QUIMICA: 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):