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Introduccióngeneral

Los autores.

Introduccióngeneral

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Tiempo asignado: 12 horas

Aplicas las leyes de los gases

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• Identifica las características de losgasesylasrelacionesconsituacio-nesdesuvidacotidiana.

• Aplicaleyesgeneralesdelosgasesal conocer el comportamiento delasvariablesquelosrigenylasrela-cionaconsituacioneshipotéticasorealesensuvidacotidiana.

• Característicasypropiedadesdelosgases.

• Leyesdelosgases

• Valoradeformacríticayresponsablelosbene-ficiosyriesgosquetraeconsigoeldesarrollodelacienciaylaaplicacióndelatecnologíaenuncontextosocial-histórico,paradarsoluciónaproblemas.

• Utilizaherramientasyequiposespecializadosen la búsqueda, selección, análisis y síntesisparaladivulgacióndelainformacióncientíficaquecontribuyaasuformaciónacadémica.

• Confronta las ideaspreconcebidas acercadelosfenómenosnaturalesconelconocimientocientífico para explicar y adquirir nuevos co-nocimientos.

• Resuelveproblemasestablecidosorealesdesuentorno,utilizandolascienciasexperimentalesparalacomprensiónymejoradelmismo.

• Aplicanormasdeseguridadparadisminuirriesgosydañosasímismoyalanaturaleza,enelusoymanejodesustancias,instrumentosyequiposencualquiercontexto.

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INTRODUCCIÓN

La importanciade losgasesen lavidano sólo radica,en su trascendenciaparalapreservacióndelosseresvivos,sinotambiénporsuaplicaciónenlosprocesosindustriales.Comorecordarás,alhablardelosgasesnosestamosre-firiendoaunestadodeagregacióndelamateriaquepodemospercibirperoquenopodemosobservar.

Por esta razón, en el presente bloque analizaremos las leyes que rigen elcomportamientodelosgases,medianteelconocimientodesuscaracterísticasysuspropiedades.Estonospermitiráestarencondicionesdeobservar,comprender,relacionar y cuantificarlos, a través delmodelo cinéticomolecular, lo que nosproporcionará una visiónmás certera de sus aplicaciones e importancia en eldesarrollohumano.

Modelo cinético molecular

Gases Sólidos

Explica el comportamiento de los

tienen

son son

cumplen

son

Líquidos

Leyes de los gasesPropiedadesCaracterísticas

Expansión

Comprensibilidad

Difusión

Densidad

Presión

Temperatura

Volumen

Cantidad de materia

Boyle-Mariotte

Charles

Gay-Lussac

General o combinada

Presiones parciales

Ecuación del gas ideal

Graham

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� Aplicalasleyesdelosgases

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Enequiposdecuatrocompañeros,contestenlossiguientescuestionamientos:

1. ¿Porquécreesqueungloboaerostáticoseelevacuandoelgascontenidoenélsecalienta?¿Quétipodegascontiene?

2. ¿Por qué las paredes de los tanques de gas doméstico se conservan atemperaturaconstantementefría?¿Quétipodegaseselquecontienen?

3. ¿Quétipodegascontienenlostanquesutilizadosporlosbuzosparapoderrespirarbajoelagua?

4. ¿Por qué en un accidente automovilístico se activan las bolsas de aire alimpacto?¿Quétipodegaseselqueseacciona?

5. ¿Quésucedeconunapelotacuandosedejamuchotiempoexpuestaalsol?¿Qué relación tiene la presión del aire que contiene, con la temperaturaambienteenestefenómeno?

6. ¿Cuáleseltipodegasemitidoporlosescapesdelosautomóviles?7. Enlamayoríadelasimágenesarribamostradas,elgasadoptalaformadel

recipientequeloscontiene,¿porquésucedeesto?8. Explicaquéotrosejemplosobservasentuentornodondelosgasesestén

presentes,eidentificaquétipodegases.9. ¿Cuálesladiferenciaentregas,vaporyhumo?10.¿Porquécuandollenamosungloboconairetomaformaesféricaycuando

lollenamosconaguatieneunaformadepera?

Actividad introductoria

Losgases sonmuy importantesennuestrasvidasynecesariosenmuchasactividades cotidianas, reflexiona acerca de esto y observa las siguientesimágenes.

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Tehaspreguntadoporquéenalgunasocasionesalcaminarporlugaresconunaexcesivacirculaciónvehicular,empezamosa tenermanifestacionesdeirritaciónenlosojosoenlanarizsindarnoscuentaquéloproduce,¿quéesloquehayenelmedioambientequehacequeestosuceda?

Loqueestá sucediendoesqueestamospercibiendo, a travésdenuestrossentidos del olfato y de la vista, gases nocivosmezclados con el aire querespiramos,muchasveces invisiblese incoloros,quenopodemospalparyque,sinembargo,sonunestadodeagregacióndelamateria.

Parainferirlapresenciadeestosgasesydemostrarsuscomportamientosesnecesariohacerloatravésdelamedicióndesuscaracterísticasrecurriendoamodelos químicos,yaqueentreellostienenlasmismaspropiedadesfísicasperodiferentecomposiciónquímica.

Porejemplo,alanalizarelairequerespiramos,encontramosqueesunamez-cladegases,formadoprincipalmentepor21%deoxígenoyun78%deni-trógeno,composiciónimportantenosóloparalavidahumana,sinoparalosseresvivosdenuestroplaneta.

Elhombre,ensuinteréspormejorarsuscondicionesdevida,hahechousode laspropiedades físicasyde lacomposiciónquímicade losgases (entreotrasaplicaciones)parapreservarpormás tiemposusalimentos (industriaalimenticia),enmedicamentosparaterapiasrespiratorias,reanimación,anes-tesia,entreotras(industriafarmacéutica),yparaobtenerrecursosnaturalesdelsubsueloparalaelaboracióndelosenergéticos(industriapetroquímica).

Comoobservarás,lamateriaensuestadodeagregacióngaseosotieneunaampliaaplicaciónen lavidadelhombreal igualque losestados líquidoysólido,yaqueenlostres,lamateriaestácompuestaporpequeñaspartículasllamadasmoléculas,átomoso ionesqueseencuentranencontinuomovi-miento,dependiendodesuestado.Estemovimientodepartículasdaorigenalmodelo cinético molecular.

En losgases laspartículas tienenungranmovimientoyaque la fuerzadeatracciónentreellasescasinula,porloquesemuevenagranvelocidadsi-guiendounatrayectoriarectaperoenformadesordenada,ydeestamanera,sepropaganportodoelespaciodondeseencuentran.Unejemplolopode-mosobservarenloslugaresdondehayunaexcesivacirculaciónvehicular,yaquelasemisionesdehumodelosescapes,sepropaganrápidamenteenelambiente,debidoaunadelascaracterísticasquecompartenlosgases.

CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES

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Otrascaracterísticas,laspodemosobservarenlossiguientesejemplos:

Cuando tenemos lanecesidaddeponer aire,porejemploaunbalónoaunallanta,requerimosdeuncompresordeaire,queconsisteenuncilindrocon paredes de gran espesor que pormedio deprocedimientosmecánicoscomprimenelairequeutilizaremos.

