Preguntas Conceptuales
2.1 Modelo molecular de un gas ideal
Dos moléculas pueden reaccionar con una molécula para producir dos moléculas . ¿Cuántos moles de moléculas de hidrógeno se necesitan para reaccionar con un mol de moléculas de oxígeno?
¿En qué circunstancias esperaría que un gas se comportara de forma significativamente diferente a la predicha por la ley de los gases ideales?
Un termómetro de gas a volumen constante contiene una cantidad fija de gas. ¿Qué propiedad del gas se mide para indicar su temperatura?
Infle un globo a temperatura ambiente. Deje el globo inflado en el refrigerador durante toda la noche. ¿Qué pasa con el globo y por qué?
En el capítulo anterior se explicó la convección libre como consecuencia de fuerzas de flotación sobre fluidos calientes. Explique el movimiento ascendente del aire en las llamas basándose en la ley de los gases ideales.
2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
¿Cómo se relaciona el momento con la presión ejercida por un gas? Explique a nivel molecular y considere el comportamiento de las moléculas.
Si un tipo de molécula tiene el doble de radio que otra y ocho veces más masa, ¿cómo se comparan sus trayectorias libres medias en las mismas condiciones? ¿Cómo se comparan sus tiempos libres medios?
¿Cuál es la velocidad media de las moléculas de aire en la habitación en la que se encuentra en este momento?
¿Por qué las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, planetas mucho más masivos y alejados del Sol que la Tierra, contienen grandes cantidades de hidrógeno y helio?
La mecánica estadística dice que en un gas que se mantiene a una temperatura constante mediante el contacto térmico con un sistema mayor (un “depósito”) a esa temperatura, las fluctuaciones de la energía interna suelen ser una fracción de la energía interna. Como fracción de la energía interna total de un mol de gas, ¿qué magnitud tienen las fluctuaciones de la energía interna? ¿Está justificado que los ignoremos?
¿Qué es más peligroso, un armario donde se almacenan tanques de nitrógeno o uno donde se almacenan tanques de dióxido de carbono?
2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
Experimentalmente, parece que los grados de libertad vibracionales de muchas moléculas poliatómicas pueden aportar en cierta medida a su energía a temperatura ambiente. ¿Esperaría que ese hecho aumentara o disminuyera su capacidad calorífica a partir del valor R? Explique.
Se podría pensar que la energía interna de los gases diatómicos viene dada por ¿Los gases diatómicos cercanos a la temperatura ambiente tienen más o menos energía interna que esta? Pista: Su energía interna incluye la energía total añadida al elevar la temperatura desde el punto de ebullición (muy bajo) hasta la temperatura ambiente.
Se mezclan 5 moles de a 300 K con 5 moles de He a 360 K en un calorímetro perfectamente aislado. ¿La temperatura final es superior o inferior a 330 K?
2.4 Distribución de las velocidades moleculares
Un cilindro contiene gas helio y otro contiene gas criptón a la misma temperatura. Marque cada uno de estos enunciados como verdadero, falso o imposible de determinar a partir de la información dada. (a) Las velocidades rms de los átomos en los dos gases son las mismas. (b) Las energías cinéticas promedio de los átomos en los dos gases son las mismas. (c) Las energías internas de 1 mol de gas en cada cilindro son las mismas. (d) Las presiones en los dos cilindros son las mismas.
Repita la pregunta anterior si uno de los gases sigue siendo helio pero el otro se cambia por flúor, .
Un gas ideal está a una temperatura de 300 K. Para duplicar la rapidez media de sus moléculas, ¿a qué temperatura hay que cambiar?