INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION

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1 INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION NOMBRE ALUMNA: AREA : CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL ASIGNATURA: QUIMICA DOCENTE: OSCAR GIRALDO HERNANDEZ TIPO DE GUIA: CONCEPTUAL - EJERCITACION PERIODO GRADO FECHA DURACION 4 10 SEPTIEMBRE UNIDADES INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Resuelve problemas sobre reacciones con sustancias gaseosas aplicando los conocimientos sobre el estado gaseoso estudiados. 2. Mejora el hábito de estudio y aprende independientemente. ESTADO GASEOSO Una sustancia presenta diferentes propiedades y comportamientos dependiendo de su estado físico, así. Los sólidos presentan una organización definida, en la cual sus átomos o moléculas están muy juntas unas a otras y forman verdaderas empaquetaduras con muy poca movilidad. A diferencia de los sólidos, en los líquidos sus partículas constitutivas están menos unidas y en continuo movimiento, lo cual permite el desplazamiento de una sobre la otra. Por otra parte, en los gases se presenta mayor movilidad y espacio vació entre las partículas que lo forman. A los gases y los líquidos se les conoce como fluidos porque se desplazan con facilidad debido a que no presentan una estructura compacta y sus moléculas tienen libertad de movimiento. PROPIEDADES DEL ESTADO GASEOSO El estudio de los gases revela las siguientes propiedades características: Los gases se dejan comprimir fácilmente, razón por la cual se dice que son muy compresibles. Esta propiedad se debe al espacio vació que hay entre las moléculas. Los gases tienden a expandirse indefinidamente o a llenar totalmente el recipiente que los contiene. Los gases no presentan una forma definida. Los gases ocupan el volumen del recipiente donde se encuentran. Los gases no tienen volumen definido. Los gases tienen una densidad muy baja, comparada con la de los líquidos y sólidos; se debe a que las moléculas están muy separadas. Para describir un gas, es necesario especificar: El volumen ocupado Del número de moles. De la presión y De la temperatura Estas cuatro variables están relacionadas de tal manera que conocidas tres de ellas se puede determinar la cuarta. Antes de estudiar la relación entre estas propiedades es conveniente explicar los conocer los conceptos de presión y temperatura. 1

2 PRESION Es un concepto físico que se define como la fuerza ejercida sobre un cuerpo por unidad de área, o sea: F P = presión P = F = fuerza A A = area La presión se puede manifestar en varias formas: Presión hidrostática: los cuerpos sumergidos en un líquido soportan una presión provocada por el peso del líquido que está encima de ellos, en la unidad de área seccional. Presión atmosférica: todos los cuerpos situados sobre la superficie terrestre, soportan el peso de la capa atmosférica y equivale al peso de un cilindro de aire de 1 cm 2 de área seccional y una altura igual a la altura de la capa atmosférica terrestre, como ésta disminuye a medida que se asciende sobre el nivel del mar, la presión atmosférica también disminuye cuando aumenta la altura sobre le nivel marino. La presión atmosférica se mide con el barómetro inventado por evangelista torricelli. El barómetro es un tubo de vidrio de un metro de longitud cerrado por un extremo, se llena totalmente de mercurio, se tapa el extremo abierto y se invierte en un recipiente que también contiene mercurio. Al destapar el tubo se observa que el nivel del liquido desciende hasta una altura de 76 cm al nivel del mar, no importa cual sea el diámetro del tubo del vidrio. El mercurio no sale del todo, debido al equilibrio que se establece entre el peso del mercurio por cm 2 y la presión atmosférica. El mercurio contiene dentro del tubo de 1 cm 2 de área y 76 cm de altura, ocupa un volumen de 76 cm 3 y siendo su densidad 13,6 g/ cm 3, el peso correspondiente es: P= V. D = 76 cm 3 x 13,6 g/ cm 3 = 1033,6 g. La presión correspondiente es: 1033,6 g/ cm 2. A una altura del mercurio de 76 cm ó a una presión de 1033,6 g / cm 2 se denomina una atmósfera de presión. Las unidades de presión más utilizadas son atmósfera y mm de Hg ó torricelli ( o torr.) Tabla: Equivalencias de 1 atmósfera torr m m Hg g / cm 2 cm Hg Ib / pulg 2 pulg Hg La presión atmosférica al nivel del mar es 760 mm de H g, en Medellín es 640 mm de Hg y en Bogota 560 mm de Hg aunque estos valores varían un poco según el estado del tiempo. Él liquida barométrico es el mercurio debido a su alta densidad (13,6 g/cm 3 ), líquidos menos densos son impropios porque la altura de la columna seria muy grande. Presión de un gas: se debe al choque de las moléculas contra las paredes del recipiente que lo contiene, cada choque origina una pequeña fuerza y la suma de todas ellas por unidad de área constituye la presión del gas, que se mide por medio de manómetros. TEMPERATURA Es una medida del contenido calórico de un cuerpo y se puede entender como una propiedad que da idea del grado de agitación que poseen sus moléculas 2