También, sepuedeobservarqueen losglobosaerostá-ticos,elairecontenidoenél,secalientaysevuelvemásligeroacomparacióndelaireexterno,permitiéndoleflo-tardebidoalcambioensudensidad,situaciónquehaceposiblesuasensoodescenso,mediantelaregulacióndelatemperaturadelairequecontiene.

Unacaracterísticamás,cuandohacemospalomitas,elgranodemaízqueutilizamosesmuyimpermea-bleyensucentrocontienemoléculasdeagua,quecuandosecalientanamásdesupuntodeebullición(175°C),seexpandeprovocandoqueseformelapa-lomita.

Porúltimo,alabrirlallavedeuncilindroquecontienegas doméstico, una cantidad de éste es liberado agran presión, ya que se difunde rápidamente en laatmósfera.

Estascaracterísticaslaspodemosresumirdelasiguientemanera:

Expansión:consisteenelaumentodelvo-lumendelgascomoconsecuenciadelin-crementoenelmovimientodesuspartí-culasqueprovocancolisionesentreellas.Unadelasvariablesparaqueestosucedaes la temperatura, un aumento de éstaharáquelaspartículassemuevanconma-yorvelocidad,generandomayornúmerodechoques.

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Compresibilidad:consisteen ladisminucióndelosespaciosvacíosqueexistenentrelaspartículasdeungas,pormediodelaumentodelapresióno disminución de la temperatura. Cuando ésteseencuentraenun recipienteherméticamentecerrado,puedealcanzarloqueselellamapunto crítico,dentrodelcualdichaspartículasyanosepuedencomprimirmás.

Difusión: consiste en lamezcla rápida y completa de las partículas de losgases,yaqueelespacioqueexisteentreellasesmuygrandeysusfuerzasdeatracciónsoncasinulas.

Lascaracterísticas de losgases las hemos estudia-do de manera particular,pero las podemos obser-var, en su conjunto, enlasplataformaspetrolerasdondeseextraeelpetró-leocrudodegrandespro-fundidades,perforandoelsubsuelo.

Densidad:sedefinecomolacantidaddemasa presente en un volumen deter-minado.Ladensidaddeungasdependedelatemperaturaylapresión:silatemperaturadeungasaumenta,ladensidaddisminuyeyviceversa,cuandolatemperaturadisminuye,ladensidadaumenta.Enlosgaseselvolumenva-ríaconsiderablementeconlatemperatura.

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“El aire en mi localidad”

Enequipodecuatrocompañeros,realicenunaindagaciónsobrelacontami-nación del aire ensulocalidad,considerandolosiguiente:

Lasprincipalesfuentescontaminantesdelaire.•Deloscontaminantesemitidosporéstasfuentes,identificacuálessonre-•guladosporlasemarnat.Elparámetroutilizadoparacuantificarlacontaminacióndelaire,susigni-•ficadoysuescalaparamedirlacalidaddelaire.LasnormasOficialesMexicanas,queestablecenlacalidaddelaireylacon-•centraciónpermitidaparalaemisióndegasescontaminantesqueidenti-ficasteentulocalidad.Enqué consiste el efecto invernadero, cómoafecta la temperatura am-•bientalylapresiónatmosféricaenestefenómenoyexplicacómosepre-sentaentulocalidad.Efectosnocivospara la saludprovocadospor la contaminacióndel aire•contaminadoconpartículasogasestóxicos.Conbaseenloindagado,argumentenenunacuartillasusconclusiones•sobrelacontaminación del aire ensulocalidadeincluyanunapropuestaquecontribuyaaevitarodisminuirestefenómeno.

Estructuradeltrabajo:

Portadaconlaidentificacióndelequipodetrabajo.•Introducción.•Contenido(informaciónindagada).•Conclusionesypropuesta.•Fuentesdeconsulta.•

Característicasparasuentregaalmaestro:

Impreso,enletraArial12yengargolado.

Efusión:consisteenelflujodeungasatravésdeunporouorificiodeunaregióndealtapresiónaunadebajapresión.

Actividad

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Paraexplicarelcomportamientode losgasesbajociertascondiciones,nosvalemosde cuatro variables: presión, temperatura, volumeny cantidaddesustancia,lascualesestudiaremosconlafinalidaddededucirlasleyesdelosgases.

Presión

Elpesodel aire ejerce sobre la tierraunapresiónquees llamada “presión atmosférica”,dichapresiónlapodemosmedirgraciasauninstrumentoqueactualmenteconocemoscomobarómetro(delgriego“baros”:pesodey“me-trón”:medida),elcualregistralafuerzaejercidaporelpesodelaatmósferaenunaunidaddesuperficie.

Enlacienciafísica,lapresiónladefinimoscomo:

Presión

Eslamagnitudquerelacionalafuerzaconlasuperficiesobrelaqueactúa.

Entonces,cuandosobreunasuperficieplanadeáreaAseaplicaunafuerzanormalF demanera uniforme, la presiónP estámodelada de la siguientemanera:

Enelsistemainternacional(SI),launidaddemedidadelapresióneselPascal(Pa),quesedefinecomo launidadde fuerza (Newton),entre launidaddesuperficie(m2).

Esto loconocemosgraciasa losestudiosdeEvangelistaTorricelli,científicoitalianoqueen1643experimentóllenandoconmercuriountubodevidriode1.2mdelongitud,yloinvirtiósobreunplatoqueconteníamercurio;demodoquenoentróairealtubo,yasícomprobóqueelmercurionoseescapaba,yobservóqueenelespacioexistenteporencimadelmetalsecreabaelvacío,quedandoelmercuriosuspendidoalaalturade76cm.Despuésexperimentóconvariostubosydemostróque,sinimportarelanchoolargo,elmercurioquedabasuspendidoalamismaaltura,sugirióquelafuerzadeaireexterioreralaqueempujabaalmercurio(fig.1).

PROPIEDADES DE LOS GASES

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Despuésdemuchasobservaciones,llevósutuboaloaltodeunamontañaporquepensabaquelaatmósferaseríamenosdensay,porlotanto,soporta-ríamenosmercurioeneltubo,demostrandoqueamedidaqueascendíalamontañaelniveldemercuriodescendía.Concluyóquelaalturadelacolum-nademercuriosedebeacambiosdelapresiónatmosférica.

Pero,¿porquéa76cmdealturadelmercurio?

Lapresiónpromediodelaatmósferaaniveldemar,sedefineexactamentecomounaatmósfera (1 atm), esto es equivalente a la presión ejercidaporunacolumnademercuriode76cm(760mmdealturao760TorrenhonoraTorricelli)

1atm=76cmHg=760mmHg=760Torr=101325Pa=101.325kPa

Porejemplo,enunamontaña lacantidaddeairequehayen lapartemásalta,esmenoralaquehaysobreunaplaya,debidoaladiferenciadealtura.Estoes,mientrasenlaplayalapresiónatmosféricatieneunvalorde760mmHg,enlacumbredelamontaña(a1,500msobreelniveldelmar),lapresiónatmosféricaesaproximadamente635mmHg;esdecir,la presión disminuye con la altura.

