Aire Julio 31 Julio[1]
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Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
AIRE AIRE
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
El Aliento de la Vida
El Aire
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
Estructura de la atmósfera
Troposfera. 0 m a los 12 Km. Su espesor varía entre los polos con temperaturas de –60 C y el ecuador con temperaturas de +50 C. Se producen los fenómenos meteorológicos (nubes, lluvia, etc).
Estratosfera. Llega hasta los 50 km de altitud. Su temperatura oscila entre –50 C y +70 C en la zona próxima a la capa de ozono por absorber la radiación ultravioleta del Sol.
Mesosfera. Se extiende hasta los 80 km de altitud. Su temperatura disminuye de forma progresiva hasta –70 C.
Ionosfera. Se extiende hasta los 500 km de altitud. Su temperatura aumenta de forma progresiva hasta 1000 C.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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La atmósfera nos protege
ES
TR
AT
OS
FE
RA
T
RO
PO
SF
ER
A
20 km
10 km
5 km
0 km
La atmósfera está formada por mezcla de gases. El 99% se encuentran en la troposfera y en la estratosfera.
Capa turbulenta. Hay nubes.
Se mueve el viento. Tienen lugar fenómenos meteorológicos. Sólo el aire de esta parte es respirable.
Es una zona muy tranquila. En ella se encuentra el ozono. El ozono actúa como filtro de las radiaciones solares.
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COMPOSICIÓN AIRE SECO
Gas % Abundancia
Nitrógeno ( N2) 78,08
Oxigeno (O2) 20,95
Argón (Ar ) 0,93
Dióxido de Carbono (CO2)
0,03
Otros Gases Nobles 0,001
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PROPIEDADES FISICAS AIRE
Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la incorporación de calor.
Contracción: Reducción de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un límite y el aire tiende a expandirse después de ese límite. Fluidez : Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración sin gasto de energía
Presiòn atmosferica : Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos.
Volumen: Es el espacio que ocupa el aire.
Masa Densidad Es de 1.18*10-³ g/cm³ Propiedades de la mezcla Psicrometría
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Difusión Gases • La difusión ocurre en forma gradual de una región de
mayor concentración a otra menos concentrada. el proceso de difusión toma un tiempo relativamente grande para complementarse
• La razón es que una molécula experimenta numerosas colisiones mientras se esta movimiento desde uno a otro lugar a otro
• Ej botella amoniaco concentrado se abre en un extremo una sala , pasa un tiempo antes que una persona que este en el otro extremo de la mesa pueda olerlo.
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Leyes de los GasesLeyes de los Gases
Ley de Boyle Mariotte
Ley de Charles - Lussac
Ley de Gay- Lussac
Ley Combinada
Ley Avogadro
Ecuación de Estado
Ley Dalton
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DE ESCALA FAHRENHEIT A ESCALA CELSIUS
C= F-32 18
DE ESCALA CELSIUS KELVIN
K=C+273
ESCALAS DE TEMPERATURAESCALAS DE TEMPERATURA
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Ley de Avogadro
V n o V = k1 · n
En condiciones normales:
1 mol de gas = 22,4 L de gas
A una temperatura y presión dadas:
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LEY DE AVOGADRO
A PRESIÓN Y TEMPERATURA CONSTANTES
EL VOLUMEN DE GAS ES DIRECTAMENTE PROPORCIONAL AL NÚMERO DE MOLÉCULAS
GAS IDEAL : CUMPLE CON LAS LEYES DE LOS GASES EN TODO INTERVALO DE
PRESIÓN Y TEMPERATURA
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Ley de Boyle y MariotteLey de Boyle y Mariotte
• A mayor presión aplicada al gas, menor es su volumen
• A menor presión aplicada al gas, mayor es su volumen
• Presión y volumen son magnitudes inversamente proporcionales.
Estado Inicial Estado Final
V1
P1P2
Presión Volumen
P1 V1
P2 V2
V1P1
P2 V2=
+-
X X
A Tª cte y masa fija de gas , la Presión es inversamente Proporcional al Volumen del gas ( 1662)
V2
Donde P = presión en atmósferas. V = volumen en litros.
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p p 1 / V 1 / Vp = constante / Vp = constante / VpV = constantepV = constantep1V1 = p2V2 , a temperatura p1V1 = p2V2 , a temperatura constanteconstante
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Ejemplo Nº 3Ley de Boyle-MariotteEjemplo Nº 3Ley de Boyle-Mariotte
• Una masa de gas ocupa 14,4 ml a una presión de 720 Torr, ¿cuál será su volumen a la presión de 540 Torr?.
