Guia # 2 Gases

REFLEXION

Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano.(isaaac newton)

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GASES

Propiedades de los gases

La mayoría de los gases son incoloros, como el O₂ y el H₂. Otros como el F y el Cl son amarrillos verdosos; el Br, el NO₂ y el N₂O₃ son café rojizos. Hay gases ácidos, alcalinos y neutros. Pueden ser elementos como el O₂ y el H₂ o compuestos como el CO₂ y el SO₂.

En comparación con los otros estados de la materia, los gases se difunden rápidamente por su elevada energía cinética. Además, se expanden bastante al calentarnos. Al ejercer sobre ellos una presión, disminuyen su volumen.

Para explicar el comportamiento de un gas se tiene en cuenta el volumen, la presión, la temperatura y la cantidad.

Volumen

El volumen de un gas corresponde al volumen del recipiente que lo contiene

Si hay O₂ gaseoso en un recipiente cerrado cuyo volumen es de 2 litros, el volumen del O₂ es también de2 litros, y si se pasa a un recipiente cuyo volumen es de 3 litros, el O₂ tendrá un volumen de 3 litros, el O2 tendrá un volumen de 3 litros. Además cuando se mezclan dos o mas gases, cada uno ocupa el recipiente como si estuviera solo.

Cuando se miden volúmenes de gases es necesario tener en cuenta la presión y la temperatura.

Temperatura

La temperatura es el grado de intensidad de calor; se expresa al realizar cálculos con los gases en escala de temperatura KELVIN o escala absoluta:

Kº = ºC + 273

Presión

La presión de un gas es la fuerza ejercida por sus moléculas cuando chocan contra las paredes del recipiente que las contiene.

Los gases de la atmósfera ejercen presión sobre la superficie terrestre. Esta presión sobre la superficie terrestre. Esta presión se llama Presión atmosférica.

1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = 760 Torr

Como la presión es la fuerza por unidad de área, se expresa en Kg fuerza/ cm², libras fuerza/ pulg² o dinas/ cm².

¿Cómo se mide la presión de los gases?

Hay varios instrumentos para determinar la presión de un gas:

Los diales: que llevan los cilindros de gas.

Los manómetros: se emplean en las estaciones de servicio para medir la presión del aire en los neumáticos.

El barómetro: mide la presión atmosférica.

Cantidad de un gas

La cantidad de un gas se expresa en moles ( n ) ya que esta unidad es fácil obtenerla a partir de gramos o de número de moléculas de un compuesto.

Cuando se habla de condiciones normales (C.N) en un gas, significa que la temperatura es de 0°C o 273°K y la presión es de 1 atm o 760 Torr.

ECUACION DE LOS GASES

Las relaciones de existen entre la presión, el volumen y la temperatura absoluta pueden reducirse a una sola formula que se denomina ecuación de los gases.

La ecuación de los gases es la combinación de:

Los primeros miembros de estas proporciones son iguales. En consecuencia sus segundos miembros son iguales entres si:

Al aplicar las propiedades de la proporcionalidad, se obtiene la siguiente relación:

Analiza el desarrollo de los siguientes problemas

Una muestra de gas ocupa un volumen de 300 ml a una presión de 920 mm de Hg a una temperatura de 14 º C. Si se disminuye la presión a 780 mm de Hg ¿cual es el volumen del gas?

Solución

a) se ordenan los datos

V1 = 300 ml

P1= 920 mm de Hg

T= constante

P2= 780 mm de Hg

b) Se analizan los datos: la presión disminuyo, por consiguiente el volumen aumenta; va a ser mayor de 300 ml. Luego se elige un factor que pruebe el análisis anterior:

El volumen de un globo es de 6.5 litros a una temperatura de 20 º C y a una atmósfera de presión. ¿Cual es el volumen del globo si se disminuye la temperatura a 7 º C?

Solución

a) Se organiza los datos

V1 = 6.5 litros

T1= 20 º C + 273 = 293 º K

P= constante

V2 = ?

T2 = 7º C + 273 = 280 º K

b) Se analizan los datos:

Si la temperatura disminuye, significa que el volumen también disminuye. El nuevo volumen debe ser menor que el inicial. Este último debe ser multiplicado por un factor de temperatura que lo reduzca, así:

Un tanque de acero contiene O2 a 20 º C y una presion de 8 atm. Calcula la presion interna del gas , si el tanque se enfria hasta 4 º C .

Solucion

T1 = 20 º C + 273 = 293 ºK

P1= 8 atm

P2 =

T2= 4º C + 273 = 277 º K

Si la temperatura disminuye, significa que la presión se reduce y la presión es :

TALLER

1.  Un gas esta formado por partículas llamadas?

2. para medir la presión atmosférica se utiliza:

3. Una muestra de gas ocupa un volumen de 100 ml a una presión de 1000 mm de Hg a una temperatura de 24 º C. Si se disminuye la presión a 600 mm de Hg ¿cual es el volumen del gas?

