s, p, d, f
La materia está vacía
Es curioso... a escala microscópica somos vacío... no somos nada en realidad la materia está vacía.... si nos acercamos a nuestra piel y avanzamos... a escalas microscópicas el vacío se hace inmenso casi total...
El átomo es la menor porción de un elemento químico que puede ser considerada como tal. Podemos imaginarnos, entonces, que dividiendo progresivamente un elemento en porciones cada vez más pequeñas alguna vez llegaremos al átomo.
En la estructura del átomo encontramos el núcleo y la corteza. La corteza es la región del átomo donde podemos encontrar a los electrones. El tamaño de la corteza es increíblemente grande comparado con el tamaño del núcleo.
En la estructura del átomo encontramos el núcleo y la corteza. La corteza es la región del átomo donde podemos encontrar a los electrones. El tamaño de la corteza es increíblemente grande comparado con el tamaño del núcleo.
Para hacernos una idea de estas dimensiones podemos utilizar las siguientes comparaciones:
- Si el tamaño del núcleo fuera el de una habichuela, el tamaño de la corteza sería el de un estadio de fútbol y el electrón sería una pulga inquieta moviéndose alrededor del estadio.
- Si el núcleo es un balón de fútbol, la corteza es la región que lo rodea en un diámetro de 30 km.
Entonces, si estamos hechos de átomos, ¿estamos hechos de
vacío? ¿Cómo es que un material no puede atravesar el vacío de otro?
Para poder responder a estas cuestiones vamos a utilizar el
ejemplo del ventilador. Cuando un ventilador está apagado podemos atravesar
fácilmente el espacio que queda entre sus aspas. Cuando el ventilador está
encendido no podemos penetrar en ese espacio. La corteza del átomo es como el
área producida por un ventilador encendido, mientras los electrones se mueven
en la corteza crean una nube que hace que la materia se presente como impenetrable.
Tamaños de los átomos y sus partículas:
La materia está compuesta por átomos (con radios del orden de 10-8 cm = 0,00000001 cm), si te fijas en la
estructura de un átomo, verás que se compone de un núcleo central (con radio
del orden de 10-12 cm =0,000000000001 cm) donde se encuentran los protones y neutrones, y de electrones que giran a su alrededor en
orbitales (a distancias del orden de 10000 veces el tamaño del núcleo). Entre el núcleo y estos orbitales hay vacío, por lo que se dice que
la materia es un gran espacio vacío.
REFLEXIÓN FILOSÓFICA:
Un profesor en su clase de
Filosofía, sin decir palabra, cogió un frasco grande y vacío de mayonesa y lo
llenó con pelotas de golf. Luego preguntó a sus estudiantes
si el frasco estaba lleno y ellos estuvieron de acuerdo en decir que si.
De nuevo, sin decir nada, el
profesor cogió una caja llena de canicas y la vació dentro del frasco de
mayonesa. Las canicas llenaron los espacios
vacíos entre las pelotas de golf. El profesor volvió a preguntar a
los estudiantes si el frasco estaba lleno y ellos volvieron a decir que si.
Luego... el profesor cogió una
caja con arena y la vació dentro del frasco. Por supuesto, la arena llenó
todos los espacios vacíos, y el profesor preguntó nuevamente si el frasco
estaba lleno. En esta ocasión los estudiantes
respondieron con un 'si' unánime.
El profesor enseguida agregó 2
tazas de café al contenido del frasco y efectivamente llenó todos los espacios
vacíos entre la arena. Los estudiantes reían en esta ocasión. Cuando la risa se
apagaba, el profesor dijo:
'QUIERO QUE SE DEN CUENTA QUE
ESTE FRASCO REPRESENTA LA VIDA'.
Las pelotas de golf son las cosas
importantes como la familia, los hijos, la salud, los amigos,... Son cosas que, aún si todo lo
demás lo perdiéramos y solo éstas quedaran, nuestras vidas aún estarían llenas.
Las canicas son las otras cosas
que importan, como el trabajo, la casa, el coche, etc.
La arena es todo lo demás… las
pequeñas cosas.
'Si ponemos primero la arena en
el frasco, no habría espacio para las canicas ni para las pelotas de golf. Lo mismo ocurre con la vida'.
Si gastamos todo nuestro tiempo y
energía en las cosas pequeñas, nunca tendremos lugar para las cosas realmente
importantes. Presta atención a las cosas que
son cruciales para tu felicidad.