X = 19,2 ml
V1P1 P2 V2= 72014,4 X= 540
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Ley de Charles-Lussacc (1)Ley de Charles-Lussacc (1)
• A mayor temperatura aplicada al gas, mayor es su volumen, siendo la presión
constante• Volumen y temperatura son magnitudes
directamente proporcionales.
Estado Inicial Estado Final
V1
V2
Volumen Temperatura
V1 T1
V2 T2
V1
T1 T2
V2=T1T2
Presión Constante+ +
A presión y masa cte de gas El Volumen es directamente proporcional a la Tª (1787)
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Ley de Gay -Lussacc (2)Ley de Gay -Lussacc (2)
• A mayor temperatura aplicada al gas, mayor presión debe aplicarse para
mantener la presión constante.• Presión y temperatura son magnitudes
directamente proporcionales.
Estado Inicial Estado Final
P1 P2
Presión Temperatura
P1 T1
P2 T2
P1
T1 T2
P2=t1t2
Volumen Constante + +
Volumen constante y masa fija de gas la Presiòn es directamente proporcional a la Temperara ( 1802)
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Ley de Charles y Ley de Gay Lussac
Chales (1787) Gay-Lussac (1802)
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Ejemplo Nº 1Ley de Charles-LussaccEjemplo Nº 1Ley de Charles-Lussacc
• Una masa de gas ocupa 400 ml a 30 ºC, si la presión se mantiene constante, ¿cuál será el volumen de dicha masa de gas a una temperatura de 6 ºC?.
V1
T1 T2
V2
=400 ml
30 ºC=
X ml
6 ºCX = 80 ml
Ley de Charles-Lussacc
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Ejemplo 2 Ley de Charles-LussaccEjemplo 2 Ley de Charles-Lussacc
A 60 ºC una masa de gas ocupa un volumen de 420 ml, a presión constante, ¿Cuál será el volumen de dicha masa de gas a una temperatura de -162 ºC?
V1
T1 T2
V2
=420 ml
333ºK=
X ml
111ºK
X = 140 ml
Ley de Charles-Lussacc
60 ºC … 60 + 273 = 333 ºK
-162 ºC … -162 + 273 = 111 ºK
Previamente, se transforma de grados Celsius a Kelvin
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Ley Combinada Boyle y CharlesLey Combinada Boyle y Charles
• La presión es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional al volumen.
• En todas las fórmula anteriores las unidades deben ser homogéneas, es decir, las mismas para condiciones iniciales y finales de cada variable.
P1
t1 t2
P2=
V1 V2
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Aplicaciones de la ecuación de los gases ideales
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Ejemplo: Una masa dada de gas ocupa un volumen de 240 mL a 1,25 atm, ¿Cuál será el cambio de volumen si la presión se llevara a 0,75 atm a la misma T?
V = V2 – V1 = 400mL - 240 mL = 160 mL
V2 = P1 x V1 = 400 mL
P2
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Combinación de las leyes de los gases: ecuación de los gases ideales
• Ley de Boyle V 1/P
• Ley de Charles V T• Ley de Avogadro V n
PV = nRT
V nTP
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Ecuación general del estado gaseosoEcuación general del estado gaseoso
P x V = k En la cte k esta incluida la mas y T ª del gas
P x V = R x n x T K = R cte de Rault cte General de los gases
R= 0,082 atm L mol-1 K-1
Calcule R para las siguientes condiciones de un gas
V = 22,4 L T ª = 273 º K P = 1 atm
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Constante de los gases
R = PVnT
= 0,082057 atm L mol-1 K-1
= 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1
PV = nRT
= 8,3145 J mol-1 K-1
= 8,3145 m3 Pa mol-1 K-1
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RESUMEN R
esum
en L
eyes
de
los
Gas
esR
esum
en L
eyes
de
los
Gas
esLey de Boyle P1V1 = P2V2
Ley Gral del PV = n R T
Edo gaseoso
Ley Combinada P1V1 = P2V2
T1 T2
Ley de Gay-Lussac P1 = P2
T1 T2
Ley de Charles V1 = V2
T1 T2
UnidadesPresiónAtm o mm HgVolúmenml o LTemperaturaK
UnidadesPresiónAtmVolúmenLTemperaturaK
n (moles) = g/PM
R = 0.0821 atm.L/ mol.K
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Determinación de la masa molar
PV = nRT y n = mM
PV =mM RT
M = mPVRT
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Determinación de la masa molar
PV = nRT y n = mM
PV =mM RT
M = mPVRT
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Ley de Dalton de las presiones parciales
La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones que cada gas ejercería si estuviera solo.
