domingo, 27 de abril de 2008

COMPOSICIÓN PORCENTUAL volumen-volumen % v/v

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

COMPOSICIÓN PORCENTUAL VOLUMEN-VOLUMEN % v/v

LA CONCENTRACIÓN VOLUMEN-VOLUMEN %v/v


Para calcular la concentración porcentual volumen-volumen %v/v, el volumen puede expresarse en mililitros ml, centímetros cúbicos cm3 ó cc.

El volumen varía con la presión y la temperatura; sin embargo, estas condiciones son constantes, pues la variación de volumen es despreciable (es muy pequeña). La concentración de algunas disoluciones se expresan en %v/v debido al estado físico de sus componentes.

Se debe tener presente que los volúmenes son aditivos, esto significa que la suma del volumen del soluto con el del solvente es igual al volumen de la disolución.

Ejercicio 1: ¿cómo calcular la concentración en % v/v?

Un ama de casa desea preparar una limonada disolviendo 50 cc de zumo de limón en medio litro de agua = 500 cc ¿Qué concentración tiene la limonada?

a) se debe determinar el volumen total de la disolución preparada

soluto = zumo de limón; solvente = agua; disolución = limonada

Disolución = soluto + solvente

Disolución = 50 cc + 500 cc

Disolución = 550 cc

b) determinar %v/v

%v/v = cc soluto / cc disolución x 100

%v/v = 50 cc / 550 cc x 100, eliminaando unidades comunes, tenemos que:

%v/v = 9,09 % v/v




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Ejercicio 2: ¿cómo calcular el volumen de soluto y de disolvente?

En un hospital se prepara 1 litro = 1000 cc de una disolución de glicerina en alcohol al 5 % v/v ¿Qué volumen de glicerina y alcohol se deben mezclar?

Lo primero que debemos hacer es identificar soluto = glicerina, solvente = alcohol, disolución = preparación glicerina en alcohol = 1000 cc

Nota el valor numérico del %v/v se expresará sin unidades 5 %v/v = 5

%v/v = cc soluto /cc disolución x 100,

a) Volumen de glicerina = soluto, se despeja de la fórmula general

cc soluto = % v/v . cc disolución /100

cc soluto = 5 . 1000 cc / 100

cc soluto = 5O cc de glicerina


b) Volumen de agua = solvente,

Disolución = soluto + solvente, se despeja solvente quedando:

Solvente = disolución - soluto

Solvente = 1000 cc - 50 cc

Solvente = 950 cc de alcohol




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Ejercicio 3: ¿cómo calcular el volumen de disolución?

Un profesor desea preparar una disolución de agua oxigenada al 20 % v/v y dispone solamente de 50 cc de peróxido de hidrógeno ¿Qué volumen de disolución deberá preparar y qué volumen de agua requiere?

Soluto = peróxido de hidrógeno = 50 cc; solvente = agua; disolución = preparado de agua oxigenada

a) Volumen de disolución

% v/v = soluto / disolución x 100, se despeja la disolución

Nota el valor numérico del %v/v se expresará sin unidades 20 %v/v = 20

Disolución = soluto / %v/v x 100

Disolución = 50 cc / 20 x 100

Disolución = 250 cc de agua oxigenada


b) Calcular el volumen del solvente = agua

Disolución = soluto + solvente, despejamos solvente,

Solvente = disolución - soluto

Solvente = 250 cc - 50 cc

Solvente = 200 cc de agua

COMPOSICIÓN PORCENTUAL masa-masa %m/m

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

COMPOSICIÓN PORCENTUAL masa-masa %m/m

LA CONCENTRACIÓN PORCENTUAL MASA-MASA (% m/m)

La masa es una medida constante que no se ve afectada por las variaciones de temperatura, presión ni fuerza de gravedad,y es igual, medida en cualquier parte del Universo; por lo tanto la concentración % m/m es muy usada para los análisis químicos debido a su exactitud.

Ejercicio 1: ¿cómo calcular la concentración en % m/m?

Un alumno preparó una disolución de agua salada mezclando 150 g de agua con 5 g de sal común (NaCl). ¿Cuál será la concentración de la disolución preparada?

a) en primer lugar se debe calcular la masa total de la disolución, para lo cual debemos identificar: soluto = 5 g de sal; solvente = 150 g de agua

b) Disolución = soluto + solvente
Disolución = 5 g + 150 g
Disolución = 155 g

Aplicando la fórmula:
% m/m = g soluto / g disolución x 100
% m/m = 5 g / 155 g x 100, eliminando unidades comunes, tenemos:
% m/m = 500 / 155
% m/m = 3,23 % m/m

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Ejercicio 2: ¿cómo calcular la masa de soluto y de disolvente?


Un estudiante en el laboratorio desea preparar 250 g de disolución acuosa de bicarbonato de sodio (NaHCO3) al 3 % m/m ¿Qué cantidad de bicarbonato de sodio debe pesar para preparar la disolución? ¿Que cantidad de agua se requiere?

a) Masa de soluto que se requiere

% m/m = g soluto / g disolución x 100
Conocemos la concentración = 3 % m/m y la masa de la disolución = 250 g, entonces, despejamos los gramos de soluto:

g soluto = %m/m . g disolución / 100
nota: el valor numérico del % m/m se expresará sin unidades 3 % m/m = 3
g soluto = (3 . 250 g) / 100
g soluto = 7,5 g

b) Masa del disolvente que se deberá agregar al soluto

soluto = bicarbonato de sodio, solvente = agua, disolución = preparación acuosa de NaHCO3, como no conocemos la caantidad de agua que se necesita, se debe calcular de la siguiente manera:

Disolución = soluto + solvente, concemos la disolución y el soluto, despejamos solvente

Solvente = Disolución - soluto
Solvente = 250 g - 7,5
Solvente = 242, 5 g de agua

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Ejercicio 3: cómo calcular la masa de una disolución?