3 El contenido calórico depende de la masa, pero la temperatura no, ya que se pueden tener por separado 1 mililitro de agua y 1 litro de agua a 50 o C y como es lógico, el calor almacenado en el litro es mayor que en el milímetro. El calor siempre fluye desde el cuerpo que esta a mayor temperatura hasta otro que este a menor y nunca lo contrario; por lo tanto, la temperatura se puede entender también como una medida de la dirección de flujo del calor. La temperatura de un cuerpo se determina mediante el termómetro, cuya graduación se hace empleando como referencia los puntos de fusión y ebullición del agua, medidos a una atmósfera de presión. Existen varias escalas, o maneras de graduar un termómetro y las más conocidas se ilustran comparativamente a continuación: En la escala centígrada, al punto de congelación del agua se le asigna un valor 0 o C y al de ebullición 100 o C. Entre estos dos valores se hacen 100 divisiones iguales; cada una equivale a 1 o C. En la escala Fahrenheit, al punto de congelación del agua se le asigna un valor de 32 o F y al de ebullición 212 o F. Entre estos dos valores se hacen 180 divisiones iguales; cada una equivale a 1 o F. En la escala de kelvin, al punto de congelación del agua se le asigna un valor de 273 o k y al de ebullición 373 o k. Entre estos dos valores se hacen 100 divisiones iguales; cada una equivale a 1 o k. Esta escala se basa en el coeficiente de dilatación de los gases. Al aumentar en 1 o C la temperatura de un gas, a presión constante, su volumen aumenta un doscientos sesenta y tres avos de su volumen original. Si a presión constante, se parte de un volumen inicial de un gas, a 0 o C y se obtienen valores experimentales del volumen del gas a diferentes temperaturas, se pueden graficar dichos valores hasta la temperatura de congelación del gas, ya que a esta temperatura el gas se licua. Al prolongar la recta en una grafico V v.s T ( o C) se corta el eje de temperatura en el valor de 273,16 o C, en el cual, gráficamente, el volumen del gas seria cero. A esta temperatura se le conoce con el nombre de cero absoluto y es el punto de partida de la escala de kelvin. La escala kelvin también se denomina escala absoluta temperatura. porque no tiene valores negativos de En la escala rankine, al punto de congelación del agua se le asigna un valor de 492 o Ra y al de ebullición 672 o Ra. Entre estos dos valores se hacen 180 divisiones iguales; cada una equivale a 1 o Ra. Esta es la escala absoluta correspondiente a la Fahrenheit. En la escala reamur, al punto de congelación del agua se le asigna un valor de 0 o Re y al de ebullición 80 o Re. Entre estos dos valores se hacen 80 divisiones iguales; cada una equivale a 1 o Re. LEYES DE LOS GASES En el tratamiento de las relaciones ente presión (P), temperatura (T), volumen (V) y numero de moles(n), se considera que el volumen real ocupado por las moléculas es despreciable y que entre ellas no existe fuerza atractiva, lo cual es similar a en modelo de comportamiento ideal. Dichas relaciones se conocen como leyes de los gases. 3

4 LEY DE BOYLE-MARIOTTE Al comprimir un gas, a temperatura y número de moles constantes, su volumen disminuye. Cuando la presión se duplica el volumen se reduce a la mitad, si la presión se triplica el volumen se reduce a la tercera parte; y si la presión, se reduce a la mitad el volumen se duplica, etc. Este comportamiento experimental de los gases se puede expresar así: A temperatura constantes, el volumen de cualquier gas seco, es inversamente proporcional a la presión a que se somete. Matemáticamente su expresión es: V 1 P 1 = V 2 P 2 LEY DE CHARLES GAY LUSSAC Cuando un gas se calienta, a presión y numero de moles constantes, su volumen aumenta. Si la temperatura absoluta se duplica, el volumen también se duplica, si la temperatura absoluta de reduce la tercera parte, el volumen también se reduce a la tercera parte. A presión constante, el volumen de un gas varía directamente proporcional a su temperatura absoluta. Matemáticamente su expresión es: V 1 T 2 = V 2 T 1 RELACION ENTRE EL VOLUMEN Y EL NÚMERO DE MOLES Se considera constante la presión y la temperatura. Es decir, si las moles del gas se duplican, el volumen también se duplica. El volumen de un gas, a temperatura y presión constantes, es directamente proporcional al numero de moles; Matemáticamente esta relación se establece así: V 1 n 2 = V 2 n 1 LEYES DE BOYLE Y CHARLES COMBINADAS Relacionando las leyes de Boyle y Charles, se puede anunciar según un mismo principio, así: el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional al cambio de la temperatura e inversamente proporcional a la variación de la presión. Matemáticamente esta relación se establece así: V 1 P 1 T 2 = V 2 P 2 T 1 LEY DE DALTON Cuando se tienen gases mezclados tal que no reaccionen entre sí, cada gas se expande por todo el volumen del recipiente como si estuviera solo y sus MOLECULAS ejercen su propia presión independientemente de las demás. Esta presión se conoce como presión parcial de gas. 4

