LABORATORIO DE GASES

En esta ocasión, nos centraremos y trabajaremos el tema de los gases, aprendiendo sobre ellos y las diferentes leyes que hay, para así mismo realizar satisfactoriamente ejercicios y laboratorios relacionados con el tema. También pudimos aprender los conceptos indispensables que hay que saber para realizar los ejercicios que se nos daban a realizar.

OBJETIVOS:

• Conocer y diferenciar los diferentes conceptos de gases.
• Conocer y diferenciar las leyes de los gases.
• Conocer, utilizar y diferenciar las formulas de cada ley.
• Saber en que momento debemos utilizar cada formula.
• Aprender como utilizar las formulas en los ejercicios que debamos realizar.

MARCO TEÓRICO:

¿QUÉ ES UN GAS? 

Los gases son el estado de agregación de la materia en el que las sustancias no cuentan con forma ni volumen propio, adoptando así, el de los recipientes que las contienen. Las moléculas constituyentes de los gases casi no son atraídas unas por otras, por lo que tienden a moverse en el vacío a gran velocidad y de forma separada unas de otras.

PROPIEDADES DE LOS GASES

• Los gases se adaptan en forma y volumen dependiendo de en que recipiente se encuentren. Esto debido a la Independencia de movimiento molecular que es característico de los gases. 
• Los gases son muy compresibles. Ya que el espacio intermolecular es tan grande en los gases, que la compresión de estos mismos es mucho más fácil, ya que este proceso reduce a una disminución en tales espacios, los cuales no demandan mucho trabajo.
• Los gases se difunden con gran facilidad. Esto gracias a que en sus moléculas, no existe atracción.
• Los gases se dilatan fácilmente. Los gases al ser directamente proporcional a la temperatura absoluta,; al aumentar esta, se va incrementando el movimiento molecular, dando como resultado el aumento del volumen del gas, o que se dilate.

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

Para el comportamiento térmico de partículas de la materia existen cuatro cantidades medibles que son de gran interés: presión, volumen, temperatura y masa de la muestra del material.

Para entender mejor el comportamiento presentado en un gas, siempre se han de realizar estudios con respecto al gas ideal aunque realmente este nunca existe, y las propiedades de este son:

• Un gas se encuentra constituido por moléculas de igual tamaño y masa, pero no por una mezcla de diferentes gases.
• Se le supone con un número pequeño de moléculas, así su densidad es baja, y su atracción molecular es nula.
• El volumen que ocupa el gas es mínimo, en comparación con el volumen total del recipiente.
• Las moléculas de un gas contenidas en un recipiente, se encuentran en constante movimiento, por lo que chocan, ya sea entre sí, o contra las paredes del recipiente que las contiene.

CONCEPTOS

• ESTADOS DE AGREGACIÓN

La materia se presenta en cinco estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. plasma y condensado de Bose - Einstein. 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. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso: Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras. Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.

• 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.

• PRESIÓN

Se le llama Presión, a la reacción inmediata que ejerce un cuerpo sobre otro en relación de peso o fuerza. La presión técnicamente se refiere a dos tipos fundamentales, opresión y compresión, la opresión es comúnmente asociada a la falta de libertad de un sujeto para movilizarse con plena independencia, y la compresión se refiere al esfuerzo o impedimento que realiza un cuerpo sobre otro impidiendo su salida de algún sitio.

La presión de cierto vapor o gas puede provocar la ruptura de algún reactor, así como también en algún instrumento de medición puede arrojar datos relevantes de cualquier estudio. La presión es básicamente usada para determinar procesos en los que la temperatura juega un papel fundamental en la realización de algún experimento con una reacción química.

La presión de un gas se observa mediante la medición de la presión externa que debe ser aplicada a fin de mantener un gas sin expansión ni contracción.

• VOLUMEN

El volumen corresponde a la medida del espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida para medir volumen es el metro cubico (m3), sin embargo generalmente se utiliza el Litro (L).

El metro cubico corresponde a medir las dimensiones de un cubo que mide 1 m de largo, 1 m de ancho y 1 m de alto.

La temperatura influye directamente sobre el volumen de los gases y los líquidos

• Si la temperatura aumenta, los sólidos y los líquidos se dilatan.
• Si la temperatura disminuye, los sólidos y los líquidos se contraen.

MEDICIÓN DE VOLUMEN

Existen variadas formas de medir volúmenes.

• Para medir el volumen de un líquido se pueden utilizar instrumentos como un vaso precipitado, probeta, pipeta, matraces, entre otros.
• Para medir el volumen de un sólido irregular, se puede utilizar el método por inmersión en agua. Así el volumen del solido será la diferencia entre el volumen final, que se mide cuando el objeto está dentro de una probeta, menos el volumen inicial.
• Para medir el volumen de un sólido geométrico se suelen utilizar formulas matemáticas. Por ejemplo para medir el volumen de una esfera, un cubo, o un cilindro se utilizan las siguientes formulas.