Luis necesita preparar una solución de ácido oxálico en agua al 4 % m/m y solamente dispone de 5 g del soluto, ¿qué masa de disolución podrá preparar con esa cantidad de ácido oxálico en la concentración requerida y que cantidad de agua deberá utilizar?

Soluto = ácido oxálico; solvente = agua; disolución = preparación acuosa de ácido oxálico

a) Masa de disolución que se debe preparar
% m/m = g soluto / g disolución x 100, se despeja los g de disolución:

g disolución = g soluto / %m/m x 100

el valor numérico del % m/m se expresará sin unidades 4 % m/m = 4
g disolución = 5 g / 4 x 100
g disolución = 125 g

b) Masa de disolvente que se requiere
Disolución = soluto + solvente, se despeja solvente y queda:
Solvente = disolución - soluto
Solvente = 125 g - 5 g
Solvente (agua) = 120 g

CONCENTRACION EN TERMINOS CUANTITATIVOS

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUANTITATIVOS

CONCENTRACIÓN PORCENTUAL DE LAS DISOLUCIONES:

La concentración cuantitativa de las disoluciones se puede expresar en términos porcentuales. La concentración porcentual indica la cantidad de soluto disuelto en 100 partes de disolución: este tipo de concentración se común observarla en envases de productos comerciales, cosméticos y farmacéuticos.

* Por ejemplo, en una etiqueta de jugo de cóctel de frutas se puede leer su composición porcentual:

Jugo de naranja
30 %
Jugo de piña
25 %
Jugo de parchita
10 %
Agua
35 %

** O bien, la información nutricional de un queso fundido comercial, aporte aproximado por 100 gramos de producto:

Grasa
4,25 g
4,25 %
Colesterol
6,4 mg
0,01 %
Carbohidratos
8,1 g
8,1 %
Proteínas
10,14 g
10,14 %

La unidad física más utilizada es la concentración porcentual de las disoluciones, cuyas expresiones matemáticas son:

1. Porcentaje en masa (% m/m): se define como los gr de soluto disueltos en 100 gr de solucion.
% m/m = gr de soluto/ gr de solucion x 100
gr de solucion= gr de solvente + gr de soluto

2. Porcentaje en volumen (% v/v): se define como los mililitros de soluto en 100 ml de solucion.
% v/v = ml de soluto / ml de solucion x 100

3. Porcentaje en masa-volumen (% m/v): se define como los gramos de soluto en 100 ml de solucion.
% m/v = gr de soluto/ ml de solucion x 100

En la vida cotidiana es muy útil conocer el manejo de estas medidas de concentración de las soluciones, ya que con ellas podemos conocer las informaciones de las etiquetas de cualquier producto que vayamos a comprar.

Se encuentran en las informaciones nutricionales de los alimentos que consumimos, en los limpiadores caseros, en los medicamentos, en los cosméticos y en cualquier producto comercial, tal como pinturas, tintes, fibras, telas, etc.

Con las composiciones porcentuales de los alimentos podemos elegir mejor los productos que vamos a comprar y escoger el que más nos conviene para nuestras necesidades

jueves, 24 de abril de 2008

CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUALITATIVOS


DISOLUCIONES (SOLUCIONES)
CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUALITATIVOS

La concentración de una disolución, en términos cualitativos, se refiere simplemente a la cantidad relativa de soluto en la disolución; para lo cual se usan los térmicos de diluído y concentrado.

DISOLUCIÓN DILUÍDA: Es la que contiene una pequeña cantidad de soluto disuelto en una cantidad de solvente.

DISOLUCIÓN CONCENTRADA: Es la que contiene una cantidad mayor de soluto disuelto en una cantidad de solvente.

Tomemos como ejemplo la preparación de dos bebidas instantáneas. una diluída y otra concentrada; para lo cual usaremos el mismo volumen de agua, 1 litro para cada preparación y 2 bolsitas de bebida en polvo, preferiblemente ambas del mismo color y sabor para poder detectar las diferencias entre las disoluciones preparadas.

Al leer las instrucciones del paquete, se indica que debemos disolver el contenido total del paquete en el litro de agua para obtener una bebida bien preparada.

Identificamos las partes de la disolución, el soluto = bebida en polvo; solvente = 1 litro de agua

DISOLUCIÓN A [concentrada]: Al litro de agua le añadimos el total del contenido del paquete de bebida instantánea, revolvemos la solución resultante.

DISOLUCIÓN B [diluída]: A otro litro de agua, le añadimos aproximadamente la mitad del otro paquete de bebida instantánea, revolvemos la solución resultante.

Las disoluciones preparadas: diluída y concentrada son relativas; la diferencia se aprecia, en este caso en particular, mediante algunas propiedades organolépticas: olor, color, sabor.

Al examinar la Disolución A [concentrada], se aprecia un color más oscuro, con olor y sabor definidos; en cambio, la Disolución B [diluída], su color es más claro, su olor es más suave y casi no se aprecia el sabor.

Sin embargo, el color, olor y sabor no siempre son propiedades útiles para determinar las concentraciones de las disoluciones, ya que algunas son incoloras y otras no deben ser probadas por ser peligrosas. Cabe resaltar que nunca debe ser probada ninguna disolución ni compuesto desconocido, pues podría tener efectos dañinos para el organismo.

Otra forma de expresar las concentraciones cualitativas de las disoluciones, es mediante su solubilidad. Entendemos por SOLUBILIDAD, la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente, a una temperatua y presión determinadas.

En relación a ésto, podemos decir que existen disoluciones saturadas, insaturadas y sobresaturadas.

DISOLUCIÓN SATURADA: Contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad de sovente a una presión y temperatura determinadas. Esto se puede apreciar cuando al añadirle más soluto no puede disolverse más, quedando el exceso de soluto depositado en el fondo. Por ejemplo, cuando le echamos azúcar en exceso al café, el azúcar se deposita en el fondo de la taza y por más que intentemos revolverlo para que se disuelva, siempre quedará el depósito de azúcar.

