Introducción: Comprender el estado gaseoso de la
materia ha representado un reto para la humanidad, así los griegos consideraban
que el aire era uno de los elementos fundamentales de la materia, mientras que
los alquimistas hablaban de los espiritus invisibles que en ocasiones tenían olores
desagradables y característicos, serían los químicos neumáticos ingleses
quienes realizaron investigaciones importantes con los gases, desde su
aislamiento hasta su identificación y explicación de su comportamiento.
Reconocer la diversidad de los gases existentes fue una ardua
labor en la que trabajaron destacados científicos como Boyle, Charles, Gay
Lussac, Van Helmont, Schelee, Priesley, Hooke entre otros. En particular para
Van Helmont (1577- 1644) estas sustancias parecidas al aire, sin forma ni
volumen definidos eran semejantes al “caos” razón por la cual los llamó gases.
El interés por los gases llevo a descubrimientos insospechados.
a)
El
peso del aire y los diferentes pesos de cada gas.
b)
La
variación del volumen del gas con respecto a la temperatura.
c)
La
variación de su volumen con la presión, estudiada por Robert Boyle.
Quien publico en el siglo XVII un texto al cual llamo el “Químico
escéptico” donde vertió sus ideas rompiendo con la tradición alquímica para dar
paso a la química. Este investigador enunció: El volumen de un gas varía en forma inversamente proporcional con
respecto a la presión que se ejerce sobre el mismo.
En efecto la incomprensibilidad de sólidos y líquidos es
compatible tanto con un modelo de sustancia continua como una discontinua. La
comprensibilidad de los gases podía interpretarse como un apoyo de la
existencia de entidades discretas (partículas) cuya separación dependía de la
presión. Y si los gases están formados por partículas, los líquidos (como el
agua), que se transformen en gases también están formados por partículas. Este
argumento podía extenderse a los sólidos que se transforman en líquidos (como
el hielo).
Estas partículas constituyentes de la materia se
identificaron con los átomos propuestos desde tiempos de los antiguos griegos (escuela
de Demócrito) y se contó con nuevos argumentos experimentales para apoyar la teoría atómica
propuesta por Dalton a principios del siglo XX.
Objetivos:
·
Identificar
al aire como un gas, que a su vez puede ser confinado dentro de recipientes.
·
Reconocer
la posibilidad de medir el volumen y la presión de un gas y realizarlas
empleando dispositivos sencillos.
·
Interpretar
el experimento de Torrichelli, así como discutir los conceptos de presión manométrica
y presión absoluta identificando las unidades más usuales para expresar la
presión.
·
Efectuar
el experimento de Boyle para encontrar la variación entre el volumen al variar
la presión manteniendo la temperatura constante.
Material:
ü Balanza.
ü Soporte Universal.
ü 1 Jeringa.
ü 1 Tapón.
ü 1 Pinzas para bureta.
ü 1 Pinzas para tubo de ensayo.
ü 1 Lámpara de alcohol.
ü 1 Tubo de ensayo.
ü 1 Globo.
ü 1 Banco de pesas.
ü Permanganato de sodio.
ü Yodo.
Procedimientos:
Experimento 1: Colocar
aproximadamente 10 ml. de aire en una jeringa de plástico de 20 ml, cierra con
un tapón el extremo abierto de la misma y empuja el émbolo cuidadosamente
¿Hasta dónde es posible empujar? Las partículas
de aire se dispersan dentro de toda la jeringa, pero solo ocupan un espacio
determinado que es el que se menciona anteriormente, por lo tanto el embolo
solo es posible empujarlo hasta los 10 ml de la jeringa.
Deja el émbolo suelto ¿Qué observas? Que empieza aumentar su volumen, porque las
partículas vuelven a esparcirse.
Experimento 2:
Este será una experiencia de cátedra a realizar por la maestra con apoyo de dos
o tres estudiantes, solicitando al resto del grupo su atención recordando que
se está trabajando con mercurio el cual
se debe manejar con cuidado y evitado su contacto directo, se recomienda usar
guantes de látex y cubrebocas.
Colocar un kilogramo de mercurio en
un recipiente abierto que puede ser un cristalizador pequeño. Llenar con
cuidado un tubo de vidrio sellado en un extremo de mercurio, para este fin se
puede usar una jeringa sin aguja para pasar del recipiente abierto al tubo el
mercurio, una vez lleno invertirlo cuidadosamente sobre el seno del mercurio
dentro del recipiente abierto, marcar con un plumón la altura alcanzada por el
mercurio dentro del tubo de vidrio así como el nivel que alcanza el liquido
inferior.
¿Por qué desciende el nivel del
mercurio dentro del tubo de vidrio? Porque está registrando la presión atmosférica
que hay en la Cd. de México que es de 585 atm.
¿Se pasa todo el mercurio del tubo al
recipiente inferior? No, solo se pasa el
que no ejerce ninguna presión.
¿Quién lo detiene? La presión atmosférica ejercida a la altura
del mar.
¿En qué unidades se mide la altura
alcanzada por la columna de mercurio? Se
mide en atmosferas.
Experimento 3: Tapa
con un globo la boca de un tubo de ensayo y calienta suavemente el tubo, observa
y registra el cambio ocurrido.
Las partículas de aire se distribuyeron por todo el espacio permitido.