Paramedirlapresióndemaneraexperimental,seutilizauntuboenformadeUquecontienemercurioyestáconectadoalrecipientequecontieneelgas,ladiferenciaentrelosdosnivelesmidelapresióndelgasdelrecipiente(fig.2).

Pero,cómohacemosparamedirlapresiónenunrecipientecerrado,porejem-plo,enuntanquedegasdeusodomésticooenlasllantasdeunautomóvil.

Paraellonosvalemosdelusodeuninstrumentodemediciónllamadomanó-metro,quedemaneracomercialseencuentraendiferentespresentaciones.

Enlasiguientetabla1vemoslasunidadesdemedicióndelapresión,equiva-lentesaunaatmósfera,endiferentescontextos.

Unidad de presión Uso especial

760mmdeHgo760TorrsLamayoríadelasmedicionesdepresiónenloslaboratoriosdequímicasoncercanasaunaatmósfera.

14.7lb/plg2 ManómetrosdepresióndelosEEUU

29.9pulgHg ReportesmeteorológicosdeEEUU

101.325kPa LasunidadesdepresiónSI(1Nw/m2)

1.013barsSeusaenfísicayastronomíaprincipalmenteoperapresionesmuybajas(milibares)opresionesmuyaltas(kilobares)

1Tabla:10-1,p.277,Malone,Usos de una atmósfera.

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Demaneraindividual,resuelveentulibretalossiguientesejerciciosaplicandolaspropiedadesdelosgases.Posteriormente,conlaasesoríadetumaestro,comparatusrespuestasconelgrupo.

1. Alverificarlascondicionesdeunvehículoautomotriz,unodelosindica-doresdelestadoqueguarda,eslapresióndelairedesusllantas:a) ¿Cómosellamaelinstrumentoycuáleslaunidaddemedidamásutili-

zadaennuestropaís,pararealizarestamedición?b) Silasllantasseencuentrancalibradasa“28libras”¿cuálessuequiva-

lenciaenatm,TorryPascal?

2. Algunosvehículospara funcionarusanun tipodegasdenominadoglp,almacenadoapresiónenuntanqueherméticamentecerrado:a) ¿Cómo se llama el instrumento y cuál es la unidad para realizar la

medicióndelacantidadalmacenadadegas?b) Sieltanquecongasmarcael80%dellenado¿cuálessuequivalencia

enlibras/pulg2,atm,TorryPascal?

3. Paracomplementartuejercicio,realizalassiguientesconversiones:a) 1560Torraatmb) 160TorrakPac) 85kPaalb/plg2

d) 7.2lb/plg2 aatm

Temperatura

Comúnmentenosdamoscuentadequeennuestroorganismohayundes-equilibrioenlasalud,porquealtactosentimosquenuestratemperaturacor-poral seencuentramásaltade lonormal,unade lasprimeras reaccionesquetenemospararestablecereseequilibrioesbajarasusvaloresnormaleslatemperaturaatravésdemediosfísicosconcompresasdeaguafríaohielo,perotehaspreguntado¿quémecanismofísicoseestádandoparaqueestosuceda?

Loquesucedeesquenuestrocuerpotransmiteenergíaaotromásfrío,enestecasoalascompresasdeaguafríaohielo,hastaalcanzarlatemperaturanormalenelorganismo,esdecir,unequilibrio térmico,yaestatransferenciadeenergíaseleconocecomocalor.

Así,latemperaturamidelaconcentracióndeenergíacaloríficaenunobjetoycomopropiedadfísica,permiteasegurarsidosomássistemasestánonoenequilibriotérmico(cuandodoscuerposestánalamismatemperatura).

Temperatura

Medidadelaintensidaddelcalordeunobjeto.

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Enlosgases,laspartículassemuevenadistintasvelocidadesydiferentessen-tidos,peroparasaberquéenergíacinéticatieneelgas,debemosconocersuvelocidadmediaenelrecipientequelocontiene.Enotraspalabras,la tempe-ratura de un gas es proporcional a la energía cinética media de sus moléculas, es decir, a mayor energía cinética mayor temperatura y viceversa.

Laimportanciadeconocerlatemperaturaenlosobjetos,hasidovitalparalahumanidad,debidoaquedeelladependendiversosprocesos:enlaalimenta-ciónparasuproducción,elaboraciónyconservación;enlaindustria,paraelcalentamientoyenfriamientodemáquinas;enelmedio ambiente,paracono-cerelcalentamientodelaire,entreotros.

Elinstrumentoparamedirlatemperaturaenlosobjetoseseltermómetro,enlaactualidadexistendiferentestipos,lamayoríasebasanenladilatacióndelmercurioymedianteunaescalanospermitensaberlatemperaturadelobje-to.Lasescalasmásutilizadassedescribenenlasiguientetabla:

Escala Propuesta por: Características:

Fahrenheit

(°F)

DanielG.Fahrenheit(1724)

Seempleacomoreferenciaunamezcladeaguay sal de cloruro de amonio a partes iguales,cuya temperatura de congelación es más bajaque la del agua y la de ebulliciónmás alta. Losvalores de congelación y ebullición del aguaconvencionalquedaronfijadosen32°F y 212°F,respectivamente.Enconsecuencia,alabarcarunintervalomásamplio,laescalaFahrenheitpermitemayor precisión que la centígrada a la hora dedelimitarunatemperaturadeterminada.

Celsius

(°C)

AndersCelsius

(1742)

Se define obteniendo el punto de congelacióndel agua0°C, yelpuntodeebullición100°C, a una atmósfera de presión y dividiendo en 100partesdondecadaunacorrespondea1grado.

Kelvin

(K)

WilliamT.Kelvin

(LordKelvin)(1848)

ElkelvineslaunidaddetemperaturadelSistemaInternacional deMedidas, es una escala creadasobre la base del grado Celsius, estableciendoel punto cero en el cero absoluto (−273, 15°C)y conservando la misma dimensión. WilliamThomson, quien más tarde sería Lord Kelvin, asus 24 años introdujo la escala de temperaturatermodinámica,ylaunidadfuenombradaensuhonor.

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Enlasiguientetablavemoslasescalasdemedicióndelatemperaturaqueseutilizanendiferentes contextos, cuyas equivalencias laspodemosobtenerhaciendolasconversionesatravésdesusmodelacionesmatemáticas.

CONVERSIONESDEESCALAS

CelsiusaFahrenheit ºF=1.8(ºC)+32º

FahrenheitaCelsius

CelsiusaKelvin ºK=ºC+273º

KelvinaCelsius ºC=ºK-273º

FahrenheitaKelvin

KelvinaFahrenheit

Actividad

Demaneraindividual,resuelveentulibretalossiguientesejerciciosaplicandolaspropiedadesdelosgases.Posteriormente,conlaasesoríadetumaestro,comparatusrespuestasconelgrupo.