Juega con tus hijos, dedica tiempo a revisar tu salud, ve con tu pareja a cenar, practica tu deporte o afición
favoritos, siempre quedará tiempo para
limpiar la casa y reparar la llave del agua. Ocúpate de las pelotas de golf
primero, de las cosas que realmente importan. Establece tus prioridades, el
resto es solo arena…
Uno de los estudiantes levantó la
mano y preguntó qué representaba el café..
El profesor sonrió y dijo:
'Que bueno que me hagas esta pregunta… Sólo es
para demostraros, que no importa cuan ocupada tu vida pueda parecer, siempre
hay lugar para un par de tazas de café con un amigo.'
Reacciones Químicas
Evidencia de las reacciones químicas
CAMBIO FÍSICO: Es aquel que ocurre externamente. No existe
un cambio interno en la estructura de la materia, ya que no existe una
reordenación de átomos; no se forman sustancias nuevas. Es un cambio de estado,
por tanto es reversible. La composición química de una sustancia permanece constante.
Ejemplo: los cambios de estado (Fundir hielo, vaporización...)
CAMBIO QUÍMICO: Cambio que ocurre internamente. En él existe
una reordenación de átomos dando origen a sustancias nuevas. Este cambio es el
resultado de una reacción química: generalmente es irreversible. La composición
química de una sustancia cambia. Ejemplo: Oxidación del hierro
REACCIÓN QUÍMICA, cambio químico o fenómeno químico, es todo
proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes),
por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando su estructura
molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos.
Un cambio químico se lleva a cabo cuando:
- Se produce un gas.
- Se produce un sólido insoluble.
- Se observa un cambio de color permanentemente.
- Se observa un cambio de calor.
- Exotérmico – se libera calor.
- Endotérmico – se absorbe calor.
- Endotérmico – se absorbe calor.
ECUACIÓN QUÍMICA: descripción simbólica de una reacción
química. Muestra las sustancias que reaccionan (llamadas reactivos o
reactantes) y las sustancias que se obtienen (llamadas productos). También
indican las cantidades relativas de las sustancias que intervienen en la
reacción.
- La flecha: indica produce.
- Catalizador – sustancia que acelera la velocidad de reacción sin consumirse o alterarse permamentemente.
- Coeficientes: son los números a la derecha de la fórmula.
- Subíndice: son los números pequeños que indican el número de átomos de cada clase que hay en la fórmula química.
Estado Físico
El estado
físico se indica de la siguiente manera:
- (g) gas
- (l) líquido
- (s) sólido
- (ac) acuoso
Ley de conservación de la masa (Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794)): La masa total de todas las sustancias presentes es la misma antes y después de llevarse a cabo la reacción química.
¿Qué
significa esta ecuación? N2 (g) + 3H2 (g) ® 2NH3 (g)
- 1 molécula de nitrógeno (con 2 átomos) reacciona con 3 moléculas de hidrógeno (con 2 átomos) para formar: 2 moléculas de amóníaco ( Cada molécula contiene 1 átomo de N y 3 átomos de H)
- 1 mol de nitrógeno (N2) reacciona con 3 moles de hidrógeno (H2) para formar: 2 moles de amoníaco (NH3)
- 28 gramos de nitrogeno reaccionan con 6 gramos de hidrogeno para formar: 34 gramos de amoniaco.
Algunos Tipos de reacciones químicas y ejemplo:
Reacción de Combinación (Síntesis): A
+ Z ® AZ
2Sr(s) + O2(g) ® 2SrO(s)
Reacción de Descomposición
(Análisis): AZ ® A + Z
Cd(HCO3)2(s) ® CdCO3(s) + H2(g) + CO2(g)
Reacción de Simple Desplazamiento: A
+ BZ ® AZ + B
Zn(s) + CuSO4(ac) ® ZnSO4(ac) + Cu(s)
Reacción de Doble Desplazamiento: AX
+ BZ ® AZ + BX
AgNO3(ac) + KCl(ac) ® AgCl(s) + KNO3(ac)
Siete elementos existen naturalmente como moléculas diatómicas:
H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, y I2
Representación molecular:
Combustión del metano:
Descomposición clorato potásico:
Síntesis del ácido clorhídrico:
Sábados de la Física 2013-14
A partir del próximo sábado 9 de Noviembre y durante 12
sábados, se desarrollará en la Facultad de Ciencias de la Universidad de
Cantabria un ciclo de sesiones que bajo la denominación de Sábados de la
Física, organiza anualmente el Aula de la Ciencia de la Universidad de
Cantabria en colaboración con la Facultad de Ciencias, y bajo la coordinación
del profesor del Dpto. de Física Aplicada de la UC., Dr. Julio Güemez Ledesma.
