http://www.bt.cdc.gov/agent/agentlistchem.asp
Guerre du Golf et les armes :
http://members.aol.com/profchm/wood.html
Histooire des armes chimiques :
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/4239/chemweapons/history.html
Météo 101
Comportement de la matière…
  Énergie

                               Gaz

                               Vaporisation             Condensation

    Sublimation   Déposition                  Liquide


                               Liquéfaction             Congélation



                        Solide
Diagramme de phase pour l’eau
      Courbe de                           Courbe de
      fusion                              vaporisation
                         Liquide
                                           101 kPa
P
           Solide

    Courbe                    Gaz
    de sublimation

                     0              100
                          T
                                                          Albédo de la Terre

                                                              Environ 0,5




L'albédo est le rapport de la quantité de lumière réfléchie par un objet
sur la quantité de lumière qu'il reçoit.
L'albédo est exprimé par un nombre qui va de 0 (aucune lumière
réfléchie) à 1 (toute la lumière est réfléchie), ou bien est exprimé en
pourcentage.
 Le cycle d’évaporation de l’eau
L’eau se trouve sous différents états physiques selon la température.
Rien ne se crée, tout se transforme.
En bout de ligne, l’eau qui percole se retrouve dans l’océan et
revient en pluie quelque part !
Évaporation
(http://perso.wanadoo.fr/aurelielem/formation_nuages.htm)




                                    Au départ :
                                    La parcelle d’air monte car elle est chaude
Évaporation



              Plus elle monte, plus elle se refroidit
              donc on peut y mettre de moins en
              moins d’eau. L’air se contracte !
Évaporation


              À la saturation, l’air atteint son
              volume minimum et est saturée
              d’eau toujours en gaz !
Évaporation
              Plus il fait froid, plus l’eau se
              condense puis gèle et devient de la
              glace !
Évaporation
Formation des nuages



 Un nuage est un amas
 de gouttelettes en
 suspension dans un
 courant d’air
 ascendant jusqu’au
 moment où le courant
 cesse de monter.

 Le nuage est alors
 instable et se vide en
 libérant l’eau liquide
 vers le bas (par la
 gravité).
Équilibre liquide/vapeur (liquide x)

              1- État initial
                     L’évaporation dépend de la température

                     Si T augmente, la vitesseevap augmente

                             Vevap = V

                              Vcond = 0

                              Px = 0
Équilibre liquide/vapeur (liquide x)

              2- État intermédiaire


                          Vevap = V

                          Vcond = Vevap/2

                           Px < Psat
Équilibre liquide/vapeur (liquide x)

              3- Équilibre
                     La condensation dépend du nombre de
                     molécules en phase vapeur (pression
                     partielle)

                             Vevap = V

                             Vcond = Vevap = V

                             Px = Psat
Chinook
(http://galileo.cyberscol.qc.ca/InterMet/eau/formation_nuage2.htm)
  Lorsqu’un courant d’air rencontre un obstacle, il s’élève, ainsi se
  refroidi et l’eau s’y trouvant se condense. Une fois que l’air est bien
  saturé en gouttelettes et devenant trop lourdes, le nuage se vide.

  L’air qui continu devient alors plus sec… : le Chinook
 Qu’est-ce que l’humidité ?
    On peut définir l’humidité de plusieurs manières
                                  Pression d’eau actuelle dans l’air
        Humidité relative   =
                                  Pression d’eau maximale pouvant s’y trouver


       Humidité absolue     =    Quantité d’eau totale dans l’air sous
                                 forme de vapeur d’eau



                            Masse d’eau           Masse mol. Eau       x       N eau
Humidité spécifique     =                     =
                            Masse d’air sec       Masse mol. Air sec           x       N air sec

                                                  0,622                x           P   eau
                                              =
                P air sec                                 ( P tot          -       P eau )
   L’évaporation ou l’ébullition
   L’ébullition est l’évaporation complète à une température précise selon
   la substance.

   Si l’eau s’évapore à 100°C elle se mettra à bouillir lorsque sa pression
   d’évaporation sera supérieure à la pression de l’air ambiant.