Paraplanearlasactividadesdeentrenamientodelequipomexicanodefút-bol,quejugaráenelpaísdelosEstadosUnidos,elentrenadornecesitasaberlascondicionesdecalorenambospaíses,paralocualhaceunregistrodelatemperaturaambientedurantetresdíasydiferenteshorarios,en°Cy°F,enlasiguientetabla:

Día-horario TemperaturaenMéxico

TemperaturaenEEUU Variaciónen°C

Lunes12:00hrs. 35°C 68°F

Miércoles16:00hrs. 25°C 60.8°F

Viernes20:00hrs. 12°C 50°F

1. Deacuerdoconlosregistrosdelatemperatura:

a) Calcula lavariaciónde la temperaturadeunpaísaotro, anotaen lacolumnacorrespondiente.

b) ConsiderandoquelascondicionesóptimasparaelrendimientodelosjugadoresestánenMéxico,quédía-horarioesrecomendableenlosEs-tadosUnidosparaquelavariacióndelatemperaturaencontradaseademenorimpactoenelrendimientodelosjugadores.

==--

CF 32

1 8.

K F== -- ++59

32 273( )

== -- ++F K95

273 32( )

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2. Paracomplementartuejercicio,realizalassiguientesconversiones:

a) 32°Ca°F

b) 1000Ka°F

c) 144°FaK

d) 88°Fa°C

Volumen

En algunas ocasiones habrás escuchado decir que todo objeto ocupa unlugarenelespacioycuandomedimoslacantidaddeespacioocupadoporesteobjeto,nosestamosrefiriendoasuvolumen;porejemplo,quecuandohasnecesitadoinstalarunlibrerodentrodeturecámara,primeroreconoceselespacioconquecuentasantesdedecidirelmodeloyeltamañodelmuebe,entonces,loquehacesenesemomentoescalcularelvolumenqueocuparáenlahabitación.

Así,elvolumenlodefinimoscomo:

Volumen

Es la cantidad de espacio que ocupa un objeto.

Estonosucededelamismamaneraenelcasodelosgases,yaquesuvolu-menvaadependerdelascondicionesdepresiónydetemperaturadeformamuchomásdirectaqueenlossólidosylíquidos.Estosedebeaqueenlosgasesladistanciaentresusmoléculas,esmayorasudiámetroysusfuerzasdeuniónsoncasinulas,razonesporlascualesocupangrandesvolúmenes,porejemplo,sitenemosungasenunrecipientede1litroylopasamosaotrode10litros,suvolumenseexpandiráenél.

LaunidaddemedidaparaelvolumenenelSistemaInternacionaleselm3,sinembargo, cuando semidenvolúmenesmuygrandesomuypequeños,launidaddemedidavaría.Enlasiguientetablasemuestranlosmúltiplosysubmúltiplosdelm3,asícomosusequivalenciaenlitros(L).

Enun laboratorio sepuedemedirelvolumendeungasencondicionesnormalesdepresión(1atm)ytemperatura(25°C).

Nombre Abreviatura Equivalencia en m3 Equivalencia en L

Kilómetrocúbico km3 1 000 000 000 1 000 000 000 000

Hectómetrocúbico hm3 1 000 000 1 000 000 000

Decámetrocúbico dam3 1 000 1 000 000

Metrocúbico m3 1 1 000

Decímetrocúbico dm3 0.001 1

Centímetrocúbico cm3 0.000001 0.001

Milímetrocúbico mm3 0.000000001 0.000001

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Demaneraindividual,resuelveentulibretalossiguientesejercicios,aplicandolaspropiedadesdelosgases.Posteriormente,conlaasesoríadetumaestro,comparatusrespuestasconelgrupo.

1. Enundíadeextremocalor,lamamádeCarlosprepara,enunajarraconcapacidadde2L,unalimonadaparaofreceralahoradelacomida.Paraqueenesemomentoseencuentrefresca,preparaúnicamente1Lyposte-riormenteleagregarácubosdehielo.

a) Cuántoscubosdehielode2cmdearistadebeagregarparaobtener¾partesdeltotaldelvolumendelajarra.

b) Si loscubosdehielofuerande4cmdearista,cuántosdebeagregarparaobtenerelmismovolumendelincisoanterior.

2. Paracomplementartuejercicio,realizalassiguientesconversiones:

a) 62cm3amL

b) 4.67LamL

c) 10dm3 a L

d) 2000Lacm3

Cantidaddesustancia

Seguramente has observado en alguna papelería,queeneláreadepaquetesdehojasparaimpresora,hayvariedadenéstos,quetienenlamismacantidaddehojas,delmismotamaño,perosondediferentepeso,estosedebeaquelacantidaddemateriacon-tenidaenlashojasdepapel,varíasegúnsucompo-siciónycalidad.

Aestacantidaddemateria,enelámbitode laquímica,se leconocecomocantidaddesustancia,mismaquepuedeserinferidadeformamicroscópica.Entonces,cuandosetienendosomáscompuestosdiferentesperodeigualvolumen,sepuedenidentificarsegúnlacantidaddesustanciaquecadaunocontiene.Launidaddemedidaparasaberlacantidaddesustanciacontenidaeselmol.

MOL

Es la cantidad de sustancia en un sistema que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, iones) como átomos de carbono hay en 12 g de

isótopos de carbono-12.

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Cuandohablamosdeunmol,nosreferimosaunnúmeroespecíficodemateriaocantidaddesustanciaysuequivalenciaeslasiguiente:

1mol=6.022x1023átomosdecarbono-12

Porejemplo,unmoldegasHelio(He),contieneelmismonúmerodeátomosqueunmoldecualquierotroelemento,digamoselAzufre(S),auncuandosusmasasmolaressondiferentes.Entonces,podemosobservarqueelnúmerodeátomosdelHelioydelAzufreesde6.022x1023,perosusmasasmolaressonde4.0026gy32.06g,respectivamente.

Paraencontrarelnúmerodemolesenátomosodemoléculas,sisetratadeuncompuesto,emplearemoslasiguientefórmula:

donde:n=númerodemolesm=masadelasustanciaM=masamolar.

Lamasadeunmoldesustancia,llamadamasa molar,esequivalentealamasaatómicaomolecular expresadaengramos, según sehaya consideradounmoldeátomosodemoléculas.Seobtienesumandolasmasasatómicasdeloselementosqueintervienenenlafórmula,multiplicadosporelnúmerodevecesqueapareceenelcompuesto.

Veamoslosiguiente,unmoldegasidealocupaunvolumende22.4Launatemperaturade0°Cya1atmdepresión.Entonces, si tenemos tresgases:helio,oxígenoydióxidodecarbono,elvolumendecadaunodeellosesde22.4L, auna temperaturade0°Cyaunapresiónde1atm, sunúmerodemoléculasseráde6.022x1023,perosumasamolaresdiferente:enelhelio(He)seráde4.0026g,eneloxígeno(O2)de31.9988gyeneldióxidodecarbono(CO2)de44.0098 g.

Ahorabien,sinecesitamoscalcularelnúmerodemolesdeuncompuesto,aplicaremoslafórmulaantesdescrita,porejemplo:

Eloxígenoesungasquepodemosobtenerenel laboratoriopordescom-posicióntérmicadelcloratodepotasio(KClO3)enclorurodepotasio(KCl)yoxígeno(O2)CalculaelnúmerodemolesdeKClO3.enunamuestrade7.82g.