Experimento 4:
Llena una jeringa con aire, inserta la ajuga de la jeringa en un tapón y sujétala
al soporte universal mediante las pinzas para bureta, ve colocando diferentes
pesas sobre el embolo de la jeringa y registra el volumen en cada caso.
Masa Presión Volumen
0.2 Kg 12810.45 Pa 0
0.05 Kg 32026.14 Pa 5.0 ml.
1 Kg 64052.28 Pa 4.0 ml.
Experimento 5:
Determina la presión que ejerce un borrador en sus diferentes caras.
P1= 0.0776Kg (9.8m/s2)/0.00006272m2 P1=0.012125
Pa
P2= 0.0776Kg
(9.8m/s2)/0.003072m2 P2=
247.5520 Pa
P3= 0.02761Kg (9.8m/s2)/0.000672m2 P3=1131.6660 Pa
Experimento 6:
Determina la presión que ejerces sobre el piso, parado en un pie y en dos.
Conclusiones:
1)
¿El aire es materia? Si ¿Qué
cualidades tiene para identificarlo como materia? Es un gas, no tiene una forma ni volumen definido, pero su energía cinética
es muy elevada.
2)
Investigar al menos 5 unidades utilizadas para medir volúmenes de
líquidos y gases. M3, cm3, mm3, ml, L.
3)
¿Cómo se define a la presión? La
presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que
actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.
¿Es lo mismo que fuerza? No, fuerza es toda causa agente capaz de
modificar la cantidad de movimiento o la forma de los
cuerpos materiales. ¿En qué unidades se mide cada una de ellas? La presión se mide en Pascales ( Pa) y la
fuerza en Newtons (n)
4)
¿Cuánto vale la presión que ejerce un ladrillo de 20x5x5 cm. Con una masa
de 500 gr. Primero se coloca sobre la mesa como se muestra en la figura 1, ¿La
presión ejercida será la misma al colocar el ladrillo en forma vertical como lo
muestra la figura 2?
Realiza
los cálculos en cada caso en Pa y exprésalos en atm y mm de Hg.
1)
P=F/A (P=500gr./100cm2) (P=4900N/0.01m2)
(P=490000 Pa) (P=04835.92 atm) (P=3675302.245 mm de Hg)
2)
P=F/A (P=500 gr/25cm2.) ( P=4900N/0.0025m2)
(P=1960000 Pa) (19343.69 atm) (P=14701208.98
mm de Hg).
5)
¿Cuál es la diferencia entre presión manométrica y presión atmosférica?
La presión atmosférica es la que ejerce
la masa de aire de la atmosfera terrestre sobre su superficie, medida mediante
un barómetro. A nivel del mar, la presión atmosférica es de aproximadamente 760
mm de Hg absolutos, que es equivalente a 14.7 psia. La
presión manométrica es la presión media con referencia a la presión atmosférica
entre la presión medida y la presión atmosférica real. Como esta es variable,
la comparación de valores medidos en diferentes intervalos de tiempo, resulta
incierta.
6)
De acuerdo con la grafica realizada ¿Cuál es la inclinación de la
pendiente en la recta obtenida? Esto nos indica ¿Cómo varia la presión con
respecto al volumen de un gas? ¿Cómo se interpreta el valor del producto PV de
la tabla número 2?
7)
Averigua la ley de Boyle y escribe su enunciado así como su expresión
matemática. “A temperatura constante, el
volumen de una masa fija de gas varia de manera inversa a la presión aplicada”
P1V1=P2V2 ¿Concuerdan tus resultados
experimentales con lo investigado? Sí.
8)
Si el volumen del aire contenido dentro del manómetro se reduce a la tercera
parte del volumen inicial ¿Cómo será la presión final con respecto a su presión
inicial, si se mantiene la temperatura constante? La presión será tres veces mayor.
9)
Investiga los enunciados del modelo cinético molecular de la materia.
1. Las
sustancias están constituidas por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran
distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los
espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las
moléculas de un gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no
existe atracción intermolecular alguna.
3. Las
moléculas de un gas se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada;
chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la
presión del gas.
4. Los
choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de
energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las
moléculas que chocan.
5. La
energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la
temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.
Los gases
reales existen, tienen volumen y fuerzas de atracción entre sus moléculas.
Además, pueden tener comportamiento de gases ideales en determinadas
condiciones: temperaturas altas y presiones muy bajas
10) Representa los resultados de los
experimentos 2,3 y 5 usando los postulados del modelo cinético molecular.
Para
explicar el comportamiento de la materia y las características de los gases,
los científicos propusieron, durante el siglo XIX, la denominada "teoría
cinética de los gases". Su ampliación a líquidos y sólidos dio lugar
al modelo cinético-molecular de la
materia.
Este
modelo se basa en dos postulados fundamentales. La materia es discontinua, es decir, está formada por un gran nº
de partículas separadas entre sí. Estas partículas materiales se encuentran en
constante movimiento debido a
dos clases de fuerzas: de cohesión y de
repulsión
a) Las fuerzas de cohesión tienden a
mantener las partículas materiales unidas entre sí.
b)
Las fuerzas
de repulsión tienden a dispersar las partículas y a alejarlas unas de otras.
En el experimento 2 y 3 podemos observa que se encuentra una
fuerza de repulsión que tiende a dispersar las partículas y a alejarlas unas de
otras.
En el experimento 5 observamos que es un material solido en el que
predomina la fuerza de cohesión.
http://www.sapiensman.com/ESDictionary/docs/d7.htm