• CANTIDAD DE GAS
  
  
  
  

LEYES

• LEY DE AVOGADRO

La Ley de Avogadro es una ley de los gases que relaciona el volumen y la cantidad de gas a presión y temperaturas constantes.

En 1811 Avogadro realiza los siguientes descubrimientos:

• A presión y temperatura constantes, la misma cantidad de gas tiene el mismo volumen independientementedel elemento químico que lo forme
• El volumen (V) es directamente proporcional a lacantidad de partículas de gas (n)

Por lo tanto: V₁ / n₁ = V₂ / n₂

Lo cual tiene como consecuencia que:

• Si aumenta la cantidad de gas, aumenta el volumen
• Si disminuye la cantidad de gas, disminuye el volumen

EJEMPLO

Sean 0,5 moles de un gas que ocupan 2 litros. Calcular cual será el nuevo volumen si se añade 1 mol de gas a presión y temperaturas constantes.

V₁ / n₁ = V₂ / n₂

V₁ = 2 litros

n₁ = 0,5 moles

n₂ = 0,5 + 1 = 1,5 moles

V₂ = V₁ · n₂  / n₁ = 2 · 1,5 / 0,5 = 6 litros

• LEY DE BOYLE

EJEMPLO

A presión de 17 atm, 34 L de un gas a temperatura constante experimenta un cambio ocupando un volumen de 15 L ¿Cuál será la presión que ejerce?

Solución:

Primero analicemos los datos:

Tenemos presión (P 1 ) = 17 atm

Tenemos volumen (V 1 ) = 34 L

Tenemos volumen (V 2 ) = 15 L

Claramente estamos relacionando presión (P) con volumen (V) a temperatura constante, por lo tanto sabemos que debemos aplicar la Ley de Boyle y su ecuación (presión y volumen son inversamente proporcionales):

Reemplazamos  con los valores conocidos

Colocamos a la izquierda de la ecuación el miembro que tiene la incógnita (P 2 ) y luego la despejamos:

Respuesta:

Para que el volumen baje hasta los 15 L, la nueva presión será de 38,53 atmósferas.

BALANCEO DE ECUACIONES

BALANCEO DE ECUACIONES

Con base en nuestros conocimientos sobre el balanceo de ecuaciones ya previamente aprendidos, en un programa online (Balancing Chemical Equiations) el cual nos ayuda a poner en practica balanceo de ecuaciones, vamos a realizar practicas sobre lo aprendido, estas practicas se realizaran en dicho programa, ya que este nos da diferentes ecuaciones las cuales tenemos que balancear, poniendo así a prueba nuestros conocimientos sobre el tema.

OBJETIVOS

• Poner en practica balanceo por tanteo o por oxido-reducción.
• Reconocer el numero de oxidación de cada elemento.
• Poner en practica las normas para balancear ya sea por tanteo o por oxido-reducción.
• Realizar correctamente el conteo de átomos.

MARCO TEÓRICO

REACCIÓN Y ECUACIÓN QUÍMICA

Una reacción química es el proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o más sustancias nuevas, es decir es un proceso de cambio de unos reactivos iniciales a unos productos finales

Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Por ejemplo el carbono (C) podría reaccionar con oxígeno gaseoso (O2) para formar dióxido de carbono (CO2). La ecuación química para esta reacción se escribe:

C + O2 = CO2

El '+' se lee como “reacciona con” y la flecha significa “produce”. Las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivos. A la derecha de la flecha están las formulas químicas de las sustancias producidas denominadas productos de la reacción. Los números al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite).

En la reacción anterior el C y el O2 son los reactivos, el CO2 el producto.

La reacción de formación del agua se escribe:

2H2 + O2 = 2H2O

Podemos notar que en la reacción anterior (formación del agua), el numero de átomos de cada elemento a cada lado de la ecuación es el mismo:

Según la ley de la conservación de la masa los átomos ni se crean, ni se destruyen, durante una reacción química. Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está balanceada.

BALANCEO POR TANTEO

Este método es de gran utilidad para balancear ecuaciones sencillas en donde la reacción no es demasiado extensa. De esta manera se puede realizar una inspección de cuantos átomos se encuentran en un lado y cuantos hacen falta para que halla una igualdad al otro lado de la ecuación. Para balancear una ecuación en todos lo métodos es utilizando el coeficiente estequiométrico, mas no alterando los sub-índices.

Ejemplos:

Al + Cl2 –> AlCl3

En los reactivos hay dos cloros y en los productos se encuentran tres cloros, por lo tanto hay un cloro adicional en los productos para arreglar esto se hace lo siguiente:

Al + Cl2 –> 2AlCl3

El dos que se encontraba como subíndice del cloro se pone como coeficiente estequiométrico en el producto. Pero ahora hay seis átomos de cloro (2×3) y dos átomos de aluminio, este problema se resuelve así:

2Al + 3Cl2 –> 2AlCl3

Ahora sí se encuentra balancea la ecuación, porque en los reactivos hay dos átomos de aluminio y seis átomos de cloro. Y en el producto hay dos átomos de aluminio y seis de cloro.