Tenemos,entonces,quelamasamolar(M)delKClO3,eslasiguiente:

Aplicandolafórmula:

nmM

==

M M M M g molKClO K Cl O( ) . . ( ) . /3

3 39 1 35 5 3 16 122 6== ++ ++ == ++ ++ ==

nmM

gg

mol== == ==7 82

122 60 064

..

.

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Demaneraindividual,resuelveentulibretalossiguientesejercicios,aplican-dolaspropiedadesdelosgases.Posteriormente,conlaasesoríadetumaes-tro,comparatusrespuestasconelgrupo.

1.Un joyero tieneporencargo laelaboracióndedosanillos,unodeoroyotrodeplataycuentacon50gdeoropuroy50gdeplatapura.Ambasjoyasserániguales,esdecir,tendránelmismotamañoyforma.Siensuelaboraciónutilizólamismacantidaddemasaresponde:

a) Unavezacabadalaconfeccióndelasjoyas,¿tendránelmismopeso?

b) Explicaturespuestaanterior.

c) Calculalacantidaddemolesquetienecadaunodelosanillos.

d) ¿Tienenelmismonúmerodemoles?Ahora,conturespuesta,argumentalaanotadaenelincisob.

2.Paracomplementartuejercicio,realizalossiguientescálculos:

a) ¿CuántasmoléculasexistenenunmoldeO2?

b) ¿CuántosátomosdeO2existenenmoldeO2?

c) ¿Cuántosmoleshayen36gdeCuSO4?

Conbaseenlascaracterísticasyvariablesdelosgasesvistas,sepuedecon-cluirquelaTeoría cinética molecular nosexplicalanaturalezadelosgasesideales,atravésdelossiguientespostulados:

Un gas está formado por partículas llamadas moléculas o átomos, que − están en movimiento rápido y desordenado, sus movimientos son en lí-nea recta.

Todas las colisiones son elásticas, es decir, cuando colisionan con otras − partículas o las paredes del recipiente sus moléculas no cambian su velo-cidad, conservando su energía cinética.

El volumen de las moléculas es una fracción despreciablemente pequeña − del volumen ocupado por el gas. Las partículas de gas tienen masa pero se tratan como masas puntuales debido a que en el gas es más grande que el espacio que ocupan respecto de sus partículas.

La presión del gas es debida a las colisiones con las paredes del recipiente − o entre ellas.

No actúan fuerzas apreciables sobre las moléculas, excepto durante los − choques.

Debido a las distancias tan grandes no existen fuerzas de atracción ni re-− pulsión.

Actividad

�

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44 45

Comoyamencionamos,alosgasesnolospodemospercibir,porloquene-cesitamos,mediante laexperimentación,obtenerconclusionescualitativas,perolosgasestambiéntienenpropiedadescuantitativascomunes,queestánsujetasavariablescomolapresión,latemperatura,elvolumenylacantidaddesustanciaenmoles.

Estaspropiedadescuantitativasalsermodeladasmatemáticamentehande-mostradogeneralizacionesenelcomportamientodelosgases,dandoorigenaloqueconocemoscomolasLeyes de los gases,delascualesporsurele-vancia,noscentraremosenlaleydeBoyle-Mariotte,leydeCharlesyleydeGay-Lussac,paraexplicar,posteriormente,laleygeneraldelestadogaseoso,laleydelaspresionesparciales,laecuacióndelgasidealyLaleydeGraham.

Estasleyestienenlaparticularidaddequelamasadelgasesfijayunadelastresvariables:latemperatura,lapresiónoelvolumen,esconstante.

Ley de Boyle-Mariotte

Larelaciónqueexisteentreelvolumenylapresióndeungascuandolatem-peraturaesconstantelaestudióRobertBoyle,científicoirlandés,partiendodelosestudiosdeTorricelli,queestablecíalapresiónejercidaporlaatmósfe-ra,comoyalomencionamos.

Boyle,en1662,descubrióqueaumentandolapresiónenunamuestradegas,elvolumendeéstedisminuyeproporcionalmentealaumentodelapresión,perofuehastaelañode1676,cuandoEdmeMariottellegóalamismacon-clusión,publicandosus resultados.Por tal razón,esta relaciónes conocidacomoLeydeBoyle-Mariottyseexpresadelasiguientemanera:

Ley de Boyle-Mariotte

“A temperatura constante, los volúmenes ocupados por un gas son inversamente proporcionales a las presiones a las que está sometido”.

Locualquieredecirquealaumentarelvolumendeungas,laspartículasrea-lizaránunmayorrecorridoparallegaralasparedesdelrecipiente,porloquehabráunmenornúmerodechoquesentreellasy,porlotanto,lapresiónserámenor.Porelcontrario,cuandosedisminuyeelvolumendelgas,habráunincrementoenelnúmerodechoques,detalmaneraquelapresiónseráma-

LEYES DE LOS GASES

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46 47

Ahorabien,sitenemos3Ldeungasa200mmHgdepresiónysiaéstalaaumentamoshasta400mmHg,¿cuálseráelnuevovolumendelgas?

Figura 3

yor.Boyledescubrióquesilacantidaddegasylatemperaturapermanecenconstantes,elproductodelapresiónporelvolumensiempretieneelmismovalor,esdecir,seráconstante.

Ahora,suponemosquetenemosunciertovolumendegasV1queseencuen-traaunapresiónP1alcomienzodelexperimento(comosemuestraenlafigu-ra3)ydespuésvariamoslapresióndelgashastaunnuevovalorP2,entonces,elvolumencambiaráaV2,ysecumplirálarelación:

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejercicios,aplicando laLeydeBoyle-Mariott;yenplenaria,conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros.

1. Siunamasadeoxígenoocupaunvolumende3Lbajounapresiónde710Torr,calculaelvolumendelamismamasadegasapresiónestándar(760mmHg),manteniendolatemperaturaconstante.

2. Siunamasadegasocupaunvolumende2600mLaunatemperaturade28°Cyunapresiónde1.5atm,calculalapresiónquesedebeejercersobreellaparaquequedecontenidaenuntanquede5L?

3. Enuncilindroconunpistónmóvilsetienen15Ldehidrógenoa1atmdepresión.Elpistóncomprimelamismamasahastaqueocupaunvolumende3L,alamismatemperatura.Encuentralapresiónqueejerceelcilindro.

Actividad

(200mmHg)(3L)=(400mmHg)V2

P V P V1 1 2 2==

VmmHg L

mmHgL2

200 3400

1 5== ==( ) ( )

.

PV K==

P V P V1 1 2 2==

�

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46 47

Ley de Charles

En1787,elquímicofrancésJacquesCharlesdescubrióqueelvolumendeungasesdirectamenteproporcionalasutemperaturaabsoluta,asumiendoquelapresiónsemantieneconstante;esdecir,descubrióelefectodelatemperaturasobreelvolumendeungas,yencontróqueapresiónconstante,elvolumendeungasdismi-nuyecuandolatemperaturadesciendeyviceversa;sila temperatura asciende, el volumen aumentará. Por

esarazón,estarelaciónesconocidacomoLeydeCharlesyseexpresadelasiguientemanera:

Ley de Charles“A presión constante, el volumen de una muestra de gas es

directamente proporcional a la temperatura absoluta (Kelvin)”.

