UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE EDUCACIÓN, ARTES Y HUMANIDADES

DEPARTAMENTO DE PEDAGOGÍA, ANDRAGOGÍA, COMUNICACIÓN Y MULTIMEDIA

LICENCIATURA EN BIOLOGÍA Y QUÍMICA PRÁCTICA PEDAGÓGICA VI: PROFESIONAL

UNIDAD DIDÁCTICA: GASES

TEMAS Y OBJETIVOS DIDÁCTICOS

DATOS DE IDENTIFICACIÓN

Área/Asignatura: Ciencias Naturales y Educación Ambiental / Química

Docente: Rubén D. Toro Berbesí Grado: Octavo “C”

Tema: Gases Leyes de los gases

Duración: 6 horas

Objetivo Didáctico: Enunciar las leyes de los gases, representarlas

matemáticamente y utilizarlas para determinar el estado de un gas cuando se modifican sus condiciones.

Instructivo: 1. Lea cuidadosamente la guía. 2. Desarrolle los ejercicios y participe de las actividades

sugeridas de la guía en el cuaderno y proceso de aula.

RECONOCIMIENTO DE MOMENTOS PREVIOS. MOTIVACIÓN

1. RECUPERACIÓN DE CONOCIMIENTOS TÉCNICOS

Gas, ley, volumen, temperatura, masa, presión, mol, constante, densidad, masa molar, condiciones normales, fuerzas de atracción, ecuaciones, formulas.

2. MOTIVACIÓN

Los gases son elementos, compuestos, sustancias y formas dadas en un estado

no visible pero sentidos en su furor de expandirse por todo el espacio en el que se encuentren y esté disponible su movimiento. En nuestro medio ambiente

encontramos muchas formas y sustancias en este estado gaseoso, bombas en cumpleaños, nuestro cuerpo y organismo se oxigena, expulsamos dióxido de

carbono, usamos elementos como aerosoles; pero de son altamente contaminantes para nuestro medio, las industrias producen y expulsan gases al

ambiente que contaminan menoscabándolo y con ello perjudicando las diferentes

formas de vida que hay en el planeta.