5 La ley de Dalton establece: la presión total ejercida por la mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes. Matemáticamente se expresa así: Pt = P 1 + P 2 + P P n PRINCIPIO DE AVOGADRO Experimentalmente se ha encontrado que un mol de un gas a 1 atmósfera y 0 o C ocupa un volumen de 22,4 litros sin que importe la naturaleza del gas. Estas condiciones de temperatura y presión (0 o C y 1 atm), se conoce como condiciones normales (CN) Basado en esta observación experimental, avogadro estableció: volúmenes iguales de gases diferentes, a las mismas condiciones de temperatura y presión, tiene el mismo numero de moles.1 mol de cualquier gas contiene 6,023 x partículas ECUACIÓN DEL ESTADO Todas las leyes descritas anteriormente se pueden consignar en una sola expresión, que relaciona las cuatro variables y se conoce como ecuación general del estado gaseoso Como se puede observar en las leyes, el volumen es directamente proporcional a las moles y a la temperatura absoluta es inversamente proporcional a la presión; lo que matemáticamente equivale a: P V = n R T P = presión V = volumen n = número de moles T = temperatura absoluta R = constante universal de los gases = atm lit / mol o K La ecuación de estado para el gas ideal se puede utilizar: Para definir el valor de una variable. Pasar el gas de un estado inicial a otro final. Determinar densidades y pesos moleculares de los gases. Determinar el volumen de un gas que participa en una reacción, como se muestra en los ejemplos siguientes. LEY DE GRAHAN. La difusión es la propiedad que presentan los gases de distribuirse por todo el espacio del que disponen. La difusión no se desarrolla a la misma velocidad para todos pues los gases livianos se difunden más rápidamente que los pesados. Al respecto Graham estableció que: La velocidad de difusión es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular. Matemáticamente para dos gases de pesos moleculares M 1 y M 2 respectivamente la ley de Graham se expresa: 5

6 V 1 M 1 = V 2 M 2 V 1 = velocidad de difusión del gas 1 M 1 = peso molecular del gas 1 V 2 = velocidad de difusión del gas 2 M 2 = peso molecular del gas 2 TEORIA CINETICA DE LOS GASES. Los gases que existen en la naturaleza a unas condiciones determinadas de temperatura y presión se conocen como gases reales y sus propiedades de estado, muy especialmente su volumen y su presión, dependen de las fuerzas intermoleculares de atracción y del volumen ocupado por sus moléculas, a diferencia del gas ideal en el cual se consideran despreciables. La teoría cinética de los gases se desarrollo entre 1855 y 1880 por Boltzmann, Maxwell, Clausius y otros científicos. La teoría se presenta mediante una serie de postulados, usados para explicar el comportamiento de los gases reales con base en el modelo del gas ideal. Los postulados son: Los gases están constituidos por moléculas de igual tamaño y masa para el mismo gas, pero diferente de un gas a otro. El volumen ocupado por las moléculas de un gas es despreciable con respecto al volumen del recipiente que las contiene. Las moléculas de un gas se mueven constantemente, en línea recta, al azar y chocando entre sí y contra las paredes del recipiente. Estos choques se consideran elásticos, es decir entre choque y choque varían la dirección y la velocidad de las moléculas, pero no ocurre perdida neta de la energía. Se acepta también que cada molécula posee su propia velocidad y por consiguiente su propia energía cinética, pero la energía cinética promedio de todas las moléculas es constante, no depende de la naturaleza del gas, ni de la presión y solo depende de la temperatura absoluta del gas. Las fuerzas intermoleculares de atracción en un gas son despreciables y las moléculas son independientes unas de otras Estos postulados han servido para explicar las leyes de los gases deducidas experimentalmente también para deducir la ecuación de estado y en general para explicar el comportamiento de la materia en este estado físico. Un gas ideal es hipotético y los gases reales solamente se aproximarán a comportamientos ideales a bajas presiones y altas temperaturas donde las moléculas estarán suficientemente separadas para que las fuerzas intermoleculares sean mínimas. PROBLEMAS SOBRE EL ESTADO GASEOSO Para el desarrollo acertado de un problema químico se procede de la siguiente manera: Se lee cuidadosamente y se entiende claramente el enunciado del problema. Se determina lo que se esta preguntando y sobre un papel se escribe en forma correcta la incógnita o lo desconocido Se extrae del enunciado del problema toda la información dada. Se aplican los principios químicos adecuados y se plantea el factor de conversión y/o ecuación química que permita encontrar la equivalencia entre la unidad conocida y la unidad buscada. Se realizan las operaciones matemáticas que sean necesarias 6

