Un tanque de 20.0 L contiene contiene 0.225 0.225 kg de helio a 18.0 °C. La masa molar del helio helio es de 4.00 g >mol. a) Cu!ntos moles de helio ha" en el tanque# b) Calcule la $resi%n en el tanque en &a " atm.
18.1 18.1
Un tanque cil'ndrico tiene un $ist%n a(ustado que $ermite camiar el *olumen del tanque. +l tanque contiene originalmente 0.110 m, de aire a ,.40 atm de $resi%n. -e tira lentamente del $ist%n hasta aumentar el *olumen del aire a 0.,0 m,. -i la tem$eratura $ermanece constante/ qu *alor inal tiene la $resi%n# 18.3.
18.5. a)
Use la le" del gas ideal $ara estimar el nmero de molculas de aire que ha" en su laoratorio de 'sica/ su$oniendo que todo el aire es 32. b) Calcule la densidad de $art'culas en el laoratorio es decir/ el nmero de molculas $or cent'metro cico).
Un aguar 678 con*ertile tiene un motor de ocho cilindros. l $rinci$io de su carrera de com$resi%n/ uno de los cilindros contiene 4 cm, de aire a $resi%n atmosrica 1.01 , 105 &a) " tem$eratura de 29.0 °C. l inal de la carrera/ el aire se ha com$rimido a un *olumen de 4:.2 cm, " la $resi%n manomtrica aument% a 2.92 , 10: &a. Calcule la tem$eratura inal. 18.7.
Un tanque cil'ndrico grande contiene 0.950 m, de nitr%geno gaseoso a 29 °C " 1.50 , 105 &a $resi%n asoluta). +l tanque tiene un $ist%n a(ustado que $ermite camiar el *olumen. ;etermine la $resi%n si el *olumen se reduce a 0.480 m, " la tem$eratura se aumenta a 159 °C. 18.9.
+l gas dentro de un gloo siem$re tiene una $resi%n casi igual a la $resi%n atmosrica/ $ues sta es la $resi%n a$licada al e
+l *olumen $ulmonar total de una estudiante de 'sica es de :.00 L. +lla llena sus $ulmones con aire a una $resi%n asoluta de 1.00 atm " luego/ deteniendo la res$iraci%n/ com$rime su ca*idad tor!cica $ara reducir su *olumen $ulmonar a 5.90 L. qu $resi%n est! ahora el aire en sus $ulmones# -u$onga que la tem$eratura del aire no camia. 18.13.
18.15. Un tanque metálico con un volumen de 3.10 L revienta si la presión absoluta del gas que contiene excede 100 atm. a) Si 11.0 moles de gas ideal se ponen en el tanque a 23.0 !" #a qu$ temperatura podrá calentarse el gas antes de que se rompa el tanque% &esprecie la expansión t$rmica del tanque. b) !on base en su respuesta al inciso a)" #es ra'onable despreciar la expansión t$rmica del tanque% (xplique.
18.17. !on los supuestos del eemplo 1*.+ ,sección 1*.1)" #a qu$ altura sobre el nivel del mar la presión del aire es el -0 de la presión en el nivel del mar%
18.19. !on los supuestos del eemplo 1*.+ ,sección 1*.1)" compare la densidad del aire en el nivel del mar con la densidad a una elevación de 100 m.
18.21. / una altura de 11"000 m ,altura de crucero de un avión de reacción comercial)" la temperatura del aire es de 2. ! su densidad es de 0.3+ g4m3. &etermine la presión de la atmós5era a esa altura. ,Nota: la temperatura a esta altura no es la misma q ue en la super6cie" as7 que no puede usarse el cálculo del eemplo 1*.+ de la sección 1*.1.)