4. Un tanque de acero contiene 05 a 30 º C y una presion de 10 atm. Calcula la presión interna del gas , si el tanque se enfría hasta 6 º C

Laboratotio de Soluciones

Concentración de una solución

1. Objetivos

• Con base en una reacción química, calcular estequiométricamente la masa de soluto presente en una solución ácida.

• Determinar la concentración analítica molar de una solución ácida.

• Preparar una solución sobresaturada y discutir sus características.

2. Materiales y equipo

• CH₃COONa.3H₂O,     CaCO₃,    HCl(ac)  <=  3.0 M
• Cápsula de porcelana
• Tubo de ensayo
• Vidrio de reloj
• Embudo
• Soporte
• Triángulo de porcelana
• Balanza
• Mechero

18.4 Procedimiento

18.4.1 Cálculo de la concentración de una solución ácida

Pesar una cápsula de porcelana, limpia y seca, en una balanza. Añadir 4 ó 5 pedazos pequeños de mármol (o 2.50 g de CaCO₃) a la cápsula y determinar la masa de todo el conjunto. Adicionar 15.00 mL de solución de HCl y calentar suavemente a 50 °C hasta que la reacción haya finalizado (figura 18.2).

Figura 18.2 Reacción del CaCO₃ con HCl

Si se ha utilizado CaCO₃ en lugar de mármol, debe filtrarse todo el contenido de la cápsula utilizando un papel de filtro previamente pesado, el sólido se lava varias veces con agua destilada y se seca en una estufa hasta peso constante.

Si se usaron pedazos de mármol, decantar y descartar la solución remanente en la cápsula. Lavar el residuo de mármol con agua destilada y secarlo en una estufa hasta peso constante.

18.4.2 Sobresaturación

A un tubo de ensayo limpio y seco añadir 3.0 g de CH₃COONa.3H₂O y 1.0 mL de agua. ¿Qué se observa?

Colocar el conjunto al baño María hasta que todo el sólido se haya disuelto. Retirar el tubo del baño y dejarlo enfriar a la temperatura ambiente. Anotar sus observaciones.

Añadir un cristalito pequeño de CH₃COONa.3H₂O a la solución sobresaturada. ¿Qué sucede ahora?

18.5 Datos y resultados

• Masa de la cápsula + mármol ................................. _______ g
• Masa de la cápsula + residuo seco ......................... _______ g
• Masa de CaCO₃ que reacciona ................................ _______ g
• Cantidad química de ácido ..................................... _______ mol
• Concentración del HCl(ac) ...................................... _______ mol/L

guia # 1 Quimica Soluciones

REFLEXIÓN

"Todo lo que somos es el resultado de lo que hemos pensado; está fundado en nuestros pensamientos y está hecho de nuestros pensamientos."Aristóteles (384 AC-322 AC

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SOLUCIONES

Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.

La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente.

Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:

1.	Su composición química es variable.
2.	Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.
3.	Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

La solubilidad

Es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura. La solubilidad  se presenta  entre las sustancias  que son  perfectemente  miscibles. El agua  y el alcohol  son miscibles: se mezclan  entre sí  en todas las proporciones  para formar  una solución. Por otro lado el agua y el aceite  son inmiscibles,  no se mezclan entre si. El uno es insoluble en el otro.

Factores que afectan la solubilidad

a) Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez (pulverizando el soluto).

b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución.

c) Temperatura: Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.

d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional.

MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES

La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes:

Porcentaje peso a peso (% P/P): Representa  el número  de gramos de soluto presentes  en 100 g de solución. Se expresa con la notación  %( p/p)

Una solución  al 5%  (p/p) de azúcar  en agua con tiene 5 gramos de  azúcar en 100 g de solución.

Problema

Calcular la masa de AgNO₃, presente en 200 g de una solución  al 6%. La concentración  inidica que la solución contiene 6 gramos de sal  AgNO₃ por cada 100 gramos de solución.

Aplicando la ecuación: 

También se puede resolver aplicando una regla de tres simple:

La concentración  6% inidica que la solución contiene 6 gramos de sal  AgNO₃ por cada 100 gramos de solución. Entonces:

6gr de AgNO₃ → 100 gr de solución

X              →  200 gr de solución

Porcentaje  volumen a volumen ( % v/v): Indica  cuantos milimetros  de soluto  estan presentes  en 100 ml de solución. Se expresa con la notación  % ( v/v ).

Ejemplo:

Una solución al 3 % ( V/V) de alcohol en agua contiene 3 ml de alcohol  en 100 ml de solución.

Problema

¿Cuál es el porcentaje v/v de una solución que contiene 1 ml de ácido en 40 ml de agua?

Vol del soluto + Vol del solvente = volumen total de la solución

1 ml +  40 ml = 41 ml de Solución

Fracción molar (Xi): se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.

