La materia. Los gases Ficha de trabajo 1 Características de los estados de agregación 1. Observa la imagen sobre el fenómeno de difusión de una sustancia líquida en otra. Explica cómo es posible que las dos sustancias se mezclen completamente sin que se agite el recipiente. 2. En el epígrafe hemos relacionado las características de los estados de agregación con la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas. Completa la tabla que te servirá de resumen de dichas características. Incluye además si en ese estado de agregación pueden difundirse varias sustancias. Característica Sólido Líquido Gas Volumen Forma Compresibilidad Capacidad para fluir Capacidad para difundirse Se adapta a la forma del recipiente Sí Sí Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 128 AMPLIACIÓN
La materia. Los gases Ficha de trabajo 2 Los estados de agregación y las fuerzas de atracción entre partículas 1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F) y corrige las que sean falsas. a) El estado sólido es el más condensado de los estados de agregación de la materia, pues las fuerzas de atracción entre las partículas son muy intensas. b) Los líquidos tienen una forma constante. c) Los gases no fluyen y se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. d) Los gases se pueden comprimir, ejerciendo una gran presión, pues las fuerzas de interacción entre las partículas son muy intensas. 2. Para producir pan se utiliza agua, harina, sal y levadura. Una vez elaborada la masa, esta se deja fermentar. Este proceso consiste en un cambio químico provocado por la levadura que convierte el almidón y los azúcares en dióxido de carbono (gas) y alcohol. a) Transcurrido el tiempo de la fermentación la masa se ha hinchado; por qué? Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. b) Una vez fermentada, la masa se introduce en el horno para su cocción. El pan obtenido presenta una forma esponjosa; por qué? 129
La materia. Los gases Ficha de trabajo 3 La sublimación y otros cambios de estado Algunas sustancias, como el yodo o el llamado hielo seco (dióxido de carbono en estado sólido), son capaces de sublimar. En estos casos, la temperatura de sublimación es menor que la de ebullición. En el caso del yodo se pasa de un sólido negro a un gas de un llamativo color violeta. Este cambio de estado tiene lugar a temperatura ambiente. El hielo seco se encuentra a 78,5 C, y tiene diversas aplicaciones en la industria agroalimentaria, en la construcción, en el transporte de alimentos refrigerados y otros campos. Responde al cuestionario: 1. Cómo se llama el cambio regresivo que corresponde a la sublimación? 2. Por qué crees que al dióxido de carbono se le denomina hielo «seco»? 3. Qué cambio de estado se produciría en un transporte de alimentos refrigerados si el agente refrigerante fuera agua en estado sólido? Qué ventaja crees que tiene el hielo seco frente al agua en estado sólido para el manejo y transporte de alimentos? 4. Expresa la temperatura de sublimación del dióxido de carbono en kelvin. Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 130 AMPLIACIÓN
La materia. Los gases Ficha de trabajo 4 Gráficas de cambio de estado La glicerina (C 3 H 8 O 3 ) tiene una temperatura de fusión de 17,8 C, y su temperatura de ebullición es de 290 C. A partir de estos datos, construye una posible gráfica de calentamiento de la glicerina. t ( C) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Tiempo Responde al cuestionario: 1. Explica qué fenómenos ocurren en las mesetas de tu gráfico. Por qué en estos tramos no aumenta la temperatura? Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 2. En qué estado de agregación estará la glicerina a una temperatura de 0 C? 3. Es correcto afirmar que la glicerina ebulle a 100 C? Por qué? 131
La materia. Los gases Ficha de trabajo 5 Cambios de estado de varias sustancias 1. A partir de las temperaturas de fusión y de ebullición del agua, butano, etanol y mercurio, que se dan en la primera tabla, completa la segunda, indicando el estado de agregación en el que se encuentra cada sustancia en el intervalo de temperaturas señalado: Sustancia Temperatura de fusión (ºC) Temperatura de ebullición (ºC) Agua 0 100 Butano 138 0 Etanol 114 78 Mercurio 39 357 Intervalo de temperatura Agua Butano Etanol Mercurio de 130 ºC a 120 ºC Líquido de 100 ºC a 45 ºC Líquido de 20 ºC a 1 ºC de 1 ºC a 50 ºC de 50 ºC a 96 ºC Gas Líquido de 110 ºC a 320 ºC Gas Gas Por encima de 360 ºC A partir de los datos de las temperaturas de fusión y de ebullición del agua, butano, etanol y mercurio, completa la siguiente tabla. Expresa la densidad del agua, del butano y del etanol utilizando la notación científica y tres cifras significativas: T (K) t (ºC) Sustancia Estado Densidad (g/cm 3 ) Masa (g) Volumen Agua 20 43,096 ml 473 Butano 103 68,879 ml Etanol 45 37,943 ml Mercurio 3 22,1 cl a) Por qué la densidad del agua no es 1 g/cm 3 en este caso? Es mayor o menor que este valor? Justifica tu respuesta. b) Qué masa tiene un volumen de 500 ml de mercurio líquido? Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 132 AMPLIACIÓN XXXXX