DISOLUCIÓN INSATURADA: Contiene menos soluto disuelto que el que pudiera contener; pero, puede existir diferentes rangos de concentraciones de una disolución insaturada: desde diluída hasta concentrada, siempre y cuando esté por debajo del límite de solubilidad. Por ejemplo, cuando se preparaa el café, puede variar desde muy claro, hasta un café bastante "cargado", muy negro.

DISOLUCIÓN SOBRESATURADA: Tiene exceso de soluto disuelto a una determinada presión y temperatura; este tipo de solución se obtiene por calentamiento de una disolución saturada y se le disuelve una mayor cantidad de soluto, dejandose luego enfriar lentamente a la temperatura deseada. La disolución permanece estable mientras no se perturbe el equilibrio, pues en ese caso, se precipitará el exceso de soluto.

Las concentraciones cualitativas de las disoluciones nos son de mucha ayuda en la vida práctica, pero para preparaciones del laboratorio, comerciales o la industria, se debe tomar en consideración las concentraciones cuantitativas, pues son más exactas y precisas.

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)



Para que los cuerpos reaccionen deben estar necesariamente en contacto, esto es, sus moléculas deben chocar entre sí para poder originar, el intercambio de átomos, moléculas distintas. Esta mezcla íntima de las sustancias existe en la fase gaseosa y en disolución.



Como el manejo de gases es algo difícil, y además el número de sustancias gaseosas no es muy elevado, se comprende que la mayoría de las reacciones químicas que tienen lugar en la industria y el laboratorio, se hacen en disolución, o por lo menos algunas de las sustancias reaccionantes se utilizan en el proceso correspondiente en estado disuelto.



Por este motivo, es necesario conocer exactamente la proporción de la sustancia disuelta en la disolución, esto es, su concentración, para calcular la sustancia empleada a partir de la disolución, o recíprocamente, para averiguar la cantidad que se precisa de ésta, bien en peso, o más frecuentemente en volumen, para tomar una cantidad determinada de sustancia disuelta.



Estudiaremos en el presente capítulo:


1) Concepto de disolución y sus partes
2) Los distintos tipos de concentración de una disolución
3) Unidades de concentración de las disoluciones (por cantidad de sustancia disuelta)





DISOLUCIONES (SOLUCIONES). CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES



Concentración
[De Wikipedia, la enciclopedia libre]








Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda están más diluídas, comparadas con las soluciones más concentradas de la derecha.

La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades mol/m3.

La disolución está compuesta de dos partes: soluto y solvente.
SOLUTO: Es la parte de la disolución que se disuelve en el solvente, y se encuentra en menor proporción en la disolución.

SOLVENTE: Es la parte que disuelve al soluto, y se encuentra en mayor proporción en la disolución.

Por tanto, se cumple que SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE

Cada substancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras substancias disueltas o en suspensión.

En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc.

También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.


Para el nivel al cual va dirigido éste curso, solamente se trabajará con las concentraciones porcentuales:
a) % m/m, porcentaje masa-masa
b) % v/v, porcentaje volumen-volumen
c) %m/v, porcentaje masa-volumen



martes, 22 de abril de 2008

LEY DE DALTON

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES
LEY DE DALTON

PRESIÓN PARCIAL DE UN GAS EN UNA MEZCLA GASEOSA

LEY DE DALTON:
Cada componente de una mezcla gaseosa ejerce una presión parcial igual a la que ejercercería si estuviera solo en el mismo volumen, y la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de todos los componentes.

Esta ley es de particular importancia cuando se trata de gases recogidos sobre agua, los cuales están saturados de vapor de agua, o gases húmedos, es necesario acotar que el volumen ocupado por el gas seco y el gas húmedo es el mismo si no varía el recipiente; pero las presiones del gas seco y del gas húmedo son distintas, cumpliéndose la siguiente ecuación

Presión total gas húmedo = Presión parcial gas seco + Presión parcial vapor de agua

La presión del vapor de agua varía con la temperatura, aqui enlazarás con la Tabla de las presiones del vapor de agua a distintas temperaturas

www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf

Valgámonos de un ejemplo para explicar el fenómeno:

Si tenemos 2 litros de hidrógeno húmedo a 20 ºC, los 2 litros representan el volumen ocupado por el hidrógeno y el vapor de agua, pero si la presión de la mezcla es de 760 mm Hg, esta presión será la suma de la presión de vapor a 20 ºC y la presión parcial del hidrógeno, entonces:

DATOS:

Presión parcial vapor de agua a 20 ºC = 17,5 mm Hg

Presión total mezcla de gases = 760 mm Hg

entonces:

Presión total mezcla de gases = Presión parcial vapor de agua + Presión parcial hidrógeno

Conocemos la presión total de la mezcla de gases y la presión de vapor de agua a 20 ºC, podemos calcular la Presión parcial del hidrógeno, despejando así:

Presión parcial hidrógeno = Presión total mezcla de gases - Presión parcial vapor de agua

Presión parcial hidrógeno = 760 mm Hg - 17,5 mm Hg

Presión parcial hidrógeno = 742,5 mm Hg

En consecuencia, en la resolución de problemas en que intervengan gases húmedos sometidos a variaciones de temperatura y presión, debemos considerar el gas híumedo como si fuera seco y ocupara el mismo volumen a su presión parcial, es decir a la presión total menos la presión de vapor de agua a dicha temperatura.

Como aplicación de lo antedicho, se resolverá el siguiente problema:

Se recoge el gas oxígeno sobre agua a 25 ºC. El volumen del gas recogido es de 55 cc y la presión barométrica es de 758 mm Hg. Si el gas estuviera seco y medido en las condiciones normales de presión y temperatura, ¿cuál sería su volumen?
En primer lugar las condiciones normales de presión y temperaatura son 1 atmósfera = 760 mm Hg y 0 ºC = 273 ºK; transformamos también los 25ºC = 298 ºK.