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PT = PA + PBPT = nA RT + nB RT V V
PT = RT (nA + nB)
V
PT = nRT
V
PA nA RT / V
PT (nA + nB) RT / V=
nA
(nA + nB)= XA=
Fracción molar del gas
Ley de Dalton de las presiones parciales
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PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
PA = XA PT
XA + XB nA
(nA + nB) =
nB
(nA + nB)+ 1=
Fracción molar
PB = XB PT
La fracción molar es una cantidad adimensional que expresa la relación del número de moles de todos
los componentes presentes.
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PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
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Monóxido de Carbono
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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¿Por que es Peligroso el CO?
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Las fuentes naturales de generación son los proceso biológicos que ocurren en suelos o tormentas eléctricas
OXIDOS DE NITROGENOS EN LA ATMOSFERA
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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SO2
Emisiones debida a la actividad humana más de 80% de SO2 . Combustión , centrales térmica 16% calefacción, metalurgia y transporte
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Los componentes gaseosos derivados de las emanaciones volcánicas que formaron la atmósfera primitiva
La formación de la atmósfera es un proceso de evolución que tiene 4.500 millones de años
En su forma primitiva debió estar compuesta por una parte de las emanaciones volcánicas, producto de la erupción del magma
Vapor de agua
H2O
Dióxido de carbono
CO2
Sulfuro de hidrógeno
H S2Cloruro de
hidrógeno
HCl
NitrógenoN2
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PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
1 Encendemos una cerilla y a continuación la apagamos.
2 Introducimos la cerilla recién apagada en un frasco con oxígeno.
3 La llama aparece de nuevo con mayor intensidad.
El oxígeno es el componente del aire que permite que los materiales ardan.
El oxígeno
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OTROS GASES DEL AIRE
Nitrógeno .Poco reactivo, reduce lo efectos de O2 , más abundante en la naturaleza
Gases Nobles menos reactivos
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Contaminación Contaminación Atmosférica.Atmosférica.
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Refinería/plantas químicas
Automóviles
Fábricas
Ozono
COV,
NOx
COV,
NOx
COV,
NOx
Partículas Finas
NOx SOx,
NOx,
Partículas
Camiones, autobuses,locomotoras
SOx,
NOx,
PartículasSOx, NOx, CO
Partículas
SOx, NOx,
Partículas
SOx, NOx, Partículas
Smog
COV = Compuestos Orgánicos Volátiles
NOx= Óxidos de Nitrógeno
SOX =Óxidos de Azufre
¿Cómo se da el fenómeno de la Contaminación atmosférica ?
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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¿Qué es la Contaminación Atmosférica?
• Agentes Contaminantes.
• Contaminación Natural.
• Contaminación Artificial (antropogénica).
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Ejemplos Agentes Contaminantes
Producido por Efectos
Dióxido de Carbono (CO2)
Combustiones completas de combustibles.
Concentraciones: Aumento del Efecto Invernadero.
Monóxido de Carbono (CO)
Combustión incompleta de combustibles fósiles.
Puede ser mortal: disminuye el transporte de O2 en la sangre.
Óxidos de Azufre
(SO2 y SO3)
Combustión de azufre y combustibles que lo tienen.
Irritan las vías respiratorias.
Causan la lluvia ácida.
Óxidos de Nitrógeno
(NO y NO2)
Combustión de combustibles fósiles a T.
Irritan las vías respiratorias.
Causan la lluvia ácida.
Hidrocarburos La volatilización de combustibles (ej: gasolina).
Reaccionan con otros gases en la atmósfera formando sustancias cancerígenas.
Ozono (O3) La combustión de gasolina en convertidores catalíticos.
Irritan las vías respiratorias.
Cancerígeno.
Material Particulado Humos en general Enfermedades pulmonares.
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Tipos de agentes Contaminantes:
• Contaminantes Primarios.
• Contaminantes Secundarios.
O3
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Problemas Ambientales
• Smog Urbano.• Smog Fotoquímico.
