LABORATORIO DE GASES
En este laboratorio haremos énfasis en el tema de los gases, conoceremos acerca de ellos, y las diferentes leyes que existen. Para la resolución de problemas de una manera correcta, explicaremos su procedimiento, por medio de aclaración de conceptos y ejercicios de ejemplo.
OBJETIVO
1. El objetivo principal es reforzar nuestros conocimientos, tener claro cada concepto, y saber diferenciar cada ley para la solución correcta de los problemas.
MARCO TEÓRICO
¿QUÉ ES UN GAS?
Un gas es una sustancia que está en un estado en donde sus moléculas tienen una relación muy débil entre sí. En este sentido se diferencia de un líquido o un sólido, remitiendo estos dos casos a sustancias en donde las moléculas tienen una relación más estrecha. A simple vista, la principal característica de los gases es la incapacidad que existe para tocarlos, circunstancia que se distingue de lo que sucede con los sólidos y los líquidos. Los gases comenzaron a estudiarse hace algunos siglos y en el proceso se fueron estableciendo las leyes que gobiernan su comportamiento en distintos contextos. Hoy en día existe un conocimiento lo suficientemente cabal de los mismos, hecho que habilita su empleo para diversas actividades.
CONCEPTOS
ESTADOS DE AGREGACIÓN
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
TEMPERATURA
La Temperatura es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella. Cuando tocamos un cuerpo que está a menos temperatura que el nuestro sentimos una sensación de frío, y al revés de calor. Sin embargo, aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor.
Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.
Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.
La medida
El instrumento utilizado habitualmente para medir la temperatura es el termómetro. Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son los más populares; se basan en la propiedad que tiene el mercurio, y otras sustancias (alcohol coloreado, etc.), de dilatarse cuando aumenta la temperatura. El líquido se aloja en una burbuja -bulbo- conectada a un capilar (tubo muy fino). Cuando la temperatura aumenta, el líquido se expande por el capilar, así, pequeñas variaciones de su volumen resultan claramente visibles.
Escalas
Actualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvinde uso científico.
PRESIÓN
Es la medida del efecto de la distribución de fuerzas normales (perpendiculares) aplicada sobre una superficie o área.
VOLUMEN
El volumen es una propiedad de los materiales que utilizamos todos los días; cuando compras un refresco, un jugo o un yogurt, verás que su contenido siempre está expresado en unidades de volumen.
El volumen es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo y, como tal, tiene una amplia aplicación en Química.
La unidad fundamental del volumen en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro cúbico (m3) que equivale a mil litros (1000 L). En química no se utilizan estas cantidades tan grandes, las unidades más utilizadas en el laboratorio son el litro (L) y el mililitro (ml).
El volumen es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo y, como tal, tiene una amplia aplicación en Química.
La unidad fundamental del volumen en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro cúbico (m3) que equivale a mil litros (1000 L). En química no se utilizan estas cantidades tan grandes, las unidades más utilizadas en el laboratorio son el litro (L) y el mililitro (ml).
CANTIDAD DE GAS
LEYES DE LOS GASES
AVOGADRO
No fue hasta 1814 cuando Avogadro admitió la existencia de moléculas gaseosas formadas por dos o más átomos iguales. Según Avogadro, en una reacción química una molécula de reactivo debe reaccionar con una o varias moléculas de otro reactivo, dando lugar a una o varias moléculas del producto, pero una molécula no puede reaccionar con un número no entero de moléculas, ya que la unidad mínima de un reactivo es la molécula. Debe existir, por tanto, una relación de números enteros sencillos entre las moléculas de los reactivos, y entre estas moléculas y las del producto.
Según la Ley de los volúmenes de combinación esta misma relación es la que ocurre entre los volúmenes de los gases en una reacción química. Por ello, debe de existir una relación directa entre estos volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen.
La ley de Avogadro dice que:
Según la Ley de los volúmenes de combinación esta misma relación es la que ocurre entre los volúmenes de los gases en una reacción química. Por ello, debe de existir una relación directa entre estos volúmenes de gases y el número de moléculas que contienen.
La ley de Avogadro dice que:
Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.
El valor de este número, llamado número de Avogadro es aproximadamente 6,022 × 1023 y es también el número de átomos que contiene un mol de un elemento.
El valor de este número, llamado número de Avogadro es aproximadamente 6,022 × 1023 y es también el número de átomos que contiene un mol de un elemento.
BOYLE
La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión:
PV=k\,donde k\, es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
PV=k\,donde k\, es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
P_1V_1=P_2V_2\,
Además se obtiene despejada que:
P_1=P_2V_2/V_1\,
V_1=P_2V_2/P_1\,
P_1=P_2V_2/V_1\,
V_1=P_2V_2/P_1\,
P_2=P_1V_1/V_2\,
V2=P_1V_1/P_2\,
V2=P_1V_1/P_2\,
donde
P_1\,= Presión Inicial
P_2\,= Presión Final
V_1\,= Volumen Inicial
V_2\,= Volumen Final
Esta Ley es una simplificación de la Ley de los gases ideales particularizada para procesos isotermos.
Junto con la ley de Charles y Gay-Lussac y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.
Los gases que cumplen perfectamente las leyes de Boyle y de Charles y Gay-Lussac, reciben la denominación de GASES IDEALES.
P_1\,= Presión Inicial
P_2\,= Presión Final
V_1\,= Volumen Inicial
V_2\,= Volumen Final
Esta Ley es una simplificación de la Ley de los gases ideales particularizada para procesos isotermos.
Junto con la ley de Charles y Gay-Lussac y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.
Los gases que cumplen perfectamente las leyes de Boyle y de Charles y Gay-Lussac, reciben la denominación de GASES IDEALES.
CHARLES
Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante
En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
GAY-LUSSAC
Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante
Fue anunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.
Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante.
GASES IDEALES
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). La energía cinética es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal.
Los cientificos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.
LEY GENERALIZADA
La ley combinada de los gases o ley general de los gases es una ley de los gases que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac. Estas leyes matemáticamente se refieren a cada una de las variables termodinámicas con relación a otra mientras todo lo demás se mantiene constante. La ley de Charles establece que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales entre sí, siempre y cuando la presión se mantenga constante. La ley de Boyle afirma que la presión y el volumen son inversamente proporcionales entre sí a temperatura constante. Finalmente, la ley de Gay-Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la temperatura y la presión, siempre y cuando se encuentre a un volumen constante. La interdependencia de estas variables se muestra en la ley de los gases combinados, que establece claramente que:
La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un sistema permanece constante.
P es la presión
V es el volumen
T es la temperatura absoluta (en kelvins)
K es una constante (con unidades de energía dividido por la temperatura) que dependerá de la cantidad de gas considerado
LABORATORIO
EJERCICIOS LABORATORIO LEY DE BOYLE 1.
2.
3.
LEY DE CHARLES 1.
2.
3.
ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES
1.
2.
3.
LEY GAY-LUSSAC 1.
2.
3.
LEY DE AVOGADRO1.
2.
3.