Tension de vapeur = Pression de vapeur
 Si Pvap atteint une valeur maximale      on obtient la saturation du milieu
            il y a alors une recondensation du gaz en liquide !
                          LA ROSÉE

                       VAPEUR D’EAU                 S’observe à Pvap =    P°eau
     La vapeur d’eau est incolore, mais est rendue « visible » par la
     présence de fines gouttelettes d’eau en suspension dans l'air, dues à la
     condensation instantanée de la vapeur elle même.
      Pression de saturation P°eau
                           La courbe P sat vs T correspond à la courbe de vaporisation d ’un diagramme de phase.




Données de : http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/
                                                           Température de rosée pour l’air humide
                                                           http://www.thermexcel.com/french/tables/tr.htm
           Log P°H2O = 10,23 - 1750
                                        T + 235

                          Ce n’est pas une loi ! C’est une équation
                          http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quation_d'Antoine
                          http://www.cheresources.com/phaseeq.shtml
L’origine de l’équation empirique

     Équation de Clausius-Clapeyron

    Ln (Psaturation/P0) = ( - ΔHvap / R ) (1/T0 - 1/T)
                                   OU




T0 : température d'ébullition de la substance à une pression P0 donnée, en K
Psat : pression de vapeur saturante, dans la même unité que P0
M : masse molaire de la substance, en kg/mol
Lv : chaleur latente de vaporisation de la substance, en J/kg
R : constante des gaz parfaits, égale à 8,31447 J/K/mol
T : température de la vapeur, en K
Calcul visuel du Y’

Y’ = 0,622 x (PH2O / PA.S.)
L’atmosphère est un mélange
 Oxygène              31,9988 g/mol
       O2                                          21 % mol/mol
                                                                                  28,85 g/mol
      Azote           28,0134 g/mol                79 % mol/mol
        N2


                                              Masse molaire moyenne Air Sec
                                                          retenue
                                                      28,97 g/mol

                                         Composition de l'air sec
Nom                    Formule   Proportion         Nom                     Formule   Proportion
       Diazote            N2       78,08 % vol               Krypton            Kr       1,14 ppmv
      Dioxygène           O2       20,95 % vol               Méthane            CH4       1,7 ppmv
        Argon             Ar       0,934 % vol             Dihydrogène          H2        0,5 ppmv
 Dioxyde de carbone       CO2       382 ppmv            Protoxyde d'azote      N2O        0,5 ppmv
        Néon              Ne       18,18 ppmv                 Xénon             Xe       0,087 ppmv
       Hélium             He        5,24 ppmv             Dioxyde d'azote      NO2       0,02 ppmv
  Monoxyde d'azote        NO         5 ppmv                   Ozone             O3      0 à 0,01 ppmv
                                                              Radon             Rn     6,0×10-14 ppmv
     Bilan de matière…
                 Bilan massique (en 2 équations)

      1
                                                            = Débit massique A.S. (sortie) x Y’S

                                       ± masse d’eau
Débit massique A.S. (entrée) x Y’E




      2      PA.S.          QA.S. =   NA.S.       RT

        (P atm - P   H2O)   QA.S. = (mA.S./MmA.S.) R T

   Ou        Bilan molaire (doit se faire en 2 équations)
                      neau entrée + n eau ajoutée ou retirée = n eau sortie
                      nair tot entrée + n eau ajoutée ou retirée = n air tot sortie
  Ouragans ou tornades ?




http://www.pcwp.com/animatedgif.htm
Quelques liens internet
La météo par Environnement Canada :
http://text.msc.ec.gc.ca/education/teachers_guides/Module1_hazardous_weather_f.html
    Échelle de force Fujita des tornades :
         http://www.mb.ec.gc.ca/air/summersevere/ae00s12.fr.html
Phénomènes météo :
http://www.meteo.org/metidx.htm
Échelle de force Saffir-Simpson des ouragans
http://www.consulfrance-
    nouvelleorleans.org/perturbation%20meteo/saffir%20simpson.htm
La météo en détails :
http://www.aei-saumur.com/meteo/cagira.htm
    – http://www.aei-saumur.com/meteo/divers_pheno/pression.htm

				
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posted:4/24/2011
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