NO2 (g) NO (g) + O (g)
O (g) + O2 (g) O3 (g)
• Destrucción de la Capa de Ozono.Gases clorofluorocarbonos (CFC)
CF2Cl2 + UV CF2Cl· + Cl·
Cl· + O3 ClO· + O2
ClO· + O· Cl· + O2
UV
UV
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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NIEBLA FOTOQUIMICA
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Problemas Ambientales: Lluvia Ácida.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Problemas Ambientales: Efecto Invernadero.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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ELEMENTOS DEL CLIMA: LA TEMPERATURA
La Tierra irradia hacia el espacio una cantidad de calor igual a la que recibe.
EstratosferaSol
Radiación reflejada por la atmósfera y las
nubes 35%
Radiación absorbida por las nubes y el polvo atmosférico 15%
50%
La Temperatura es el grado de calor que tiene la atmósfera.
El aparato que la mide es el Termómetro en º C.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.
Al igual que ocurre si pulverizamos agua sobre un cristal, al unirse las gotitas de agua que hay en las nubes, se forman gotas de mayor tamaño que caen en forma de lluvia.
Si las nubes se encuentran a gran altura, al disminuir la temperatura, se forman cristalitos de hielo.
Al unirse estos cristalitos, caen en forma de copos de nieve.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
PREUNIVERSITARIO EN LA UNIVERSIDAD AGOSTO a NOVIEMBRE 2008
Según sea la causa las precipitaciones pueden ser:
- De convección: producidas por calentamiento y ascenso de masas de aire.
- Orográficas: las montañas obligan a ascender la masa de aire, se expande y enfría, produciendo lluvia.
- De frente: si una masa de aire frío entra en contacto con una masa cálida, esta última asciende sobre la fría, se expande, se enfría y se produce la lluvia.
6 C 16 C
Aire caliente y seco
Aire templado y húmedo
2000 m
1000 m
0 m
ELEMENTOS DEL CLIMA: PRECIPITACIONES.
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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ELEMENTOS DEL CLIMA: HUMEDAD.
Se define humedad como el contenido de vapor de agua en el aire.
El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad del aire.
Cuando se calienta, el aire sube. A medida que asciende, va enfriándose y el vapor de agua se condensa en pequeñas gotas o cristales de hielo.
Las nubes son aire cargado de finas gotas de agua.
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA Y VIENTOS.
El viento es el movimiento de las masas de aire con respecto a la superficie terrestre.
DIRECCIÓN DE LOS VIENTOS
En los lugares que asciende el aire, disminuye la presión originando un centro de bajas presiones o borrascas (B). Hay inestabilidad y se suelen producir precipitaciones.
La veleta es el instrumento que indica la dirección del viento.
El anemómetro es el instru-mento utilizado para medir la velocidad del viento expresada en nudos o en m/s.
1 nudo = 0,5 m/s
En los lugares que desciende el aire, aumenta la presión formando un anticiclón (A)Hay estabilidad atmosférica y se suele hacer buen tiempo.
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LOS VIENTOS LOCALES
SENTIDO DE LAS BRISAS
Brisa diurna
En la superficie terrestre, las masas de aire se desplazan desde las zonas de altas presiones hacia las de bajas presiones.
Los vientos son movimientos de masas de aire entre diferentes puntos como consecuencia de las diferencias de presión.
Los movimientos de aire más característicos son las brisas, cuyo origen se debe a la diferencia de temperatura entre el mar y la tierra.
Tierra (cada vez más
caliente)
Brisa nocturna
Tierra (cada vez
más fría)
Autoras: Msc. Sylvia Araya Dra. Luz Alegría
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LOS VIENTOS
¿Por qué se mueve el aire?
Airecaliente El aire se calienta en contacto con
la superficie terrestre y sube.
Alejado de la superficie, el aire se enfría y baja.
Airefrío
El Sol es el responsable del movimiento del aire atmosférico, (de la suave brisa marina y de los vientos huracanados).
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ELEMENTOS DEL CLIMA: PRESIÓN ATMOSFÉRICA.
Las isobaras son líneas imaginarias que unen puntos de la misma presión.
B A 1024 mb
1020 mb1016 mb
1012 mb
1008 mb
1004 mb
1000 mb
996 mb
La presión disminuye
La presión aumenta
Isobaras
VARIACIÓN DE LA PRESION EN BORRASCAS Y ANTICICLONES
Hay altas presiones (anticiclones) cuando los valores superan los 1013 mb, y bajas presiones (borrascas) en caso contrario. Los valores de la presión atmosférica varían con la altitud, situación geográfica y el tiempo.