Estosepuedeobservarobjetivamente,simanteniendolapresiónconstante,metemosunabolsadeverdurascongeladasherméticamentecerrada,aunrecipienteconaguahirviendo,nosdamoscuentaquelabolsadeverdurasseexpande.Loqueestásucediendoesquelaenergíacinéticadelgasaumentó,provocandoquesusmoléculassemuevanrápidamenteyse incrementeelvolumendelgascontenidoenlabolsa.

Sigraficamos la temperatura contrael volumennotaremosqueexisteunarelaciónlinealentreellos,comosemuestraacontinuación:

Temperatura absoluta esel valor de la temperatu-ra medida respecto deunaescalaquecomienzaenelceroabsoluto(0Ko−273,15C).

Siseprolongalalíneaalejedelatemperatura(líneapunteada),seobservaque para una temperatura de −273°C, se tiene un volumen de cero y aestepuntoLordKelvinlollamóceroabsoluto.Estonoesposible,yaquesireducimosmucholatemperaturaelgasselicuaosolidifica,antesdealcanzarlos−273°C.

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�

48 49

Conbaseenloanterior,Charlesdemostróquecualquiergasseexpandeenunafracciónde1/273porcada°Cdeelevaciónenlatemperatura,deduciendoque K = °C + 273. Esto es, si la cantidad de gas y la presión permanecenconstantes,elvolumendivididoentrelatemperaturasiempretieneelmismovalor,esdecir,esconstante.

Supongamosque tenemosun cierto volumendegasV1 que se encuentraaunatemperaturaT1alcomienzodelexperimento;entonces,sivariamoselvolumendegashastaunnuevovalorV2, latemperaturacambiaráaT2,ysecumplirálarelación:

Ahorabien,tenemosunaciertacantidaddegascontenidaenungloboconunvolumende20ml auna temperaturade27°Cy si ésta ladisminuimoshasta0°C,¿cuáleselnuevovolumendegasenelglobo,suponiendoquelapresiónsemantieneconstante?

PrimeroexpresamoslatemperaturaenKelvin:

Actividad

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejerciciosaplicandolaLey de Charles;yenplenaria,conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros

1. Siunamasadeneónocupaunvolumende150cm3aunatemperaturade100°C,calculaelnuevovolumensi latemperaturacambiaa0°C,mante-niendolapresiónconstante.

2. Siunamuestradegasocupaunvolumende100mLaunatemperaturade10°Cy760mmHgdepresión,calculaelvolumenenmLqueocuparáelgas,a15°Cdetemperaturay750mmHgdepresión.

3. Aunatemperaturade20°Celvolumendeungasesde200mL.Siseau-mentalatemperatura,elvolumendelgasaumentaa2000mL.Suponien-doquelapresiónpermanececonstante,¿cuáleslanuevatemperatura?

T1=(27ºC+273)K=300KyT2=(0ºC+273)K=273K

20300 273

2mlK

VK

==

VT

VT

1

1

2

2==

VK ml

Kml2

273 200300

182== ==( ) ( )

VT

K==

VT

VT

1

1

2

2==

�

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Ley de Gay-Lussac

En1802, el químico francés Joseph LouisGay-Lussac,desarrollóexperimentoscongases,enlosqueobservóquealmantenerconstanteelvolumenentrelapresiónylatemperaturaabsoluta(Kelvin)hayunarelacióndi-rectamenteproporcional.Enrealidad,loanterioresunamodificacióndelaleydeCharles,sóloqueahoralasva-riablessonlapresiónylatemperatura,siunadeéstasdosaumenta, laotra tambiénaumentayviceversa; siunadisminuye,laotratambiénlohace.Poresarazón,estarelaciónesconocidacomoLeydeGay-Lussacyseexpresadelasiguientemanera:

Ley de Gay-Lussac“La presión de un gas es directamente proporcional a su

temperatura absoluta, a volumen constante”.

Estoes,siaumentamoslatemperatura,lasmoléculassemuevenmásrá-pidamente,provocandoelaumentodelnúmerodechoquesenlaspare-desdelrecipientequecontienealgas;esdecir,aumentalapresiónenelmismovolumen.

Gay-Lussacexpresóquesidividimos lapresiónentre la temperaturadeungas,manteniendoconstanteelvolumenylacantidaddegas,encontraremosunaconstantedeproporcionalidad.

SupongamosquetenemosungasqueseencuentraaunapresiónP1yaunatemperaturaT1alcomienzodelexperimento,entonces,sivariamos latem-peraturahastaunnuevovalorT2, lapresióncambiaráaP2,ysecumplirá larelación:

PT

K==

PT

PT

1

1

2

2==

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50 51

Unejemplo sencillo lo encontramos al cocinar enunaolla a presión, lacualtieneunvolumendefinidoysiseaumentalatemperatura,lapresióninternadelrecipienteaumenta,loquepodríaoriginarquelatapadelaollasalieradisparadahacia arriba,deno tener la válvulapara“descomprimir”estapresión.

Entonces,tenemosunrecipienteherméticode500mLdondeseencuentraconfinadaunamasadegasaunapresiónde0.25atmyaunatemperaturade20°C,perosiaumentáramoslatemperaturaa100ºC,¿cuálseríalanuevapresiónenlaqueseencontraríalamasadelgas?

PrimeroexpresamoslatemperaturaenKelvin:

Actividad

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejercicios,aplicando la Ley de Gay-Lussac, y en plenaria, con el apoyo del maestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros:

1. Siuntanquedeacerocontienedióxidodecarbonoaunatemperaturade34°Cy10atmdepresión,calculalapresióndelgascuandoeltanquesecalientaa100°C.

2. Si se tieneunamuestradegasaunapresiónde12atmy temperaturade15°C,cuálserálatemperaturadelamismamuestra,siseaumentalapresióna34atm.

3. Enun recipiente cerradode vidrio, se tienehelio a unapresiónde 740mmHg y 22°Cde temperatura. Si lo rodeamosdehielo secohasta quedescienda la temperatura a -73°C, calcula la presión del gas bajo estacondición.

PT

PT

1

1

2

2==

0 25293 373

2. atmK

PK

==

Patm K

Katm2

0 25 373293

0 31== ==( . ) ( )

.

T1=(20+273)K=293KyT2=(100+273)K=373K

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50 51

Ley general del estado gaseoso o combinada

En la vidadiaria esmuy raroqueungas semantengabajo las condicionesconstantes de temperatura, presión y volumen, es decir, si alguna de lasvariables sufre alteraciones, es complicado predecir el comportamiento deunamasadegas.Noobstante,paraexplicarelcomportamientodelosgasesenestascondiciones,nosapoyaremosenlaLeygeneraldelestadogaseosoocombinada,tomandocomobaselasleyesdeBoyle,deCharlesydeGay-Lussac.

Estaleyrelacionalapresión,latemperaturayelvolumendeungas,consucantidad de sustancia que permanece constante, es decir, con lasmismascondicionesinicialesyfinales,ysecumplelasiguienterelación:

Ahorabien,ciertogasocupa4Launatemperaturade10°Cya1atm,¿quévolumenocuparáaunatemperaturade150°Cy570mmHg?