Problema

Una solución  contiene 5.8 g de cloruro de sodio de NaCl y 100 g de H₂O. Determina la fracción molar del agua y la sal.

Debemos convertir los gramos de cada sustancia de la solución en moles.

Molaridad ( M ): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Se representa con la letra M y se encuentra dividiendo el número de moles de soluto (n) entre el volumen (v) en litro de la solución:

M = moles de soluto  /  Litros de solución 
M =  n /  v.

Analiza el desarrollo del siguiente problema sobre molaridad:

1. Se tiene 3.6 moles de azúcar  en 1.8 litros  de solución. ¿Cuál será su concentración  molar?

Se puede realizar aplicando una regla de tres simple o aplicar la fórmula.

Aplicando la fórmula, tenemos que:

M = moles de soluto  /  Litros de solución

M = 3.8 moles de azúcar  /  1.8 Litros de solución

M = 2 moles/L

2. Si tienes  dos moles de NaCl para preparar  una solución de 0.5 molar, ¿cuántos litros de ella se pueden  preparar?

Si M = moles de soluto / litros de solución

o sea que  0.5 = 2 moles sal / litros de solución

Despejando nos queda:

3. Se requiere preparar  7.5 litros de una solución  0.30 M  de cloruro de amonio  (NH₄ Cl). ¿Qué cantidad de soluto se requiere?

Solución

Molalidad (m): Es el número de moles de soluto contenidos en  1000 gramos o en un kilogramo de disolvente. Se representa con la letra  m  y se expresa así:

Analiza los siguientes problemas relacionados con la molalidad

Determina  la concentración  molal de una solución  preparada con 1.5 moles de una sal disueltos en 250  ml de agua.

Solución

Fijase que el disolvente esta en ml se debe hacer la conversión a kg, ya que son las variables que se manejan en la molalidad.

1000 ml de agua = 1000 gr de agua

1 kg = 1000 gr, por lo tanto, 1 kg de agua = 1000 ml de agua. 

m = 1.5 moles de sal ÷ 0.25 kg de agua

m = 6 moles/kg 

Respuesta: La solución tiene una concentración de 6 molal.

Normalidad ( N)

 Relaciona  el número de equivalentes en gramo de un soluto, con la cantidad de solución, en litro.

El concepto de equivalente gramo  ha sido desarrollado  especialmente  para referirse  a ácidos y bases, por lo tanto, un equivalente  gramo es  la masa de las sustancias (ácido o base), que produce un mol de iones H⁺ (hidronios), en el caso  de los ácidos o un mol de iones OH^- (hidroxilo) en el caso de las  bases.

Un equivalente gramo es igual al peso del compuesto sobre el peso molecular o masa de un equivalente, es decir, número de moles. En el caso  de ácidos y bases que producen  más de una mol  H⁺ o OH^-, como por ejemplo el H₂SO₄ o el Fe (OH)₃, el peso de un equivalente gramo se calcula así:

Por lo tanto la fórmula de normalidad  quedaría:

Problema

¿Cuál será la normalidad de una solución de NaOH  que contiene 8 g de NaOH en 200 ml de solución?

eq-g = 8 g ÷ 40 g/eq

eq-g = 0.2 eq

N = # eq-g de soluto ÷ Volumen de la solución

N = 0.2 eq-g de NaOH ÷ 0.2 L de solución

N = 1eq-g/L

También se puede resolver por regla de tres simple:

1 mol de NaOH = 1 eq-g de NaOH

1 mol de NaOH = 40 gr/mol

1 eq-g de NaOH →40 g

X                 → 8 g

Se convierten los 200 ml a litros:

Se cancelan los gramos y las moles y nos queda. Respuesta: N = 1eq-g/L

Partes por millón (ppm)

Para medir concentraciones pequeñas, como por ejemplo las particulas  contaminantes  que eliminan los automotores, la concentación  de bromo  en aguas residuales  provenientes  de las curtiembres (industria del cuero) o la cantidad de fluoruro de cloro proveniente del agua potable, se utiliza la unidad denominada partes por millón. Esta unidad expresa las partes de soluto presentes en un millón de partes de solución. Generalmente  para soluciones  sólidas  se usa unidades de mg/kg y para soluciones liquidas mg/L.

Problema

¿Cuál será la concentración en ppm, de una muestra de 350 ml de solución de cloruro de sodio en agua, que contiene 0.00070 g de esta sal disuelta?

TALLER

1. Calcular la masa de H2CO3  (Acido carbonico), presente en 200 g de una solución  al 10%. La concentración  indica que la solución contiene 10 gramos de sal H2CO3  (Acido carbonico) por cada 50 gramos de solución.

2. Una solución  contiene 10 g HNO2 Acido nitrosoy 100 g de CO2. Determina la fracción molar del agua y la sal.

Debemos convertir los gramos de cada sustancia de la solución en moles.

3. Se tiene 30 moles de azúcar  en 2.9 litros  de solución. ¿Cuál será su concentración  molar?