Las
sesiones serán atendidas por el propio Julio Güemez y los profesores Ana Isabel
Diego y José Miguel Ruiz Sordo, con la colaboración de profesores invitados.
Esta actividad se desarrollará en el Aula "Espacio
Tocar la Ciencia", de la Facultad de Ciencias, cuya capacidad es de 30
personas sentadas y otras 30 de pie. La entrada será libre hasta completar
aforo.
Exámenes resueltos de Matemáticas II PAU Cantabria
En el siguiente link dispones de los exámenes resueltos de Matemáticas II de la PAU Cantabria desde el año 1996 hasta septiembre 2013, cortesía del Profesor Antonio Menguiano Corbacho del Instituto Castelar de Badajoz. Gracias por este magnífico trabajo.
Disoluciones
Una disolución, también
llamada solución, es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o
más sustancias químicas, que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en
proporción que varía entre ciertos límites. El tamaño molecular de la partículas debe ser inferior a
10-9 m.
Se llama mezcla coloidal cuando el tamaño de
partícula va de 10-9 m a 2.10-7 m.
Se llama suspensión cuando el tamaño de las
partículas es del orden de 2.10-7 m.
Componentes de una disolución: Soluto y disolvente
Frecuentemente, uno de los componentes es
denominado solvente, disolvente, dispersante o medio de dispersión y los demás
solutos. Los criterios para decidir cuál es el disolvente y cuáles los solutos
son más o menos arbitrarios; no hay una razón científica para hacer tal
distinción. Se suele llamar solvente al componente que tiene el
mismo estado de agregación que la disolución; y soluto o solutos, al otro u
otros componentes. Si todos tienen el mismo estado, se llama disolvente al
componente que interviene en mayor proporción de masa, aunque muchas veces se
considera disolvente al que es más frecuentemente usado como tal.
Clasificación de disoluciones:
- Binarias
- Ternarias
- ....
Según
estado físico de soluto y disolvente:
Según la proporción de los componentes:
- Disolución diluida: es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima proporción en un volumen determinado.
- Disolución concentrada: tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
- Disolución insaturada: no tiene la cantidad máxima posible de soluto para una temperatura y presión dadas.
- Disolución saturada: tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.
- Disolución sobresaturada: contiene más soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presión dadas. Si se calienta una solución saturada se le puede agregar más soluto; si esta solución es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando a ser una solución sobresaturada. Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier perturbación el soluto en exceso precipita y la solución queda saturada; esto se debe a que se mezclaron.
Según el carácter molecular de los componentes:
- Conductoras. Los solutos están ionizados (electrolitos) tales como disoluciones de ácidos, bases o sales,...
- No conductoras. El soluto no está ionizado
Concentración (formas de expresarla)
Solubilidad: Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente. La solubilidad varía con la temperatura (curvas de solubilidad). Normalmente, se mide la cantidad de soluto que es capaz de disolverse en 100 g de disolvente.
Como se ve en la gráfica, la solubilidad no aumenta siempre con la temperatura, ni varía de manera lineal.
Concentración en gramos/litro. Expresa la masa en gramos de soluto por cada litro
de disolución.
Tanto por ciento en masa. Expresa la masa en gramos de soluto por cada 100 g
de disolución.
Tanto por ciento en volumen. Expresa la masa en cm3 de soluto por
cada 100 cm3 de disolución.
Molaridad. Expresa el número de moles de soluto por cada litro
de disolución.
Fracción molar. Expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolución.
Propiedades coligativas:
Las disoluciones tienen diferentes propiedades que
los disolventes puros. Es lógico pensar que cuánto más concentradas estén
las disoluciones mayor diferirán las propiedades de éstas de las de los
disolventes puros. Se llaman propiedades coligativas a aquellas que
varían en función de la cantidad de soluto que se disuelva en una disolución.