Como el aire está húmedo a 25 ºC, quiere decir que contendrá vapor de agua, que a esa temperatura tendrá una presión parcial de 23,8 mm Hg, por tanto, calcularemos la presión parcial del oxígeno:

Presión parcial oxígeno = Presión total gas húmedo - Presión parcial vapor de agua

Presión parcial oxígeno = 758 mm Hg - 23,8 mm Hg

Presión parcial oxígeno = 734,2 mm Hg

condiciones iniciales
V1= 55 cc
P1= 734,2 mm Hg
T1= 298 ºK
condiciones finales
V2= ?
P2= 760 mm Hg
T2= 273 ºK


Utilizando la Ley Combinada de los gases, tenemos:

V2 = V1.P1.T2/P2.T1

V2= 55 cc . 734,2mm Hg . 273 ºK / 760 mm Hg . 298 ºK, eliminando las unidades comunes,

V2 = 48,7 cc




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PROBLEMA PARA RESOLVER

Una muestra de aire saturada con vapor de agua a 30 ºC y se halla a una presión de 700 mm Hg. ¿Cuál será la presión parcial de vapor de agua si la presión del gas se reduce a 100 mm Hg? La presión de vapor de agua a 30 ºC es de 31,8 mm Hg
Resultado 2,27 mm Hg

domingo, 20 de abril de 2008

LEY COMBINADA DE LOS GASES

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

LEY COMBINADA DE LOS GASES

CORRECCIÓN SIMULTÁNEA DE TEMPERATURA Y PRESIÓN

Las variaciones de volumen de una masa determinada de gas tienen lugar con frecuencia por cambios simultáneos de presión y temperatura, para lo cual deberá usarse la siguiente fórmula matemática:
V1 . P1 . T2 = V2 . P2 . T1

Tomemos como referencia el ejemplo siguiente:

Cierta masa de un gas ocupa 200 litros a 95 ºC y 782 mm Hg ¿Cuál será el volumen ocupado por dicha masa de gas a 65 ºC y 815 mm Hg?

Lo primero que hay que hacer es la transformación de las unidades de temperatura
95 ºC = 368 º K y 65 ºC = 338 º K
Condiciones iniciales
V1 = 200 litros
P1 = 782 mm Hg
T1 = 368 ºK
Condiciones finales
V2 = ?
P2 = 815 mm Hg
T2 = 338 ºk

Utilizamos la fórmula V1 . P1 . T2 = V2 . P2 . T1 y despejamos V2

V2 = (V1 . P1 .T2) / (P2 . T1)
V2 = (200 l . 782 mm Hg . 338 ºK) / ( 815 mm Hg . 368 ºK) eliminando unidades comunes
V2 = 176,2 litros

PROBLEMAS PARA RESOLVER

1) El volumen observado de una cantidad de gas a 10 ºC y a la presión de 750 mm Hg es de 240 litros. Hallar el volumen que ocuparási la temperatura aumenta a 40 ºC y la presión disminuye a 700 mm Hg Resultado 284,4 litros

2) 1000 litros de aire medidos a la presión de 750 mm Hg y a la temperatura de 18 ºC se llevan a un tanque de 725 litros de capacidad. La temperatura final es de 27 ºCC ¿Cuál es la presión del aire en el tanque? Resultado 1067 mm Hg

3) Una masa de gas ocupa un volumen de 600 litros a 25 ºC y 775 mm Hg, se comprime dentro de un tanque de 100 litros de capacidad a la presión de 6 atm. Calcular la temperatura final del gas...Nota: transformar las atm a mm de Hg Resultado 19 ºC

2º FORMA: LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

2ª FORMA: LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC

CAMBIO EN LA PRESIÓN DE UN GAS AL VARIAR LA TEMPERATURA, A VOLUMEN CONSTANTE

Si el volumen de una masa dada de gas permanece invariable, al variar la temperatura cambia la presión en razón directa de la temperatura absoluta, de forma que:
P ~ T, o sea, P / T = constante, y , por tanto, P1 / T1 = P2 / T2 , o lo que es igual a
P1 . T2 = P2 . T1,
Esta última expresión nos permite resolver problemas gaseosos referentes a los cambios de presión-temperatura a volumen constante; veamos el ejemplo siguiente:

Un tanque metálico contiene un gas a la temperatura de 20 ºC y a la presión de 900 mm Hg. La temperatura del gas se eleva a 200 ºC. Suponiendo que no hay variación en el volumen del tanque, calcular la presión en el interior del mismo a esta nueva temperatura.

La primera operación que debemos efectuar es la transformación de las unidades de temperatura a valores absolutos, en este caso a ºK
20 ºC = 293 ºK 200 ºC = 473 ºK
Condiciones iniciales
T1 = 20 ºC = 293 ºK
p1 = 900 mm Hg
Condiciones finales
T2 = 200 ºC = 473 ºK
P2 = ?
Utilizando la fórmula: P1 . T2 = P2 . T1 y despejando la incógnita P2, tenemos
P2 = (P1 . T2) /T1
P2= (900 mm Hg . 473 ºK) / 293 º K eliminando unidades comunes
P2 = 1453 mm Hg


PROBLEMAS PARA RESOLVER

1) Un tanque se halla lleno de un gas a la presión de 4 atm y 10 º C. La válvula de seguridad se abre cuando la presión llega a 10 atm. Calcular la temperatura a que debe calentarse el tanque para que se abra la válvula de seguridad Resultado 708 ºK = 435 ºC

2) El aire del neumático de un automovil se halla a una presión de 30 libras/pulgada2, siendo la temperatura de 20 ºC. Suponiendo que no existe variación del volumen del neumático ¿Cuál será la presión si la temperatura aumenta a 40 ºC? ....Nota: no es necesario hacer transformaciones en las unidades de presión, pues el resultado puede ser expresado en libras/pulgada2 Resultado 32,05 libra/pulgada2

LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC

CAMBIO EN EL VOLUMEN DE UN GAS AL VARIAR LA TEMPERATURA, A PRESIÓN CONSTANTE

LEY DE CHARLES Y GAY-LUSSAC: Si la presión se mantiene constante, el volumen de una masa dada de gas es directaamente proporcional a la temperatura absoluta.
La formulación matemática es:
V ~ T, o sea, V/T = constante, y por tanto, V1/T1 = V2/T2,
que también equivale a la expresión V1 . T2 = V2 .T1
cuya última expresión permite resolver cualquier problema gaseoso referente al cambio de volumen-temperatura de una misma masa de gas a presión constante.