c) Qué volumen ocupa 1 gramo de cada uno de los gases de la tabla en estas condiciones? 2. La figura muestra un gráfico de temperatura-energía térmica suministrada para una determinada sustancia. t ( C) 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 50 100 150 200 Energía térmica suministrada (kj) Indica: a) La temperatura de fusión de la sustancia... b) La temperatura de ebullición de la sustancia... c) El estado de agregación de la sustancia a 57 ºC, y a 3 ºC... d) Dibuja el gráfico de temperaturas que se obtendría al eliminar energía en forma de calor si partimos de esa sustancia a 60 ºC (gráfico del proceso regresivo). Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. t ( C) 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 200 150 100 50 0 Energía térmica eliminada (kj) 133 XXXXX AMPLIACIÓN
La materia. Los gases Ficha de trabajo 6 Los estados de agregación y la TCM 1. Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F) y justifica tu respuesta utilizando el modelo de la teoría cinético-molecular: a) Cuando apretamos con las manos una bola de papel de aluminio logramos comprimir la lámina de aluminio que la forma. b) El olor se puede percibir a distancia porque el gas o vapor responsable de él se difunde por el aire debido al vacío que existe entre las partículas que lo forman. c) Cuando añadimos 5 ml de alcohol a 10 ml de agua el volumen final no es de 15 ml, sino inferior. d) Para hacer volar un globo aerostático es necesario calentar el volumen de aire de su interior, pues así disminuye su densidad y el globo se eleva. e) La evaporación, a diferencia de la ebullición, no es un cambio de estado, pues no ocurre a una temperatura concreta. f) En la evaporación, solo las partículas de la superficie pasan a estado gaseoso (vapor) pues las fuerzas que las mantienen en el líquido son muy intensas. Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 134
La materia. Los gases Ficha de trabajo 7 El estado gaseoso 1. Recuerda algunas de las características de los gases presentes en la atmósfera completando las palabras que faltan en estas oraciones: a) La capa de ozono (O 3 ) ubicada en la... nos protege de la...... que proviene del sol. Sin embargo, si hay ozono en la... se produce un problema de contaminación, ya que este gas irrita las vías respiratorias. b) El......... (CO 2 ) es necesario para que las plantas lleven a cabo la..., y es el responsable del......, necesario para la vida en la Tierra. Sin embargo, el... de este gas en la atmósfera está ocasionando un........., lo que a su vez causa un...... de escala planetaria. 2. El «vacío» es literalmente la ausencia de materia. a) Cómo será la presión en un recipiente en el que se ha hecho el vacío, mayor o menor que la que había antes de hacerlo? Justifica tu respuesta. b) Indica cuál de las representaciones corresponde a un recipiente no deformable en el que se ha hecho el vacío. Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. I II III 3. Realiza los siguientes cambios de unidades de presión: a) 1087 mbar son... Pa. b) 105 Pa son... bar. c) 704 mmhg son... atm. d) 5 atm son... Pa. 135
La materia. Los gases Ficha de trabajo 8 Las leyes de los gases y la TCM 1. Relaciona cada magnitud de un gas con la correspondiente descripción a nivel microscópico de las partículas que lo forman, según la TCM. Presión Recorrido libre de las partículas Volumen Velocidad de las partículas Temperatura Energía de los choques de las partículas 2. Completa esta descripción del comportamiento de un gas a temperatura constante, encerrado en un recipiente de volumen variable. Al disminuir el volumen del recipiente, las partículas, que se mueven a la......, ya que la... se ha mantenido constante, chocarán más veces contra las paredes del recipiente,... así la... que ejerce el gas. 3. Completa esta descripción del comportamiento de un gas a presión constante, encerrado en un recipiente de volumen variable. Al aumentar la..., aumentará la velocidad de las partículas, que chocarán con más energía contra las paredes del recipiente, de volumen variable, aumentando así su...... y con ello el... que ocupa el gas. 4. Completa esta descripción del comportamiento de un gas encerrado en un recipiente de volumen constante. Al aumentar la temperatura, aumentará la............, que......... contra las paredes del recipiente,... así la... que ejerce el gas. 5. Relaciona los apartados I, II y III con las leyes de los gases y su expresión matemática. I. Ley de... Expresión matemática:... II.... ley de Charles y Gay-Lussac Expresión matemática:... III.... ley de Charles y Gay-Lussac Expresión matemática:... Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 136