Son las siguientes:
- Disminución de la presión de vapor.
- Aumento de temperatura de ebullición. DTeb = Ke m
- Disminución de la temperatura de fusión. DTf = Kc m
Tabla de constantes crioscopicas (Kc) y ebulloscopicas (Ke)
- Ósmosis: Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración. Al suceder la ósmosis, se crea una diferencia de presión en ambos lados de la membrana semipermeable: la presión osmótica.
- Presión osmótica (presión hidrostática necesaria para detener el flujo de disolvente puro a través de una membrana semipermeable). p= c R T , donde p representa la presión osmótica, c es la Molaridad (mol/litro) de la disolución, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta.
Desalinización por ósmosis inversa
La Ósmosis inversa (OI) es un proceso en el que se obtiene
agua dulce del agua salada. La ósmosis natural es un fenómeno que consiste en
que, si hay una membrana semipermeable separando dos soluciones con el mismo
disolvente, el disolvente pasa a través de ella, pero no las sales disueltas,
desde el lado donde la concentración de sales es más baja hacia la más alta,
hasta que a ambos lados de la membrana las soluciones tienen la misma
concentración. Este proceso se realiza sin aporte de energía exterior, y se
genera mediante la que se llama presión osmótica.
La ósmosis inversa consiste en hacer pasar por la membrana
semipermeable el disolvente (en este caso agua) desde el lado donde está la
solución más concentrada (el agua de mar, con sales disueltas), hacia el lado
contrario, sin que pasen las sales. En este caso se requiere energía, en forma
de presión, que será ligeramente superior a la presión osmótica que haría pasar
el solvente de baja concentración hacia el lado de la alta concentración. La
presión necesaria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de
sales disueltas y del grado de desalinización que se quiera obtener.
Está en fase de investigación el uso de una lámina de
grafeno con poros de 1,8 nm para sustituir las membranas en el proceso de
osmosis invertida para la desalinización del agua. Según las investigaciones
actuales se obtendrían eficiencias mucho mayores que con las membranas
actuales, y se tendrían requerimientos menores de energía.
Materia y sus estados de agregación
Materia es todo lo que tiene masa, ocupa espacio y se puede
percibir por nuestros sentidos.
La materia puede existir en tres estados físicos y pasar de
un estado físico a otro sin que cambie su composición
Sólido:
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen
constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por
unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.
En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse
vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse
trasladándose libremente a lo largo del sólido.
Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se
disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da
lugar a diversas estructuras cristalinas.
Algunos ejemplos del estado solido son una piedra, un
martillo de hierro, bola de acero...
Líquido:
Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen
constante. Los líquidos se caracterizan por una resistencia al flujo llamada
viscosidad.
La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de
moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está
relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es
baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una
propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases).
En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas
de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un
líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de
volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones
entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y
adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican
propiedades como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen
asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al
unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su
energía).
Algunos ejemplos del estado liquido son agua, refresco, la
sangre, el jugo, la leche, el mercurio...
Gas:
Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija
pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos,
como los líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las
partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de
volumen es también muy pequeño.
Las caracteristicas del estado gaseoso es aquel estado de la
materia en el cual las sustancias presentan volumen y forma indefinidos y
muestran poca respuesta a la gravedad
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más
deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que
aumenta la presión
Algunos ejemplos de este estado son, el agua al evaporarse, hidrogeno,
dióxido de carbono…
Los cambios de estado
Fusión es el paso de sólido a líquido. Solidificación es el
paso inverso. Se producen a una temperatura concreta llamada temperatura de
fusión.
Evaporación es el paso de líquido a gas a cualquier
temperatura.
Condensación es el paso inverso también a cualquier
temperatura.
Ebullición es el paso de líquido a gas a la temperatura de
ebullición.
Licuación es el paso inverso también a esta temperatura
determinada.
Sublimación es el paso directo de sólido a gas sin pasar por
líquido. Sublimación inversa o regresiva es el paso directo de gas a sólido.
Ambos solo se dan en algunas sustancias, por ejemplo, el yodo o el alcanfor.
En algunos de estos procesos se consume calor y en otros se
libera:
Fusión, evaporación, ebullición y sublimación son procesos
que transcurren con absorción de calor, por lo que aumenta la temperatura. Son
procesos llamados progresivos.