UNIDADES DE MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA:
La temperatura absoluta se puede expresar en ºK (grados Kelvin) o en ºR (grados Rankine)
ºK = ºC + 273 y ºR = ºF + 460

Consideremos el ejemplo siguiente:

Una masa de gas ocupa 600 cm3 a 25 ºC. Si la presión se mantiene constante, ¿cuál será el volumen de dicha masa de gas a -5 ºC?

Como el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta, y dado a que las temperaturas del problema vienen expresadas en ºC, es necesaario transformar los ºC a ºK, aplicando la fórmula ºK = ºC + 273; quedando así las nuevas unidades 25 ºC = 298 ºK y, -5 ºC = 268 ºK

Condiciones iniciales
V1 = 600 cm3
T1 = 25 ºC = 298 ºK
Condiciones finales
V2 = ?
T2 = - 5 ºC = 268 ºK

Visualicemos la cuestión y planteemos la pregunta, ¿El volumen nuevo será mayor o menor que el volumen inicial, igual a 600 cm3?. Como se puede observar, la temperatura absoluta ha disminuído, por tanto, el volumen final será menor, ya que el gas al enfriarse se contrae.

Aplicaremos la fórmula V1 . T2 = V2 .T1 y despejando la incógnita V2, tenemos que:
V2 = (V1 . T2) / T1
V2 = (600 cm3 . 268 ºK) / 298 ºK
eliminando las unidades ºK comunes en el numerador y denominador, tenemos que:
V2 = 539,6 cm3 ,
tal y como se había determinado, el volumen final es menor, debido al enfriamiento de la masa de gas.

PROBLEMAS PARA RESOLVER

1) Una masa de gas ocupa 600 cm3 a 77 ºF. Si la presión se mantiene constante, ¿cuál será el volumen de dicha masa gaseosa a 23 ºF? Resultado 539,6 cm3

2)Un globo esférico de goma es llenado de aire a 19 ºC hasta una capacidad de 6 litros, si la temperatura ambiente se eleva hasta 28 ºC ¿Cuál sería la capacidad que el globo tendría que soportar?

LEY DE BOYLE


COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

LEY DE BOYLE

CAMBIO EN EL VOLUMEN DE UN GAS AL MODIFICAR LA PRESIÓN A TEMPERATURA CONSTANTE

LEY DE BOYLE: El volumen ocupado por una misma masa gaseosa, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que soporta. Est ley se conoce también como Ley de Marriotte, su formulación matemática es:
V ~ 1/P, o sea, PV = constante, y por tanto, P1.V1 = P2.V2
donde P = presión y V = volumen
P1 y V1 = condiciones iniciales
P2 y V2 = condiciones finales

UNIDADES DE MEDICIÓN DE LA PRESIÓN:
1 atmósfera (atm) equivale a 760 milímetros de mercurio (mm Hg)
1 atm = 760 mm Hg

Para resolver cualquier problema referente al cambio simultáneo de presión-volumen de una determinada masa gaseosa a temperatura constante, se deberá utilizar la expresión
P1 . V1 = P2 . V2. Consideremos el siguiente ejemplo:

Cierta cantidad de gas ocupa 76,8 cm3 a la presión de 772 mm Hg. ¿Cuál será su volumen a la presión de 760 mm Hg?
Para resolverlo, visualicemos primero el problema e intentemos predecir el resultado. Como el gas pasa, de unas condiciones iniciales de 772 mm Hg a unas condiciones finales de 760 mm Hg, esto indica que pasa de una presión mayor a otra menor, el nuevo volumen será mayor debido a la expansión, ya que al disminuir la presión sobre el gas, aumenta la capacidad del recipiente.

Condiciones iniciales
V1 = 76,8 cm3
P1 = 772 mm Hg
Condiciones finales
V2 = ?
P2 = 760 mm Hg

Aplicamos la fórmula V1 . P1 = V2 . P2 y despejando la incógnita V2, tenemos:
V2 = V1 . (P1 / P2)
V2 = 76,8 cm3 . ( 772 mm Hg / 760 mm Hg)
eliminando las unidades comunes en el numerado y el denominador
V2 = 78,0 cm3, tal y como se había predicho, el volumen aumenta.