7 ACTIVIDADES Para realizar la siguiente actividad necesita: Tabla periódica de los elementos químicos. Calculadora científica Las formulas químicas sobre los gases explicadas en clase. PROBLEMAS. 1. Un gas ideal ocupa un volumen de 50 lt a 350 mm Hg y 25 o C. Que volumen ocupará a 700 mm de Hg, si la temperatura no varia? 2. Un gas ideal ocupa un volumen de 720 ml a 0 o C 1 atm. Que volumen ocupará a 364 o K si la presión no varia? 3. Que volumen en litros, medido a condiciones normales, ocuparán: a. 22 gramos de C 4 H 10. b. 1.2 moles de He. 4. si se tiene 400 ml de un gas ideal a 27 o C y una atm, si se cuadruplica el volumen a igual presión, determina la nueva temperatura en 0 o C. 5. Determine la disminución necesaria en temperatura para que, a presión constante, 4 litros de C 2 H 2, medidos a 27 o C y 1 atm ocupen un volumen de 1 litro. 6. Se mezclan 6.4 g de SO 2 y 6.4 g de O 2 en un recipiente en el cual la presión total es de 2 atm. Cual es la presión parcial de cada gas y el volumen del recipiente si la temperatura es de 25 o C. 7. El aire seco esta formado por 80% de N 2 y 20% de O 2, en porcentaje por mol. Determine su peso molecular en condiciones normales. 8. si la velocidad promedio de una molécula de O 2 a 25 o C es de 4.42 x 10 4 cm/seg., cual será la velocidad promedio de una molécula de CO 2 a la misma temperatura. 9. A una temperatura definida el metano, CH 4, tiene una velocidad de difusión de 12 cm/min. a las mismas condiciones un gas desconocido se difunde 8 cm/min. Determine el peso molecular del gas desconocido. 10. Un litro de cloro gaseoso en condiciones normales tiene una masa de 3,17 gramos. Calcular el peso molecular del cloro. 11. Un litro de oxígeno a 43,5 C y 619 mm Hg, pesa 1,003 gramos. Calcular la densidad en las condiciones normales. VERDADERO O FALSO. Coloque dentro del paréntesis una V si el enunciado es verdadero o una F si el enunciado es falso. 12. ( ) Si un gas se encuentra a 32 o F y 1013 milibares se encuentra en condiciones normales. 13. ( ) Un grado K es igual a un grado Ra. 14. ( ) Si un gas se le duplica el numero de moles, se cuadruplica su presión y se duplica su temperatura absoluta, no cambia su volumen. 15. ( ) El CO 2 y el C 3 H 8 tienen diferentes velocidades de difusión. COMPLETACIÓN. 16. Si la velocidad promedio de difusión del O 2 a 10 o C es 4.3 x 10 4 cm/seg. la velocidad del SO 2 a 10 o C es: 17. El volumen ocupado por 1 mol de un gas ideal a 492 o Ra y 14.7 lb/pulg 2 es: lts. 18. La temperatura a la cual la densidad del H 2 O es 1g/lt es o C a 1atm. APAREAMIENTO. 7

8 19. A cada literal de izquierda corresponde un número de la derecha, forme las parejas que se relacionan. Boyle 1 PV = n RT. Charles. 2 Pt = P1 + P2 Graham 3 P 1 V 1 = P 2 V 2 Dalton 4 V 1 T 2 = V 2 T 1 Ecuación de estado 5 ½ M V 2 Energía cinética. 6 1 mol = 22.4 lt a TPN Avogadro 7 (V 1 ) M 1 = (V 2 ) M Encuentre las parejas que se correlacionan: 1 Gas real. Volumen definido. 2 Gas ideal. Energía cinética promedia 3 mezcla gaseosa Movimiento molecular. 4 Difusión gaseosa. Suma de presiones parciales 5 Temperatura. Licuable. 6 Sólido. Forma y volumen definidos 7 Líquido. No licuable. EL PRIMER PASO HACIA EL BIEN ES NO HACER EL MAL 8

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