Solidificación, condensación, licuación y sublimación
inversa son procesos en los que se libera calor, por lo que desciende la
temperatura. Son procesos llamados regresivos.
Mientras se produce el cambio de estado la temperatura del
cuerpo no cambia. Todo el calor aportado se invierte en el cambio de estado. Lo
mismo ocurre si el cambio es regresivo. Entonces, el calor se desprende y la
temperatura de la sustancia tampoco varía hasta que acaba el cambio de estado
físico.
Teoría cinético-molecular
Entre los siglos XVIII y XIX se desarrolló la teoría cinética de los gases para explicar el comportamiento de los mismos. La teoría cinético-molecular de los gases
utiliza una descripción molecular para explicar el comportamiento macroscópico
de la materia y se basa en postulados. Estos postulados no se pueden demostrar experimentalmente. Los
aceptamos porque las consecuencias que de ellos se derivan si están de acuerdo
con la experiencia.
Los
postulados de la teoría cinética de los gases son los siguientes:
- Los gases consisten en Moléculas muy separadas en el espacio. El volumen real de las moléculas individuales es despreciable en comparación con el volumen total del gas como un todo (En esta teoría se considera como moléculas a las partículas que forman el gas las cuales en algunos casos son moléculas de uno o varios átomos).
- Las moléculas de los gases están en constante movimiento caótico, chocan entre sí elásticamente (no pierden energía cinética debido a los choques) y pueden transmitir la energía de una molécula a otra.
- La temperatura se considera como una medida de la energía cinética media de todas las moléculas. Es decir, que a una temperatura dada, las moléculas de todos los gases tienen el mismo promedio de energía cinética.
- Las fuerzas de atracción entre las moléculas son despreciables
- La presión de un gas es consecuencia de los choques de las moléculas del gas con las paredes del recipiente que las contiene resultando en una fuerza por unidad de superficie (presión).
Leyes de los gases
Todas las masas gaseosas experimentan variaciones de presión
(P), volumen (V) y temperatura (T) que se rigen por las leyes de los gases:
LA TEMPERATURA: Según la teoría cinética, la temperatura es
una medida de la energía cinética media de los átomos y moléculas que
constituyen un sistema. Dado que la energía cinética depende de la velocidad,
podemos decir que la temperatura está relacionada con las velocidades medias de
las moléculas del gas. Hay varias escalas para medir la temperatura; las más
conocidas y utilizadas son las escalas Celsius (ºC), Kelvin (ºK) y Fahrenheit
(ºF).
LA PRESION: Según la teoría cinética, la presión de un gas está relacionada con el número de choques por unidad de tiempo de las moléculas del gas contra las paredes del recipiente. Cuando la presión aumenta quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo es mayor. 1 atm = 760 mm Hg
EL VOLUMEN: El volumen es el espacio que ocupa un sistema. Recuerda que los gases ocupan todo el volumen disponible del recipiente en el que se encuentran. Decir que el volumen de un recipiente que contiene un gas ha cambiado es equivalente a decir que ha cambiado el volumen del gas. 1 litro = 1000 ml = 1 dm3 = 1000 cm3
CANTIDAD DE GAS: La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en un recipiente. La unidad que utilizamos para medir la cantidad de gas es el mol. Un mol es una cantidad igual al llamado número de Avogadro:
1 mol de moléculas= 6,022·1023 moléculas
1 mol de átomos= 6,022·1023 átomos
Ley de Boyle-Mariotte (P, V son variables; T es constante)
Fue descubierta por Robert Boyle (1627-1691) en 1662. Edme
Mariotte (1620-1684) también llegó a la misma conclusión que Boyle, pero no
publicó sus trabajos hasta 1676. Esta es la razón por la que en muchos libros
encontramos esta ley con el nombre de Ley de Boyle y Mariotte.
Los volúmenes ocupados por una misma masa gaseosa
manteniendo su temperatura constante, son inversamente proporcionales a la
presión que soporta.
El volumen es inversamente proporcional a la presión.
•Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
•Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas)
del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan
menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión
será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las
paredes. Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las
partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de
tiempo: aumenta la presión.
Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la
temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen
siempre tiene el mismo valor. Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se
encuentra a una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen
de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se
cumplirá:
Ley de Charles (V, T son variables; P es constante)
En 1787, Jack Charles (1746-1823) estudió por primera vez la
relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión
constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas
también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
El volumen ocupado por una masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta, siempre que la presión sea constante.
