viernes, 3 de julio de 2009
miércoles, 1 de julio de 2009
CURSO DE QUIMICAIII
OBJETIVO GENERAL
Al termino del curso el alumno valora la importancia del estudio de la química como ciencia teórica- práctica y dinámica, a través de conocimientos en los siguientes temas: Leyes de los gases, Leyes pondérales, disoluciones empíricas y valoradas, ácidos y bases con un enfoque en (CTSy A) permitiéndole consolidar una cultura química que ha adquirido en los cursos anteriores, para que sea capaz de tomar decisiones en el contexto actual.
TEMA I
ESTADO GASEOSO
Al termino del curso el alumno valora la importancia del estudio de la química como ciencia teórica- práctica y dinámica, a través de conocimientos en los siguientes temas: Leyes de los gases, Leyes pondérales, disoluciones empíricas y valoradas, ácidos y bases con un enfoque en (CTSy A) permitiéndole consolidar una cultura química que ha adquirido en los cursos anteriores, para que sea capaz de tomar decisiones en el contexto actual.
TEMA I
ESTADO GASEOSO
OBJETIVO PARTICULAR
Al término del tema, el alumno analizara como las variables ;presion, temperatura,y volumen ,definen el comportamiento del estado gaseoso fundamentado en las leyes que las rigen y relacionandolas con aplicaciones cotidianas.
INRODUCCION
El comprender las diferentes propiedades de los gases y como varian, lo podremos conseguir a traves de un modelo que pretenda explicar ¿Cómo estan formados los gases? ¿Còmo son por dentro?
Un modelo: es una aproximación a la realidad.
Los modelos se elaboran para facilitar la comprensión y el estudio de diversos fenómenos.
Las leyes de los gases ayudan a predecir el comportamiento de los mismos, pero no explican lo que sucede a nivel molecular y que ocasiona los cambios que se observan en el nivel del microscopio. Por eso se ha propuesto el modeo de la teoria Cinetica Molecular, cuyos fundamentos iniciales se deben a D. Bernoulli en 1783 y posteriormente a Maxwell y Boltzman en 1860.
SUBTEMA 1.1
“LA TEORIA CINETICA MOLECULAR DE LOS GASES “
Objetivo especifico:
Al termino del subtema el alumno explicara los postulados de la teoria cinetico molecular mediante conocimientos teorico-practicos para entender el el comportamiento de los gases.
“ TEORIA CINETICA “
Cuyos postulados principales son:
1. los gases estan constituidos por pequeñas particulas que estan separadas por distancias mucho mayores que sus propias dimensiones. Las particulas pueden considerarse como “puntos” es decir, poseen masa pero tienen un volumen despreciable comparado con el volumen que los contiene.
2. debido a que las particulas de gas permanecen separadas, entre ellas no existe ninguna fuerza de atracción o repulsión significativa y puede considerarse que se comportan como masas muy pequeñas.
3. las particulas de gas estan en continuo movimiento en direccion aleatoria y con frecuencia chocan con otras. Las colisones entre las particulas son perfectamente elasticas, es decir, la energis se transfiere de una particula a otra por efecto de colisiones, sin embargo, la energia total de todas las particulas del sistema permanece inalterada.
4. la energia cinetica promedio de las paticulas es proporcional a la temperatura del gas (en Kelvin), la energia cinetica promedio de una particula esta dada por:
Ec= ½ mv 2
Donde:
Ec = Energia Cinetica
M = Masa de la particula
V = Velocidad de la partícula
CARACTERISTICAS DE LOS GASES
Compresión
Tomando como referencia el tamaño de las particulas de un gas, existe una gran distancia de espacio vacio, entre ellas, lo que hace posible su comprensión o compresibilidad, es decir, la reduccion o disminución de los espacios vacios entre sius moleculas; lo cual se logra aumentando la presion y/o disminuyendo la temperatura.
Expansion
Cuando se calienta una muestra de gas, aumenta la velocidad promedio de sus pariculas, las cuales se mueven en un espacio mayor, dando como resultado que todo el gas aumenta su volumen se han expandido.
Experimentos de compresión y expansion
Video del experimento de compresión y expansion de gases
Ejercen presion sobre el recipiente que los contienen
Al estar en continuo movimiento, las particulas de un gas chocan contra las paredes del recipiente que los contiene, ejerciendo presion sobre ellas.
Difusión
Cuando dos gases entran en contacto, se mezclan hasta quedar uniformemente repartidas las particulas de uno en otro, esto es posible por el gran espacio existente entre sus particulas y por el continuo movimiento de estas.
EJERCICIOS
CUESTIONARIO DE TEORIA CINETICO MOLECULAR
1. Usa la teoría cinetico molecular para explicar por que la presión sube cuando se añaden mas moléculas de un gas a una muestra de un recipiente de volumen fijo a temperatura constante.