Sección 1*.2 8ropiedades moleculares de la materia 18.23. Suponga que usted 9ereda de su t7o ,un qu7mico exc$ntrico) 3.00 moles de oro cuando este metal se coti'a a :1+.; por gramo. !onsulte la tabla periódica en el /p$ndice & la tabla 1+.1. a) #!uál es el valor del oro aproximando al dólar más cercano% b) Si usted tiene su oro en 5orma de pepita" #cuál será el diámetro de $sta%
18.25. La nebulosa Laguna ,6gura 1*.2*) es una nube de 9idrógeno gaseoso que está a 3-00 a tiene unos + a apenas 9a *0 mol$culas por cm3. a) !alcule la presión del gas ,en atm) en la nebulosa Laguna" compárela con la presión de laboratorio mencionada en el eercicio
¿Qué tan cerca están las moléculas de gas? 18.29. !onsidere .00 moles de agua l7quida. a) #@u$ volumen ocupa esta cantidad de agua% La masa molar del agua es de 1*.0 g4mol. b) Amagine que las mol$culas" en promedio" están separadas de manera uni5orme" cada una en el centro de un cubo peque
Sección 1*.3 Bodelo cin$ticoCmolecular del gas ideal 18.31. Difusión gaseosa del uranio. a) / menudo se utili'a un proceso llamado difusión gaseosa para separar isótopos de uranio" es decir" átomos del elemento que tienen di5erentes masas" como 23U 23*U. (l Dnico compuesto de uranio que es gaseoso a temperaturas ordinarias es el 9exaEuoruro de uranio" UF. (specule cómo las mol$culas de 23UF 23*UF podr7an separarse por di5usión molecular. b) Las masas molares de 23UF 23*UF son 0.3+- g4mol 0.32 g4mol" respectivamente. Si el 9exaEuoruro de uranio actDa como gas ideal" determine la ra'ón entre las rapideces e6caces de las mol$culas de 23UF 23*UF suponiendo que la temperatura es uni5orme. es de 1.00 atm). La temperatura en el 5ondo es de +.0 !" en la super6cie" de 23.0 !. a) !alcule la ra'ón entre el volumen de la burbua al llegar a la super6cie el que ten7a en el 5ondo. b) #8uede el bu'o detener la respiración sin peligro mientras sube del 5ondo del lago a la super6cie% #8or qu
%$18.33. =enemos dos caas del mismo tama
18.35. a) Un deuterón" es el n Dcleo de un isótopo de 9idrógeno consiste en un protón un neutrón. (l plasma de deuterones en un reactor de 5usión nu clear debe calentarse a cerca de 300 millones de elvin. !alcule la rapide' e6ca' de los deuterones. #(s una 5racción apreciable de la rapide' de la lu' ,c 3.0 3 10 * m4s)% b) #@u$ temperatura tendr7a el plasma si la rapide' e6ca' de los deuterones 5uera igual a 0.10c%
18.37. a) (l ox7geno ,H2) tiene una masa molar de 32.0 g4mol. !alcule la energ7a cin$tica de traslación media de una mol$cula de ox7geno a 300 ?. b) !alcule el valor medio del cuadrado de su rapide'. c) !alcule su rapide' e6ca'. d) !alcule la cantidad de movimiento de una mol$cula de ox7geno que viaa con esta rapide'. e) Suponga que una mol$cula de ox7geno que viaa con esta rapide' rebota entre los costados opuestos de un recipiente cDbico de 0.10 m por lado. #@u$ 5uer'a media eerce sobre cada una de las paredes del recipiente% ,Suponga que la velocidad de la mol$cula es perpendicular a los dos costados que golpea.) f ) !alcule la 5uer'a media por unidad de 21 G" área. g) #!uántas mol$culas de ox7geno con esta rapide' se necesitan para producir una presión media de 1 atm% h) !alcule el nDmero de mol$culas de ox7geno contenidas realmente en un recipiente de este tama
18.39. #/ qu$ temperatura es la rapide' e6ca' de las mol$culas de nitrógeno igual a la de las mol$culas de 9idrógeno a 20.0 !% ,Sugerencia: la tabla periódica del /p$ndice & indica la masa molar ,en g4mol) de todos los elementos" bao el s7mbolo qu7mico correspondiente. La masa molar del G2 es dos veces la de un átomo de 9idrógeno> algo análogo sucede con el I2.)
Sección 1*.+ !apacidades calor76cas 18.1. a) #!uánto calor se requiere para aumentar la temperatura de 2.0 moles de un gas diatómico ideal en 30.0 ? cerca de la temperatura ambiente si el gas se mantiene a volumen constante% b) #!uál es la respuesta a la pregunta del inciso a) si el gas es monoatómico en ve' de diatómico%
18.3. a) !alcule la capacidad calor76ca espec76ca a volumen constante del nitrógeno gaseoso ,I2) compárela con la del agua l7quida. La masa molar del I2 es 2*.0 g4mol. b) Se calienta 1.00 g de agua" con volumen constante de 1.00 L" de 20.0 ! a 30.0 ! en una tetera. !on la misma cantidad de calor" #cuántos ilogramos de aire a 20.0 ! se podr7an calentar a 30.0 !% #@u$ volumen ,en litros) ocupar7a ese aire a 20.0 ! 1.00 atm de presión% Suponga" para simpli6car" que el aire es 100 I2.
18.5. a) Utilice la ecuación 1*.2* para calcular la capacidad calor76ca a volumen constante del aluminio en unidades de !onsulte la tabla periódica en el /p$ndice &. b) !ompare la respuesta en el inciso a) con el valor que se da en la tabla 1;.3. =rate de explicar cualquier discordancia entre estos dos valores.