PROBLEMAS PARA RESOLVER:


1)La presión que se ejerce sobre 25 litros de un gas aumenta desde 15 atm. a 85 atm. Calcular el nuevo volumen si la temperatura permanece constante. Resultado 4,42 litros


2) Un gas que tiene un volumen de 250 litros a la presión de 1 atm. Si el gas es sometido a una presión de 1140 mm Hg, ¿cuál será su volumen final?... Nota importante: como vemos, las unidades con las que se expresan las presiones son distintas, por lo cual, se deberán transformar en un sistema de unidades similares, es decir, se debe transformar atm a mm Hg, o bien, mm Hg a atm; en ambos casos el resutado del V2 será el mismo. Resultado 166,67 litros

LAS PROPIEDADES DE LOS GASES

COMPORTAMIENTO DE LOS GASES

Las propiedades más importantes de los gases son:
Su capacidad de expandirse y de ocupar todo el espacio del recinto en que están contenidos, por lo que necesariamente deben medirse en recipientes cerrados

Su densidad muy pequeña si se compara con la de cualquier sólido o líquido, por lo que su masa es, en general, despreciable frente a la del recipiente que los contiene

La determinación de una masa gaseosa se realiza con mayor exactitud y facilidad midiendo el volumen que ocupa, pero como éste experimenta un fuerte cambio al modificaar la presión soportada por el gas y al variar su temperatura, es necesario conocer las relaciones cuantitativas entre estas variables expresadas por las leyes de:

Boyle
Charles y Gay Lussac
Dalton

CONVERSIÓN DE UNIDADES


LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Y SU MEDIDA

CONVERSIÓN DE UNIDADES: longitud, capacidad, masa, temperatura

A continuación se expresarán tres escalas de medición: longitud, capacidad y masa, las cuales estarán dispuestas de mayor a menor; son escalas decimales, donde cada unidad es 10 veces mayor que la que le sigue al lado derecho y 10 veces menor que la que le antecede al lado izquierdo.

Para determinar los factores de conversión usaremos el sistema de pasos, es decir, los lugares que distan desde la unidad mayor del problema y la unidad menor del mismo, los pasos se convertirán en la unidad seguida de ceros, como tanto pasos haya.

Mediante ejemplos se explicarán paso a paso el procedimiento para resolver los problemas de transformaciones de estos sistemas de unidades, léelo cuidadosamente y a la vez ayúdate de tu cuaderno para que entiendas la resolución de los problemas.

ESCALA DE MEDIDAS DE LONGITUD
UNIDAD PATRÓN EL METRO (m)

Mm Km Hm Dm m dm cm mm
megámetro kilómetro hectómetro decámetro metro decímetro centímetro milímetro

ESCALA DE MEDIDAS DE CAPACIDAD (VOLUMEN)
UNIDAD PATRÓN EL LITRO (l)
Ml Kl Hl Dl l dl cl ml
megalitro kilolitro hectolitro decalitro litro decilitro centilitro mililitro

ESCALA DE MEDIDAS DE MASA (PESO)
UNIDAD PATRÓN EL GRAMO (g)

Mg Kg Hg Dg g dg cg mg
megagramo kilogramo hectgramo decagramo gramo decigramo centigramo miligramo

Para transformar unidades entre la misma escala de medición, basta con plantearse una regla de tres simple, comparando las medidas involucradas en la transformación y dándosele el valor numérico de 1 a la medida mayor entre las que se están comparando con su respectiva unidad, y luego pondremos el factor de conversión, el cual lo determinaremos de acuerdo a la cantidad de espacios que disten de la unidad mayor, si la otra unidad está a tres espacios de la unidad mayor, representará el valor de 1000 veces, ya que cada paso es 10 veces mayor o menor de acuerdo a si se está a la derecha o a la izquierda del valor tomado como 1; a continuación se representará mediante unos ejemplos el procedimiento


Transformar 15 Kg a dg
Comparamos ¿cuál unidad es mayor el Kg o el dg?
El kilogramo es mayor que el decigramo, le damos el valor de 1Kg
2. ¿Cuántos pasos hay entre Kg y dg en la escala de masa?
Kg Hg Dg g dg, partiendo de Kg hay 4 pasos, por cada paso colocaremos 1 cero,entonces tenemos que:
1 Kg = 10000 dg
3. Planteamos entonces la regla de tres simple con los datos que nos da el problema y lo que hemos determinado:
1 Kg _________________________ 10000 dg
15 Kg _________________________ X
Como se puede apreciar las unidades deben ser coherentes en el planteamiento de la regla de tres, (iguales de arriba con la de abajo de cada miembro), se procederá entonces a efectuar la operación, eliminando las unidades iguales que existan en el numerador y el denominador
X = 15 Kg . 10000 dg / 1 Kg = 15 . 10000 dg = 150000 dg

Transformar 1700000 mm a Mm
1. Comparamos las unidades involucradas, entre Megámetro y milímetro es mayor el Mm, por lo que se le asigna el valor de 1 Mm
2.- Contamos los pasos entre Mm y mm en la escala
Mm Km Hm Dm m dm cm mm
entre Mm y mm hay 7 pasos partiendo de Mm, entonces 1Mm = 10000000 mm
3.-Planteamos la regla de tre simple:
1Mm ______________________ 10000000 mm
X ______________________ 1700000 mm
como se aprecia son coherentes las unidades arriba y abajo, se procede a efectuar la operación
X = 170000 mm . 1 Mm / 10000000 mm = 1700000 Mm / 10000000 =
X = 17 Mm / 100 = 0,17 Mm
* se eliminaron las unidades comunes que habían en el numerador y el denominador (mm), también se eliminaron 5 ceros comunes de las cifras del numerador y el denominador


Este procedimiento puede aplicarse para cualquiera de las escalas que aquí se mencionan: longitud, capacidad y masa, ya sea transformando una unidad pequeña a una mayor o una unidad mayor a una pequeña, y no hay necesidad de saber si se debe multiplicar o dividir para la transformación, ya que el propio planteamiento de la regla de tres indicará la operación que se deberá efectuar para la resolución del problema.


Los conocimientos previos que necesitas para la resolución de estos problemas son:
Planteamiento de regla de tres simple
Multiplicación y división por la unidad seguida de ceros
Notación científica
los cuales han sido dados en años escolares anteriores, pero que deberás estudiar para recordarlos.


Escalas de Temperatura


Para transformar ºC a ºK:
ºK = ºC + 273


Para transformar ºK a ºC:
ºC = ºK - 273


Para transformar ºC a ºF:
ºF = (9/5 ºC) + 32


Para transformar ºF a ºC:
ºC = 5/9 (ºF - 32)


Para transformar ºF a ºR:
ºR = ºF + 460


Para transformar ºR a ºF:
ºF = ºR - 460


No existen conversiones directas para las siguientes transformaciones: ºC a ºR y ºF a ºK, para lo cual se deberá transformar de ºC a ºF y luego a ºR en el primer caso y, ºF a ºC y luego a ºK en el segundo caso.