Actividad

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejerciciosaplicando la Ley combinada de los gases; y en plenaria, con el apoyo delmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros:

1. Sienunrecipientesetienen5Ldegasencondicionesdelaboratorio(18°Cy329mmHg),yseaumentasuvolumena8L,aunatemperaturade40°C,calculalapresiónenelnuevovolumen.

2. Setieneunamuestradegasconunvolumende16.5mLatemperaturade17°C y 1 atmdepresión. Si variamos su volumena 22.1mL y supresióna1.5atm,cuálserálatemperaturadelgasbajoestasnuevascondiciones.

3. Ungas ocupaun volumende 1000mL a un temperaturade 25°C y720mmHgdepresión,cuálseráahoraelvolumendeestegas,bajocondicionesestándar(0°Cy760mmHg).

P VT

P VT

1 1

1

2 2

2==

P VT

P VT

1 1

1

2 2

2==

( )( ) ( )( )

760 4283

570423

2mmHg LK

mmHg VK

==

VmmHg L K

K mmHgL2

760 4 423283 570

7 97== ==( )( )( )

( )( ).

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Ley de las presiones parciales

Hastaahorahemosanalizadolasrelacionesentrelapresión,temperaturayvo-lumendeungasaislado,perolamayorpartedelassituacionesdelavidarealinvolucrangasesmezclados.Porejemplo,elairequerespiramos,esunamez-clademuchosgases,comotambiénlaemisióndegasesdeunautomóvil.

En1801,elquímicobritánicoJohnDalton,formulólaLey de las presiones parciales de los gases mezcla-dos,paraexplicarelcomportamientoindividualdelosgasesenunamezcla.Apartirdesusmedicionesdedujoquedosgasesenunamezcla,secomporta-banindependientesunodelotro.Esdecir,lapresióntotalejercidaporlamezcladegaseseraequivalentealasumadelaspresionesdecadaunodelosgasesqueconformabanlamezcla.

Ley de Dalton“La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases componentes de la mezcla”.

Esto es, si tenemos tres gases ejerciendo una presión de: 0.05 atm, 0.45atmy0.5atm, respectivamente, lapresión totaldel sistemaseráde1atmporqueestevaloreselresultadodelasumadelaspresionesparciales,ysurepresentaciónmatemáticaes:

Actividad

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejerciciosaplicandolaLey de presiones parciales;yenplenaria,conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros:

1. Unamezclaatemperaturade28°Cyunapresiónde1atm,contiene6.2gdePropano(C3H8)y7.4gdeButano(C4H10).CalculalapresiónparcialdelButano.

2. Sisetieneunamezclade7La16atmdepresiónyunatemperaturade22°C,lacualcontienecantidadesigualesdeHe,NeyAr,¿cuáleslapresiónparcialdelNecontenidoenlamezcla?

3. Setieneunamuestrade300mLdeHidrógenoenaguaaunatemperatu-rade32°Cy760mmHg.Silapresióndevapordelaguaesde0.05atm,calculalapresiónparcialdelhidrógenoseco.

Ptotal=P1+P2+P3=0.05atm+0.45atm+0.5atm=1atm

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Ecuación del gas ideal

Losgasesqueseajustana lateoríacinética;estáncompuestospormolé-culasquenotienenfuerzasdeatracciónentresíyseencuentranenmovi-mientorápidoyconstante,chocandounasconotrasenunaformaperfec-tamenteelástica,ytienenunaenergíacinéticapromedioproporcionalalatemperaturaabsoluta.

Paradescribirloanterior,utilizaremoslaecuacióndelgasideal,dondeademásdelatemperatura,lapresiónyelvolumen,podemosvariarlamasadelgas.Suexpresiónmatemáticaeslasiguiente:

Enlaecuaciónanterior,laletra(R)representaunaconstante,conocidacomolaconstante universal de los gases, yaqueesderivadadelasleyesanterioresdondelaconstanteerarepresentadaporlaletra(K),talycomosemuestraenlasiguientetabla:

LeydeBoyle

LeydeCharles V=K2T

LeydeAvogadro V=K3n

Entonces,laconstanteuniversalRinvolucraalasconstantes:K1,K2yK3, delasiguientemanera:

SimultiplicamosporP,ambosmiembrosdelaecuaciónanterior:

Entonces,sihacemos ,obtenemoslaexpresiónantesreferida:

Si tenemos las condicionesnormalesdepresión (1 atm), de temperatura(273K)ydevolumen(22.4L),podemoscalcularelvalordeR delasiguientemanera:

PV nRT==

V KP

== 11

V K n K T KP

== ·· ··3 2 11

PV K n K T KPP

== ·· ··3 2 1

R K K K== ·· ··3 2 1

PV nRT==

RPVnT

atm Lmol K

L atmmol K

= = =( )( . )( )( )

.( )( )( )( )

1 22 41 273

0 0821

�B1

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�

54 55

Debidoaquesetienendiferentesunidadesdemedidaparaelvolumen, lapresiónylatemperatura,enlasiguientetablasemuestranlosdistintosvalo-resquepuedetenerR:

Valor de R Unidades

0.0821 Latmmol-1K-1

8.31434 Jmol-1K-1

8.31434 Pam3mol-1K-1

1.98717 Calmol-1K-1

2.0562 atmcm3mol-1K-1

Ahorabien,sitenemosunamuestrade2.3gdeNO2queseencuentraenunrecipientede2La15°C,¿quépresióntieneelgas?

Actividad

Enequiposdetrabajodedoscompañeros,resuelvanlossiguientesejercicios,aplicandolaLey de los gases ideales;yenplenaria,conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros:

1. ¿Quévolumenocuparán15molesdeCO2a27ºCy800mmHg?

2. ¿Cuántosmolesdeoxígenomolecular (O2) seencontraránpresentesenunvolumende0.635pies3alatemperaturade12ºCyalapresiónde6atm?(1pie3=28.316mLocm3)

3. Si0.98gdecloroformoenestadodevaporocupan200mlaunapresiónde752mmHgya21ºC,calculaelpesomoleculardelcloroformo.

PV nRT==

nmM

gg

mol

mol= = =2 3

460 05

..

P L molL atmmolK

K( ) ( . )( . )( )2 0 05 0 0821 288=

Pmol

L atmmolK

K

Latm= =

( . )( . )( ).

0 05 0 0821 288

20 5911

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54 55

Ley de difusión Graham

En1829, el químicobritánico,ThomasGraham, estudió las velocidadesdedifusiónyefusióndediferentesgases,comprobandoquesisetieneungasenunrecipienteconparedesporosas,éstesepropagará;esto lopodemosobservarsitenemosunglobollenodeaireyotrollenodehelio,elgloboquecontieneelheliovaapasarporlasparedesdelgloboconmayorrapidez,quelasmoléculasdelaire,debidoquelasmoléculasdeheliosonmáspequeñasquelasdelaire.

Sisepartedelassiguientesdospremisas:amayortemperatura,mayorserálavelocidaddelasmoléculas;yamayormasamolecular,menorserásuveloci-dad;sepuedeinferirquesimantenemoslatemperaturaconstantepodemosrelacionarlavelocidadylamasamolecular.