Para balancear correctamente, se deben seguir los siguientes pasos:

1. Primero debemos de balancear los elementos metálicos. Debemos de tener en cuenta el que ambos elementos queden con la misma cantidad de coeficientes.
2. Proseguimos con los elementos no metales. 
3. Luego, balanceamos los hidrógenos.
4. Balanceamos los oxígenos.
5. Y por último, verificamos que toda la ecuación este balanceada.

Debemos de tener en cuenta que para balancear cada elemento, debemos de mirar el numero de coeficiente tanto en los reactivos como en los productos, para que así nos quede correctamente balanceado.

OXIDO-REDUCCIÓN O REDOX

Esté método se basa en analizar por separado dos reacciones que son las reacciones de oxidación y la reacciones de reducción, las cuales se balancean y una vez estén balanceadas se suman con el fin de obtener la ecuación final balanceada, para lograr balancear por este método se deben de llevar a cabo los siguientes pasos:

1. Escriba la ecuación que hay que balancear.
2. Escriba los Estados de Oxidación de cada elemento de la reacción.
3. Escriba los elementos que cambian de estado de oxidación mostrando su estado de oxidación antes y después de la reacción.
4. Se determina el elemento que gana electrones en la reacción y luego se escribe una reacción química con el elemento en cuestión, esta seria la semi-reacción de reducción.
5. Se determina el elemento que pierde electrones en la reacción y luego se escribe una reacción química con el elemento en cuestión, esta seria la semi-reacción de oxidación.
   
6. Balancee la semi-reacción de reducción.
7. Balancee la semi-reacción de oxidación.
8. Balancee las cargas en las semi-reacciones de oxidación y reducción.
9. Todas las especies químicas que hay en la semi-reacción de reducción deben multiplicarse por el número de electrones que hay en la semi-reacción de oxidación y viceversa, es decir, todas las especies químicas que hay en la semi-reacción de oxidación, deben multiplicarse por el número de electrones que hay en la semi-reacción de reducción.
10. Sume las dos semi-reacciones.
11. Si en ambos lados de la ecuación se encuentran especies químicas iguales se anulan la misma cantidad de esta especie a lado y lado de la ecuación.
12. Simplifique la ecuación química lo más posible.
13. Verificar si la ecuación química quedo balanceada tanto en cargas como en masa.
14. Se trasladan los coeficientes a la ecuación original.
15. Verificar el balanceo y en caso de encontrarse diferencias se realiza un pequeño tanteo.

EJEMPLO

Balancear por el método de oxido-reducción la siguiente ecuación siguiendo el método anterior:

Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → K2CrO4 + H2O+KCl + K2SO4

1. Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → K2CrO4 + H2O + KCl + K2SO4
2. Cr2+3(S+6O4–2)3 + K+1O-2H+1 + K+1Cl+5O3-2 →K2+1Cr+6O4-2 + H2+1O-2 + K+1Cl-1 + K2+1S+6O4-2
3. Cr+3 → Cr+6                                                                                                                                                                                       Cl+5 → Cl–
4. Cl+5 → Cl– Reacción de reducción
5. 2Cr+3 → Cr+6 Reacción de oxidación
6. Cl+5 → Cl– Esta semi-reacción tiene balanceado el cloro así que no se hace nada.
7. 2Cr+3 → Cr+6 Se balancea esta semireacción de la siguiente manera.                                   2Cr+3 → 2Cr+6
8. Cl+5 + 6e–→Cl– Balanceadas las cargas de la semi-reacción de reducción.                         2Cr+3 _ 6e–→2 Cr+6  Balanceadas las cargas de la semi-reacción de oxidación
9. 6Cl+5 + 36 e– → 6 Cl–                                                                                                          12Cr+3 _ 36 e–→ 12 Cr+6 
10. 6 Cl+5 + 12 Cr+3→ 6 Cl– + 12 Cr+6
11. Cl+5 + 2 Cr+3→ Cl– + 2 Cr+6
12. Cl+5 + 2 Cr+3→ Cl– + 2 Cr+6 Esta balanceada en cargas y en masa.
13. Cr2(SO4)3 + KOH +KClO3 → 2 K2CrO4 + H2O +KCl + K2SO4
14. Esta ecuación no se encuentra balanceada totalmente así que se realiza un balanceo por tanteo para terminar obteniéndose la siguiente ecuación plenamente balanceada.       

   Cr2(SO4)3 + 10KOH +KClO3 → 2 K2CrO4 + 5H2O +KCl + 3K2SO4

PRACTICA VIRTUAL

INTRODUCCIÓN

GAME

NIVEL 1

NIVEL 2

NIVEL 3