Un lector de mi blog me ha enviado la siguiente dirección electrónica donde podrás hacer conversiones de unidades de manera automática, es muy bueno poder hacerlo de esta manera, pero no estaría mal que lo intentaras de la manera "antigua", ya que comprendiendo lo conceptual se adquiere lo procedimental. Gracias amigo por tu aporte.

http://www.calkoo.com/?lang=6&page=12


MEDICIÓN Y SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Y SU MEDIDA
MEDICIÓN Y SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)


MEDIR: es un proceso que consiste en determinar la cantidad o valor de una magnitud o propiedad física de un material, tomando como patrón una unidad de medida aceptada convencionalmente.

En la vida diaria medimos frecuentemente, ya sea de manera directa usando el instrumento de medición adecuado, o de manera indirecta haciendo los cálculos aproximados basados en las experiencias en las que hayamos medido. Con el avance de la tecnología, cada vez más los instrumentos de medición se van haciendo más precisos y exactos, sin embargo a pesar de los altos niveles de calibración de los instrumentos de medida, toda medición está sujeta a un rango de error que proviene de las limitaciones del instrumento mismo (error instrumental), por la manipulación del instrumento y materiales durante la medición (error humano) y por las condiciones ambientales que ciircunscriben al proceso de medición (error fortuito); por éso toda medición tendrá un error experimental, siendo la medida tomada una aproximación del valor verdadero,real y correcto.

El Sistema Internacional de Unidades (SI)

Es un sistema de unidades de medición que desde 1960 fue establecido por el Systeme International d´Unités (Francia) que contempla las unidades métricas básicas que se deben usar para propósitos científicos, las cuales se clasifican en tres tipos:

Las unidades básicas, que son las siguientes: kilogramo para masa, metro para longitud, segundo para tiempo, amperio para corriente eléctrica, grados Kelvin para temperatura, mol para cantidad de sustancia y candela para intensidad luminosa.

Las unidades derivadas, que son las siguientes: metro para diámetro, metro cuadrado para área, metro cúbico para volumen, kilogramo por metro cúbico para densidad y metro por segundo para velocidad, entre otras.

Las unidades suplementarias, que son loas siguientes: ángulo plano para radián y ángulo sólido para estereoradián

Las unidades de medida se pueden convertir unas en otras cuando sea necesario, para ello se requiere conocer las equivalencias que existen entre las unidades de medida y hacer uso de los factores de conversión.

El Sistema Inglés de Medición se usa todavía en algunos países, en Venezuela se usa el SI, para este curso en particular solamente trabajaremos con el SI.

LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Y SU MEDIDA


LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Y SU MEDIDA
PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS Y NO CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA

Las propiedades características son aquellas que dependen de la naturaleza del material y que permiten identificarlo. Algunas de estas propiedades son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, solubilidad, entre otras más.

Las propiedades características se le llaman también intensivas, ya que no varían con la cantidad de materia, por lo que se consideran constantes.
Las propiedades no características son aquellas que no dependen de la naturaleza del material y no permiten diferenciarlo de otros. Algunas de estas propiedades son: la masa, el volumen y la temperatura. Ninguna de ellas es propia de un solo material, ya que no son únicas para cada compuesto, por lo que no se pueden usar para identificarlos.

A veces, las propiedades no características, se les llama también extensivas, ya que dependen de la cantidad de materia existente, siendo la masa y el volumen directamente proporcional a la cantidad de materia; pero, la temperatura no depende de la cantidad de materia existente, la cual a pesar de ser una propiedad no característica, no es extensiva.


PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS. DEFINICIONES

DENSIDAD:
Comenzaremos con un acertijo "¿qué pesa más una tonelada de ladrillos o una tonelada de plumas?. Si respondes que es lo mismo, demuestras comprender bien el significado de masa: una medida de la cantidad de materia. Los que respondan que los ladrillos pesan más que las plumas confunden los conceptos de masa y densidad. La materia está más concentrada en el ladrillo que en una pluma: es decir, la materia del ladrillo está confinada en un volumen menor. Los ladrillos son más densos que las plumas. La densidad es la relacióin existente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa en el espacio tal cuerpo.

Densidad (D) = masa (m) / volumen (V)

* La masa y el volumen son magnitudes extensivas. Una magnitud extensiva depende de la cantidad de materia observada. Sin embargo, si se divide la masa de una sustancia por su volumen, se obtiene la densidad, que es una magnitud intensiva. Una magnitud intensiva es independiente de la cantidad de materia observada y pueden ser utilizadas para identificar sustancias.
** En la industria las densidades generalmente se representan en Kg / m3 (se lee, kilogramos por metros cúbicos), pero los químicos generalmente expresan la densidad en g / cm3 ó g / cc (ambos se leen, gramos por centímetros cúbicos) y también se expresa en g / ml (se lee, gramos por mililitro).

La densidad de una sustancia depende:
De la temperatura: porque el volumen cambia con la temperatura mientras que la masa permanece constante: Por ejemplo, la masa de 1 lito de agua a 4 ºC es igual a 1 kilogramo; si calculamos la densidad del agua a 4 ºC tenemos que: D = 1 Kg / 1 l = 1 Kg/l
(densidad del agua a 4 ºC); en cambio la densidad del agua a 20 ºC = 0, 9982 Kg/l ,lo que quiere decir que la densidad es una función de la temperatura.

Del estado de la materia: en general, los sólidos son más densos que los líquidos y ambos son más densos que los gases. Las densidades de los líquidos se conocen con más precisión que las de los sólidos, ya que éstos pueden tener más defectos en sus estructuras microscópicas; las densidades de los elementos y los compuestos también se conocen con más precisión que las de los materiales de composición variable, como la madera, el caucho, el petróleo.