Graham,dedujoquelavelocidaddedifusiónyefusiónesinversamentepro-porcionalalaraízcuadradadesumasamolecular:

DeacuerdoconsusresultadosGrahamconcluyó:

Ley de Graham:“La velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a

la raíz cuadrada de sus masas moleculares o a su densidad”.

Matemáticamenteseexpresa:

o

Sitenemosunamuestrade100mLdehidrógeno,quesedifundeatravésdeunrecipientedematerialporosoaunavelocidadcuatrovecesmayorqueungasdesconocido,calcularelpesomoleculardedichogas.

Velocidaddedifusión

Velocidaddeefusión

∝ 1M

∝ 1M

vv

MM

1

2

2

1=

vv

1

2

2

1= δ

δ

vv

MM

1

2

2

1=

v

v

M

MH

desc

desc

H

( )

( )

( )

( )

2

2

=

Mv

vMdesc

H

descH( )

( )

( )( )=

2

2

2

M uma uma umadesc( ) ( ) ( )=

=

=41

2161

2 322

�B1

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�

56 57

I. Enequiposdetrabajodedoscompañeros, resuelvan lossiguientesejerci-cios,aplicando laLey de Graham; yenplenaria, conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros:

1. ¿Cuáldelossiguientesgasestieneunavelocidaddedifusiónmayor:elmetano(CH4)oelnitrógenomolecular(N2)?

2. Indicaquégassedifundemásrápidamente:¿elhidrógenomolecular(H2)oeloxígenomolecular(O2)?¿Porqué?

II. Enequiposde trabajo dedoscompañeros, resumanen la siguiente tablalasleyesdelosgases;yenplenaria,conelapoyodelmaestro,comparenlasrespuestasconsuscompañeros.

Leyesdelosgases Fórmula

Semantieneconstante

Semantienenvariablesdeacuerdo

conelmodelocinéticomolecular

Boyle-Mariotte

Charles

Gay-Lussac

Generalocombinada

Dalton

Ideal

Graham

Actividad

�

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56 57

III. Enequipos decuatrorealicenlossiguientesexperimentos,sobreelcomporta-mientodelosgases,atendiendolasmedidasdeseguridadenelmanejodelosmaterialesaocupar.

Material:1Botelladeplásticocontapa1Globo1MatrazErlenmeyer1Huevococido2Recipientesparasumergirlabotella1Parrillaeléctrica1Pinzadetijeraounpaño

Experimento 1

Coloquenenlabotelladeplásticoaguacaliente,yagítenlafuertemente•variasveces.

Retirenelaguay,demanerarápida,coloquenenlabocadelabotellael•globo.

Coloquenlabotellabajoelchorrodeaguafría,teniendocuidadodeno•mojarelglobo.

Describanyargumentensusobservacionesenlalibretadeapuntes.•

Experimento 2

Coloquenungloboenlabocadelabotelladeplásticosintapa.•

Sumerjanverticalmentelabotellaenunrecipienteconaguacalientepor•dosminutos,sinmojarelglobo.

Delamismamanera,sumérjanlapordosminutos,enunrecipientecon•aguafría.


Experimento 3

Coloquensobrelaparrilla,elmatrazErlenmeyercon30mLdeagua,hasta•quehierva.

Conayudadelaspinzasoelpaño,retirenelmatrazdelaparrillayvacíenlo•procurandohacerlodemanerarápidaparaconservarcalienteelmatraz.

Coloquenunhuevococidoenlabocadelmatrazyesperenunmomento.•

Conayudadelaspinzasodelpaño,sumerjanelmatrazenunrecipiente•quecontengaaguafría.


�B1

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IV.Atendiendolasmedidasdeseguridadenelmanejodelosmaterialesaocu-par,formenequiposdecuatrocompañerospararealizarelsiguienteexpe-rimentoyelaborenunaconclusión,considerandolascaracterísticas,propie-dadesyleyesdelosgases.

Material:2globos1globoinfladoconhelio1matrazErlenmeyer10mldeácidoacético(vinagre)5gdebicarbonatodesodio

Experimento:

ColoquenenelmatrazErlenmeyerlos10mldeácidoacético(vinagre).·

Depositenenel interiordeunode losglobos los5gdebicarbonatode· sodio.

Coloquen cuidadosamente el globo en la boca delmatraz y vacíen el· bicarbonato,detalmaneraquesemezcleconelácidoacético.

Esperenaqueseinfleelglobolomásquesepuedapararetirarloyamarren· bienparanodejarescaparelgascontenido.

Inflenelotrogloboconlaboca,enlamismaproporciónqueelanterior.·

Unavezquetenganlostresglobosinfladosdelmismotamaño,colóquen-· losaunadeterminadaalturaydéjenloscaeralmismotiempo.

Observenloquesucedeycontestenlassiguientespreguntas:·

¿Lleganlostresglobosalsueloalmismotiempo?o

¿Cuálllegaprimeroyporqué?o

Elaborenunaconclusiónbasadaenlascaracterísticasypropiedadesde•losgases.

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Instrumento de evaluación para la actividad “El aire en mi localidad”

Evidencia: Producto(indagaciónsobrelacontaminación)Tipo de evaluación:HeteroevaluaciónEscala de valoración:0:Nulo1:Deficiente2:Aceptable3:Satisfactorio

Aspectos a observar Sí No Puntos

-Mencionanlasdiferentesfuentesdecontaminacióndelaireensulocalidad.

-Identificanlosprincipalesgasescontaminantes.

-Describenelparámetroquecuantificalacontaminacióndelaire.

-Citanlasnormasoficialesmexicanasqueestablecenlacalidaddelaire.

-Hacenreferenciaacercadecuálesdeesosgasesconta-minantesestáncontroladosporlasemarnat.

-Explicanenquéconsisteelfenómenodelefectoinver-nadero.-Mencionanlosefectosnocivosparalasalud,derivadosdelabajacalidaddelaire.-Argumentandemaneracríticayreflexiva,lasituaciónqueguardalacontaminacióndelaireensulocalidad,aplicandolainformaciónindagada.

-Proponenunaestrategiaquecontribuyaaevitarodis-minuirlacontaminacióndelaireensulocalidad.

-Estructuraneltrabajoencorrespondenciaalasindica-cionesprevias.-Cumplenlascaracterísticasparaeldiseñodeltrabajoindicadas.

Suma

Ponderación:Eltotaldepuntosdelaactividadesde33yequivalea100%deltrabajorealizado.

Porcentajeobtenidoenlaactividad=

Instrumentos de evaluación

sumadepuntos33

100×

�B1

60 61

�

60 61

�

60 61


60 61

Fuentes de consulta

Páginas recomendadas:

http://www.educaplus.org/gases/index.html

http://www.solociencia.com/quimica/05042806.htm

http://www.cluster-divulgacioncientifica.blogspot.mx/search/label/Tensi%C3%B3n%20Superficial

http://www.sabercurioso.es/2009/01/28/gases-nobles/

Páginas de consulta

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/ejem3-lib3.html

http://roble.pntic.mec.es/~csoto/estadfis.htm

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/andared02/leyes_gases/tcm.html

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