2. Ordena las siguientes sustancias gaseosas de menor a mayor energia cinetica media de sus moléculas a 25º C.
3. Suponga que compra dos globos llenos de helio del mismo tamaño aproximadamente, los lleva a casa y guarda una en el congelador dejando el otro en su habitación,después de unas horas saca el globo del congelador y lo compara con el otro.Con base en la teoria cinetico que diferencia se ve:
a). Inmediatamente después de sacar el globo del congelador.
b). Después de que el globo se calienta a temperatura ambiente.
4. De acuerdo a la teoria cinetico molecular describe como funcióna un aerosol
UNIDADES FISICAS
SUBTEMA 1.2
Unidades Fìsicas y Quìmicas
Objetivo especifico: Al termino del subtema el alumno empleara las unidades de presiòn, temperatura, masa, y volumen a fin de realizar ejercicios de conversión de unidades parar la resoluciòn de problemas.
Presion: se define como la fuerza aplicada por unidad de area.
P = F/A
Donde: P = presion
F = fuerza
A = area
Las unidades de medida de la presion se representan por el cosiente de las unidades de fuerza entre las de superficie: g /cm, kg/cm, lb / in, atmosferas, torricelli, etc.
Presion atmosferica
Volumen: se define como el espacio ocupado por un cuerpo. Las unidades de medida del volumen son: centímetros cubicos (cm ), decímetros cubicos (dm ), metros cubicos (m ), litros (L) mililitros (mL), kilolitros (kL), etc.
Equivalencias
1L = 1000 mL
1 dm = 100 cm
I L = 1 dm
1 mL = 1 cm
1 kL = 1000 L
1 m = 1000 L
Temperatura:
¿Què es la temperatura? La temperatura es una propiedad de los sistemas que nos indica cuando dos sistemas han alcanzado el equilibrio termico. Para el mode lo de los gases ideales, la temperatura se define como la medida de la energia cinetica promedio que tienen las particulas de un sistema.
Consideremos 2 sistemas A y B , en los cuales la temperatura A es mayor que la temperatura B. los sistemas son cerrado: no puede salir o entrar materia de ellos, aunque la energia si lo puede hacer. Los dos sistemas se ponen en contaco y se observa que se transfiere energia del sistema A (de mayor temperatura) al sistema B (de menor temperatura) hasta que esta se igualan. En dicho punto se dice que los dos sistemas se encuentran en equilibrio termico.
EJERCICIOS DE TEMPERATURA
Unidades quimicas
Mol
Unidad de medida (SI) de la cantidad de sustancia (n)
Un mol se define como la undiad de cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como atomos hay en 0.012 kg de carbono 12 (14ª. Conferencia general de pesas y medidas – 1971,resolucion 3).
Pero ¿Cuàntos atomos hay en 12g de C 12?
6.022 x 1023 atomos
A este numero se le conoce como numero de avogadro en honor al quimico italiano Amadeo Avogadro.
SUBTEMA 1.3
LEYES DE LOS GASES
Objetivo especifico: Al termino del subtema el alumno resolvera problemas del estado gaseoso utilizando las formulas de los gases ideales con fundamento en las leyes que los rigen .
LEY DE BOYLE – MARIOTTE
En 1660 Robert Boyle encontro una relacion inversa entre la presion y el volumen de un gas cuando su temperatura se mantien constante.
La expresión matematica de la ley de Boyle indica que el producto de la presion de un gas por su volumen es constante:
PV = K
P1 V1 = P2 V2
Como muestra la figura 1, cuando se somete un gas a una presion de 4 atmosferas el volumen del gas disminuye. Por lo tanto a mayor presion menor volumen.
Figura1.gas sometido a presion de 4 atmosferas
En la figura 2 se observa que cuando se disminuye la presion a 1 atmosfera, el volumen aumenta, debido a que los gases son compresibles. Por lo tanto a menor presion mayor volumen.
Figura 2. gas sometido a presion de uno atmosfera.
EJERCICIO
1. Se desea comprimir 10 litros de oxigeno a tempertura ambiente y una presion de 30 kPa , hasta un volumen de 500 ml. ¿Què presion en atmosferas hay que aplicar?
P1 = 30kPa (1atm / 101.3 kPa) = 0.3 atm
500ml = 0.5 L
P1 V1 = P2 V2
P1 = 0.3 atm
V1 = 10 L
V2 = 0.50 L
Despejamos P2 y sustituimos.
P2 = P1 (V1 / V2)
P2 = 0.3 atm (10 L / 0.50 L ) = 6 atm
LEY DE GAY LUSSAC
La presion y la temperatura absoluta de un gas a volumen constante, guardan una relacion proporcional.
Esta relacion fue determinada originalmente por G. Amonton, quien en 1703 fabrico un termometro de gas basado en este principio. No obstante, por los estudios que realizo Gay – Lussac en 1802 la ley lleva su nombre.
La figura 1 ilustra la ley de Gay Lussac. En un recipiente rigido, a volumen constante, la presion se dobla al duplicar la temperatura absoluta.
Figura1.
La expresión matematica de esta ley es:
P / T = K”
P1 / T1 = P2 / T2
EJERCICIO
Una lata vacia de aerosol de 200ml contiene gas a 585 mm de Hg y a 20º C ¿Cuàl es la presion que se genera en su interior cuando se incinera una fogata a 700º C?