La materia. Los gases Ficha de trabajo 9 La ley de Boyle y Mariotte Disponemos de datos de presión y volumen de tres situaciones de un gas ideal que se han medido manteniendo la temperatura del gas constante. Estado 1 p = 0,95 atm V = 2,49 L Estado 2 p = 1,20 atm V = 2,04 L Estado 3 p = 1,50 atm V = 1,63 L 1. Representa los valores en un gráfico p-v. p (atm) 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90 0,70 0,50 V (L) 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 2. Expresa matemáticamente la ley de Boyle y Mariotte y calcula el valor de la constante. Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 3. Completa el párrafo: La... que ejerce un gas y el... que ocupa son magnitudes... proporcionales. Su... es constante. 4. Explica, utilizando las ideas de la TCM, por qué al disminuir el volumen de un recipiente que contiene un gas, manteniendo constante la temperatura, aumenta la presión. 137
La materia. Los gases Ficha de trabajo 10 Leyes de Charles y Gay-Lussac 1. A partir de los datos de la tabla, comprueba que se cumplen las leyes de Charles y Gay-Lussac. Utiliza para ello dos representaciones gráficas, seleccionando adecuadamente los datos de la tabla. p (atm) 1 1 1 0,9 0,7 1 V (L) 0,5 0,25 0,1 0,25 0,25 0,25 t ( C) 336,8 31,9 151,0 1,4 59,6 31,9 T (K) V (L) p (atm) 0,6 1,2 0,5 1,0 0,4 0,8 0,3 0,6 0,2 0,4 0,1 0,2 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 T (K) 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 T (K) 2. Expresa matemáticamente las dos leyes anteriores y calcula los valores de las constantes. Expresa estas constantes en unidades del SI. Primera ley de Charles y Gay-Lussac: Segunda ley de Charles y Gay-Lussac: Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 138 AMPLIACIÓN
La materia. Los gases Ficha de trabajo 11 El aire y el oxígeno medicinal 1. Calcula los litros de oxígeno que hay en una habitación de las dimensiones indicadas en la figura. Utiliza para ello el dato de % en volumen del aire puro seco a nivel del mar. 4,6 m 2,3 m 5,2 m 2. El oxígeno medicinal que se usa en pacientes con problemas respiratorios tiene un % en volumen de oxígeno del 99,5%. Calcula los litros de oxígeno que contiene un recipiente de este producto cuyo volumen sea de 0,30 m 3. Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 3. Si quisiéramos tener la misma cantidad de oxígeno que hemos calculado en el apartado anterior en una habitación llena de aire, cuál sería el volumen de esa habitación? 139
La materia. Los gases Ficha de trabajo 12 La presión atmosférica. El experimento de Torricelli Para evidenciar la presión que ejerce la atmósfera, en 1643 Torricelli propuso su célebre experimento, en el que se proponía llenar un tubo con mercurio, taparlo con el dedo, invertirlo e introducirlo en un recipiente abierto que, a su vez, estuviera lleno de mercurio. Torricelli anticipó el comportamiento de la «columna de mercurio», pues expuso que su altura variaría con las condiciones atmosféricas, e incluso anticipó la altura que tendría la columna. El experimento fue llevado a la práctica por su colega Vincenzo Viviani, que demostró experimentalmente que la presión atmosférica determina la altura que alcanza un fluido en el interior de un tubo invertido sobre el mismo líquido; en el caso del mercurio, la altura que corresponde a la presión de 1 atmósfera es de 760 mm. 1. Indica en el último paso del esquema de la figura sobre qué superficies ejercen su acción la presión debida a la columna de mercurio y la debida a la atmósfera. Vacío 760 mm 2. Calcula la altura de la columna de mercurio si la presión atmosférica es de 0,98 atm. Calcula este valor en unidades SI. Utiliza para ello factores de conversión. 3. Si el experimento de Torricelli se hubiera llevado a cabo en la cima de una montaña de 5000 m de altitud, la altura de la columna de mercurio, sería mayor o menor? Grupo Anaya, S. A. Material autorizado. 140 AMPLIACIÓN XXXXX