Una consecuencia importante de las diferentes densidades de sólidos y líquidos es que los líquidos y sólidos de densidad baja flotan en los líquidos de densidad alta (siempre que los líquidos y sólidos no se disuelvan unos en otros)

PUNTO DE EBULLICIÓN: Cuando calentamos un líquido, la temperatura va aumentando y se produce un burbujeo. En este punto la temperatura permanece constante, y normalmente decimos que el líquido está hirviendo o bullendo y pasa a la forma de gas; es decir, se evapora.

El punto de ebullición es una propiedad característica de cada material, que al ser constante permite identificar el material del cual se está determiando la magnitud.

¿Cómo se determina el punto de ebullición?
Se determina usando la técnica de evaporación o destilación; también se puede realizar un estudio de calentamiento de una sustancia como el agua a partir del estado sólido hasta su ebullición.

PUNTO DE FUSIÓN: Ocurre cuando se calienta un sólido y su temperatura aumenta hasta que comienza a fundirse y pasa a la forma de líquido; aqui la temperatura permanece constante hasta que el líquido se funde completamente.

¿Cómo se determina el punto de fusión?
Para poder determinaar el punto de fusión se debe colocar el sólido en un recipiente que reciba calor y lo transfiera al sólido; se debe tomar la temperatura durante el proceso y al fundirse totalmente el sólido, en ese momento la temperatura observada será el punto de fusión.

SOLUBILIDAD: Para entender bien el concepto de solubilidad tenemos que saber: qué es soluto y qué es solvente
SOLUTO: Es la sustancia que se disuelve en otra
SOLVENTE: Es la sustancia que disuelve al soluto
Todo depende de la naturaleza del soluto, del solvente y de la temperatura; podemos mencionar una regla muy popular en química que dice: "lo semejante disuelve a lo semejante". De ésta manera podemos decir que el esmalte de uñas se disuelve en acetona pero no en agua, debido a que el esmalte de uñas es compatible con la acetona mas no con el agua. Una sustancia puede ser muy soluble en un solvente e insoluble en otro.

¿Cómo se determina la solubilidad?
Se determina añadiendo el soluto a 100 cm3 de solvente hasta que ocurra la saturación del solvente, todo ello a una determinada temperatura fija; después calculamos por pesada la cantidad de soluto disuelta y expresamos la Solubilidad como gramos de soluto disueltos en 100 gramos de solvente g de soluto / 100 g de solvente

PROPIEDADES NO CARACTERÍSTICAS. DEFINICIONES

MASA: Es la cantidad de materia de un objeto. En el sistema SI, el patrón de masa es el kilogramo (Kg) que es una unidad bastante grande para la mayoría de las aplicaciones químicas; por lo tanto, frecuentemente utilizamos la unidad gramo (g), que es aproximadamente la masa de tres pastillas para adultos de aspirina. Un dispositivo habitual en el laboratorio para medir la masa es la balanza.

No se debe confundir los términos Masa y Peso. La Masa (m) es constante, que no depende de cómo o en donde se mida; el Peso (W) en cambio, puede variar debido a la aceleración de la gravedad (g), la cual varía un poco en los distintos puntos de la Tierra. Así, un objeto que pesa 100 Kg en Rusia, pesa sólo 99.6 Kg en Panamá, y pesaría solamente 17 kg en la Luna. Aunque su peso varía de acuerdo al lugar donde se mida, la masa permanece constante (es la misma) en los tres lugares.

VOLUMEN: Es el lugar en el espacio que ocupa la materia. Una medida importante que los químicos expresan mediante unidades derivadas es el volumen. El volumen tiene unidades de (longitud)3 y la unidad standard SI de volumen es el metro cúbico (m3). Las unidades de volumen más frecuentes son el centímetro cúbico (cc ó cm3) y el litro (l).
Un litro se define como un volumen de 1000 cm3, ésto significa que un mililitro (1 ml) es igual a 1 cm3. El litro también es igual a un decímetro cúbico (1 dm3).

TEMPERATURA: es la medida del nivel térmico de la energía calorífica, se expresa en grados, por lo general en una de las dos escalas relativas: Centígrados (o Celsius) y Fahrenheit; o en una de las dos escalas absolutas: Kelvin y Rankine.

Los dos puntos fijos de estas cuatro escalas son aquellas temperaturas a las cuales el agua, saturada de aire (medio ambiente), congela y hierve a la presión de una atmósfera (sobre el nivel del mar). En la escala Centígrada o de Celsius estos dos puntos son 0º y 100 ºC; en la de Fahrenheit, 32º y 212 ºF; en la absoluta de Lord Kelvin, 273 º y 373 ºK; y en la escala absoluta de Rankine, 492 º y 672 ºR, respectivamente.

El intervalo existente entre el punto de congelación y el de ebullición del agua en la escala centígrada y Kelvin, es de 100º; mientras que el mismo intrvalo en las escalas de Fahrenheit y Rankine es de 180º.

La equivalencia entre los grados centígrados (o Kelvin) y los grados Fahrenheit (o Rankine) viene expresados por la identidad: 100 ºC (o ºK) = 180 ºF (o ºR)

Para convertir grados centígrados en grados absolutos Kelvin se suman 273º al valor en grados centígrados, y, por el contrario, para convertir ºK a ºC se le restan 273º al valor de la lectura en aquella escala absoluta.

De manera análoga, para transformar grados Fahrenheit en grados absolutos Rankine se suman 460º al valor conocido en la escala Fahrenheit, e, inversamente, para convertir ºR en ºF se restan 460º al valor dado en la escala Rankine.

La conversión recíproca entre grados Centígrados y grados Fahrenheit se estudia en la resolución de los problemas correspondientes.