Los fundamentos teóricos de la densidad

PRACTICA 3

Marco teórico

La densidad es una propiedad intensiva que se define como la masa por unidad de volumen. Puede expresarse en cualesquiera unidades que tengan las dimensiones masa entre longitud al cubo (kg/m3, g/cm3, g/L).

Densidad = masa / volumen, p = m/v 3.1

Para el caso de gases o vapores que se comporten idealmente, su densidad también se puede calcular a partir del conocimiento de las propiedades del sistema, empleando la ecuación de los gases ideales:

PV= nRT 3.2

An= m/M 3.3

Donde M es la masa molar del gas (masa de un mol) y n es el número de mol. Por lo tanto:

PV= (m/M)RT

Sustituyendo en la ecuación (3.1) y despejando se obtiene

P= m/V = p(M)/RT

Como un mol de cualquier gas a las condiciones normales de presión y temperatura (CNPT), 1.01325x105 Pa y 273.15 K, ocupa un volumen aproximado de 22.4 litros, es posible calcular la densidad de cualquier gas o vapor a estas condiciones.

Gas M

(g/mol) V

(L) P

(g/L)

H2 2 22.4 0.089

NH3 17 22.4 0.759

O2 32 22.4 1.428

CO2 44 22.4 1.964

BICARBONATO DE SODIO, NaHCO3.

El bicarbonato de sodio es un compuesto sólido cristalino de color blanco, muy soluble en agua.

Tiene múltiples usos algunos de los cuales son: como gasificante en panadería (levaduras) y en la producción de gaseosas; es el componente fundamental de los polvos de extintores de incendio; como antiácido estomacal; como limpiador de manos y suavizante (neutraliza los olores desagradables); en artículos de limpieza (cepillos, peines, azulejos, baldosas,ayudar a reducir grasas y alimentos en vajillas, ollas, sartenes, etc.); limpiar microondas y hornos; en limpieza de baterías y para neutralizar el ácido derramado en caso de derrame del mismo; etc.

ÁCIDO CLORHÍDRICO, HCl.

El ácido clorhídrico es un líquido transparente. Es altamente corrosivo por lo cual se deben tomar precauciones en su manipulación para evitar quemaduras sobre los tejidos corporales y otros daños que puede ocasionar (puede dañar o incluso destruir algún metal dependiendo de la composición de éste). La corrosividad del ácido aumenta a medida que aumentar la concentración del mismo.

El uso más común de este ácido es como reactivo químico. Se utiliza para eliminar residuos de caliza (carbonato de calcio) basándose dicha aplicación en la siguiente reacción:

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O.

También se utiliza en las síntesis de cloruros orgánicos (compuestos que se utilizan como insecticidas, disolventes, etc.).

Otro uso importante del ácido clorhídrico es en la regeneración de resinas de intercambio iónico (una de cuyas aplicaciones es eliminar cationes sodio y calcio en disoluciones acuosas y obtener agua desmineralizada)

LEYES DE LOS GASES

Las primeras leyes de los gases fueron desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los científicos empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presión, el volumen y la temperatura de una muestra de gas, en un sistema cerrado, se podría obtener una fórmula que sería válida para todos los gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad de condiciones debido a la buena aproximación que tienen las moléculas que se encuentran más separadas, y hoy en día la ecuación de estado para un gas ideal se deriva de la teoría cinética. Ahora las leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales de la ecuación del gas ideal, con una o más de las variables mantenidas constantes.

Ley de Charles

Artículo principal: Ley de Charles

La ley de Charles, o ley de los volúmenes, fue descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presión constante, el volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en grados Kelvin).

Esto se puede encontrar utilizando la teoría cinética de los gases o un recipiente con calentamiento o enfriamiento [sin congelar <0] con un volumen variable (por ejemplo, un frasco cónico con un globo).

V = k_2T \,

Donde T es la temperatura absoluta del gas (en grados Kelvin) y k2 (en m3•K−1) es la constante producida.

Ley de Gay-Lussac

Artículo principal: Ley de Gay-Lussac

Postula que las presiones ejercidas por un gas sobre las paredes del recipiente que lo contienen son proporcionales a sus temperaturas absolutas cuando el volumen es constante.

P = k_3T \qquad

Combinación y leyes de los gases ideales

Artículo principal: Ley general de los gases

Ley de Boyle establece que el producto presión-volumen es constante:

PV = k_1 \qquad (1)

Ley de Charles muestra que el volumen es proporcional a temperatura absoluta:

V = k_2T \qquad (2)

Ley de Gay-Lussac dice que la presión es proporcional a la temperatura absoluta:

P = k_3T \qquad (3)

Donde P es la presión, V el volumen y T la temperatura absoluta de un gas ideal.

Mediante la combinación de (2) o (3) podemos obtener una nueva ecuación con P, V y T.

PV=k_{ 2 }{ k }_{ 3 }{ T }^{ 2 }

Definiendo el producto de K2 por K3 como K4 :

PV=k_{ 4 }{ T }^{ 2 }

Multiplicando esta ecuación por (1):

{ (PV) }^{ 2 }={ k }_{ 1 }k_{ 4 }{ T }^{ 2 }

Definiendo k5 como el producto de k1 por k4 reordenando la ecuación:

\frac { { (PV) }^{ 2 } }{ { T }^{ 2 } } ={ k }_{ 5 }

Sacando raíz cuadrada:

\frac { PV }{ T } ={ \sqrt { { k }_{ 5 } } }

Renombrando la raíz cuadrada de k5 como K nos queda la ecuación general de los gases:

\frac { PV }{ T } = K

Materiales y materia prima

Materiales

1 Soporte con arillo y tela de alambre

1 Vidrio de reloj

1 Pinza de 3 dedos

1 Espátula chica

1 Bascula con precisión de 0.01 g (por grupo)

1 Bureta para gases de 100ml

1 Vaso de precipitados de 2000mL.

1 Matraz de 2 bocas con 2 tapones de hule y tubería de latex

1 Termómetro de -10 a 110 °C

1 Probeta corta de 60 ml

Materia prima

Ácido clorhídrico .5 molar

Agua H20

Tableta efervescente (que contenga bicarbonato de sodio)

Desarrollo experimental

Tabla de datos experimentales

Masa del trozo de la tableta efervescente .23 g

Composición

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