DATOS
T1 = 20º C + 273 =293º K
P1 = 585 mmHg
T2 = 700º C + 273 = 973º K
P2 = ?
P1 / T1 = P2 / T2
Despejando
P2 = P1 (T2 / T1)
P2 = 585 mmHg (973º K / 293º K) = 1943 mmHg
LEY DE CHARLES
En 1787, el fisico frances J. Charles propuso por primera vez la relacion proporcional entre el volumen y la temperatura de los gases a presion constante.
Charles fue el inventor del globo aerostatito de hidrogeno, como no publico los resultados de sus investigaciones sobre gases, se atribuye tambien esta ley a Gay – Lussac, quien comprobo el fenomeno en 1802.
A presion constante el columen se dobla cuando la temperatura absoluta se duplica.
Como se parecia en la figura 1.a presion constante el volumen de un gas aumenta al aumentar la temperatura absoluta.
Figura1. a presion constante el volumen de un gas aumenta con la temperatura.
La expresión matematica de la ley de Charles es
V / T = k’
K’ es una constante
EJERCICIO
Un globo con volumen de 4 L a 25º C reduce su volumen a 3.68 L cuando se introduce un buen rato en el refrigerador. ¿A qué temperatura esta el refrigerador?
V1 / T1 = -V2 / T2
Se despeja T2
T2 = T1 (V2 / V1)
298 K ( 3.68 L / 4 L) = 274.1 K
274.1 K = 1º C
UVE DE GOWIN PARA LA LEY DE CHARLES
LEY DE GASES IDEALES
El principio, hipótesis o ley de Avogadro establece:
“Volúmenes iguales de diferentes gases bajo las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”
Esto significa que un litro de nitrógeno (N2) tiene el mismo número de moléculas que un litro de cloro (Cl2) o de cualquier otro gas, es decir: el volumen es proporcional al número de moléculas, a la cantidad de sustancia, al número de moles (n)
V α n
Ecuación de estado del gas ideal (Ley de Gases Ideales)
Al tomar como base las leyes de Boyle-Mariotte, de Charles y el principio de Avogadro, se tiene que:
V α 1 (T y n constantes) Ley de Boyle-Mariotte
P
V α T (P y n constantes) Ley de Charles
V α n (T y P constantes) Principio de Avogadro
Combinando estas tres proporcionalidades se obtiene que el volumen varía en forma directamente proporcional a la cantidad de sustancia y a la temperatura absoluta, e inversamente proporcional a la presión aplicada.
V α nT
P
Para utilizar esta proporcionalidad como una ecuación matemática, es necesario introducir una constante de proporcionalidad que en este caso es (R), y que recibe el nombre de constante universal de los gases
V = nRT _
P
PV = nRT
Esta expresión se llama: Ecuación de estado del gas ideal, o ecuación de gases ideales
Para determinar el valor de la constante universal de los gases (R) y poderlo usar en la resolución de problemas, se toma la cantidad de sustancia de 1 mol en condiciones normales de presión y temperatura, el cual ocupa un volumen de 22.4 litros.
n = 1mol De la ecuación de estado
P = 1atm PV = nRT
T = 273 °K
despejar R
V = 22.4 L nRT = PV
R = PV
nT
R = (1atm) (22.4 L)
(1mol) (273°K)
R = 0.082051282
R @ 0.082 atm L
mol °K
Notar que la tercera cifra decimal es significativa y al resolver problemas trabajar al menos tres decimales.
Problema
Se hace reaccionar una tira de magnesio de 0.0252g con ácido clorhídrico diluido al 10%, contenido en una probeta invertida en el seno del agua de un cristalizador. Al terminar la reacción
Mg (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2(g)
Se lee en la escala de la probeta que el magnesio desplazó 35mL de hidrógeno (H2). Calcular la masa en gramos correspondiente al volumen obtenido, si la temperatura es de 26 °C y la presión barométrica es de 601 mmHg. (Véase figura).
H2
HCl 10%
H2O de la llave
Tira de magnesio
Para corregir la presión, se resta el valor de la presión de vapor del agua a la misma temperatura (26 °C), tomada de la tabla correspondiente:
601 mmHg – 2502 mmHg = 575.8 mmHg
DATOS
VH2 =35 mL x 1L _ = 0.035L
1000ml
P = 575.8 mmHg x 1atm _ = 0.7576 atm
760 mmHg
T = 26°C + 273 = 299 °K
PM H2= 1.008 +1.008 = 2.016 g/mol
R = 0.082 atm L _
mol °K
En la ecuación de estado: PV = nRT
Sustituyo la cantidad de sustancia (n) por su igual
n = m _ donde: PV = m R T
PM n = numero de moles (mol) PM
m = masa (g)
PM = peso molecular (g/mol)
Ahora despejo la masa:
m _ RT = PV
PM
m = P V PM
RT
m = (0.7576 atm) (0.035 L) (2.016 g) (mol g)
(0.082 atmL) (299°K) mol
m = 0.0021802 g
m = 2.1802 x 10-3 g
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