El volumen es directamente proporcional a la temperatura del
gas:
•Si la temperatura aumenta, el volumen del gas aumenta.
•Si la temperatura del gas disminuye, el volumen disminuye.
¿Por qué ocurre esto?
Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se
mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del
recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo
será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en
el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará
hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).
Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la
presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura
siempre tiene el mismo valor. Matemáticamente podemos expresarlo así:
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se
encuentra a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el
volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2,
y se cumplirá:
Ley de Gay-Lussac (P, T son variables; V es constante)
Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) a principios de
1800. Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando
el volumen es constante.
La presión ejercida por una masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta, siempre que el volumen sea constante.
La presión del gas es directamente proporcional a su
temperatura:
•Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.
•Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
¿Por qué ocurre esto?
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven
más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es
decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen
no puede cambiar.
Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este
proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo
valor.
Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión
P1 y a una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la temperatura
hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y se cumplirá:
Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en
función de la temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las
temperaturas han de expresarse en Kelvin.
Ley de Avogadro
Esta ley, descubierta por Amedeo Avogadro (1776-1856) a principios del siglo
XIX, establece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se
mantienen constantes la temperatura y la presión. Recuerda que la cantidad de
gas la medimos en moles.
El volumen es directamente proporcional a la cantidad de
gas:
•Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el volumen.
•Si disminuimos la cantidad de gas, el volumen disminuye.
¿Por qué ocurre esto?
Vamos a suponer que aumentamos la cantidad de gas. Esto
quiere decir que al haber mayor número de moléculas aumentará la frecuencia de
los choques con las paredes del recipiente lo que implica (por un instante) que
la presión dentro del recipiente es mayor que la exterior y esto provoca que el
émbolo se desplace hacia arriba inmediatamente. Al haber ahora mayor distancia
entre las paredes (es decir, mayor volumen del recipiente) el número de choques
de las moléculas contra las paredes disminuye y la presión vuelve a su valor
original.
Matemáticamente podemos
expresar la ley de Avogadro así:
Supongamos que tenemos una cierta cantidad de gas n1 que
ocupa un volumen V1 al comienzo del experimento. Si variamos la cantidad de gas
hasta un nuevo valor n2, entonces el volumen cambiará a V2, y se cumplirá:
Hipótesis de Avogadro:
«En un determinado volumen de un gas,
sea cual sea el gas contenido, y a una determinada presión y temperatura,
siempre existe el mismo número de moléculas».
Ley de Avogadro:
«Un mol de un gas ocupa siempre el mismo
volumen que un mol de cualquier otro gas que se encuentre en las mismas
condiciones de presión y temperatura. El volumen que ocupa un mol de cualquier
gas, en condiciones normales (P= 1 atm, T=273ºK), es de 22,4 L».
Ecuación general del estado gaseoso (P, T, V son variables)
Las tres leyes referidas a un único gas (Boyle, Charles y
Gay-Lussac) se pueden resumir en una única ecuación matemática:
Fíjate en que si mantienes constante la temperatura T, la
ecuación general se reduce a PV=cte, ya que al ser T1 = T2 puedes simplificar
la igualdad. Es decir, se obtiene la ley de Boyle (PV=k). Evidentemente, la constante
de esta ley de Boyle es distinta de la anterior.
De forma similar, manteniendo constante la presión o el
volumen, obtendrás las leyes de Charles (V/T=k´´) y de Gay-Lussac (P/T=k´´´).
Es importante que te fijes en que las constantes de las
leyes dependen de la cantidad de gas que hay en el recipiente y su valor es
diferente en cada ley.
La ley general de los gases o ley combinada dice que una
masa de un gas ocupa un volumen que está determinado por la presión y la
temperatura de dicho gas.
La ley de los gases ideales es la ecuación de estado del gas
ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni
repulsión entre ellas y cuyos choques con perfectamente elásticos Se observan
una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan
lugar a la ley de los gases ideales.
La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal
es:
P= Presión (atm)
V= Volumen (l)
n= Moles de Gas
R= Constante
universal de los gases ideales
T= Temperatura
absoluta (ºK)
¿Cómo se determina R ?
A partir de las condiciones normales (P= 1 atm, T=273ºK) y de la Ley de Avogadro:
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