CONTENIDOS PROGRAMÁTICOS

3. MOMENTO BÁSICO

GASES Según la teoría cinético-molecular, los gases presentan las siguientes características: n Tienden a ocupar todo el espacio disponible en el recipiente que los contiene, ya que sus moléculas poseen gran energía cinética, superando las fuerzas de atracción intermoleculares. Esta pro- piedad se denomina expansibilidad. n Como consecuencia de la expansibilidad, los gases no tienen forma ni volumen definidos. El volumen ocupado por un gas depende de la presión ejercida sobre éste, de forma que poseen una alta compresibilidad (fi gura 2). n Debido a que las fuerzas entre las partículas de un gas son débiles, éstas se hallan dispersas en el espacio. Como resultado de esto, el vo- lumen que ocupa un gas es muy superior al volumen de las partículas constitutivas del mismo, pues estas presentan una baja densidad. n Cuando dos o más gases se hallan ocupando el mismo espacio, sus partículas se entremezclan completa y uniformemente, por lo que se dice que los gases poseen una alta miscibilidad. Algunas sustancias que se presentan en estado gaseoso, a temperatura ambiente son: el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), el hidrógeno (H2), el dióxido de carbono (CO2) y el cloro (Cl2). El oxígeno y el hidrógeno son los elementos constitutivos del agua, sin la cual no hubiera sido posible el desarrollo de la gran variedad de seres vivos que habita el planeta Tierra. PROPIEDADES DE LOS GASES Para definir el estado de un gas se necesitan cuatro magnitudes: masa, presión, volumen y temperatura. Masa. Representa la cantidad de materia del gas y suele asociarse con el número de moles (n). Presión. Se define como la fuerza por unidad de área, F/A. La presión P, de un gas, es el resultado de la fuerza ejercida por las partículas del gas al chocar contra las paredes del recipiente. La presión determina la dirección de flujo del gas. Se puede expresar en atmósferas (atm), milímetros de mercurio (mmHg), pascales (Pa) o kilopascales (kPa). La presión que ejerce el aire sobre la superficie de la tierra se llama presión atmosférica y varía de acuerdo con la altura sobre el nivel del mar; se mide con un instrumento llamado barómetro (figura 16). Las medidas hechas a nivel del mar y a 0 °C dan un promedio de 760 mm de Hg que son equivalentes a 1 atm, a 101,3 kPa, a 1,0332 kg/cm2, a 7,6 ? 102 torr (Torricelli) o a 1,01325 bares, dependiendo de la unidad en la que se quiera expresar. La presión de un gas se mide con un aparato llamado manómetro (figura 17). En el estudio de los gases es necesario tener claridad sobre dos conceptos: la presión ejercida por un gas y la presión ejercida sobre el gas. La presión ejercida por el gas es la que ejercen las moléculas del propio gas. Se le llama presión interna porque actúa desde adentro hacia afuera a través de los choques de sus moléculas con el recipiente que las contiene. En cambio, la presión ejercida sobre un gas corresponde a la fuerza que se ejerce sobre él, comprimiendo sus moléculas, para que ocupen un volumen determinado. Esta se llama presión externa. Volumen. Es el espacio en el cual se mueven las moléculas. Está dado por el volumen del recipiente que lo contiene, pues por lo general se desprecia el espacio ocupado por las moléculas. El volumen (V) de un gas se puede expresar en m3, cm3, litros o mililitros. La unidad más empleada en los cálculos que se realizan con gases es el litro. Temperatura. Es una propiedad que determina la dirección del flujo del calor. Se define como el grado de movimiento de las partículas de un sistema bien sea un sólido, un líquido o un gas. La temperatura en los gases se expresa en la escala Kelvin, llamada también escala absoluta.

Puesto que muchos gases se encuentran a muy bajas temperaturas (negativas en la escala centígrada), es conveniente al realizar cálculos matemáticos, transformar primero los grados centígrados en grados absolutos. Cuando se tiene 1 mol de gas, a 1 atm de presión, a una temperatura de 273 K y ocupa un volumen de 22,4 L, se dice que se encuentra en condiciones normales (C.N.) TEORIA CINETICA DE LOS GASES La teoría cinética de los gases intenta explicar el comportamiento de los gases a partir de los siguientes enunciados: Los gases están compuestos por partículas muy pequeñas llamadas moléculas. La distancia que hay entre las moléculas es muy grande comparada con su tamaño; esto hace, que el volumen total que ocu- pan sea solo una fracción muy pequeña comparada con el volumen total que ocupa todo el gas. Este enunciado explica la alta compresibilidad y la baja densidad de los gases. No existen fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas. Las moléculas de un gas se encuentran en un estado de movimiento rápido constante, chocan unas con otras y con las paredes del recpiente que las contiene de una manera perfectamente aleatoria. La frecuencia de las colisiones con las paredes del recipiente explica la presión que ejercen los gases (fi gura 20). Todas estas colisiones moleculares son perfectamente elásticas; en consecuencia no hay pérdida de energía cinética en todo el sistema. Una pequeña parte de esa energía puede transferirse de una molécula a otra durante la colisión. La energía cinética promedio por molécula del gas es proporcional a la temperatura medida en Kelvin y la energía cinética promedio por molécula en todos los gases es igual a la misma temperatura. Teóricamente a cero Kelvin no hay movimiento molecular y se considera que la energía cinética es cero. Con estos enunciados es posible explicar el comportamiento de los gases frente a las variaciones de presión y temperatura. Por ejemplo: El aumento que experimenta el volumen de un gas cuando se aumenta la temperatura, se explicaría de la siguiente manera: al aumentar la temperatura del gas, se aumenta la agitación térmica de sus moléculas, es decir, las moléculas se mueven con mayor velocidad y describen trayectorias mucho más amplias, de manera que el espacio ocupado por dichas moléculas es mayor que el que ocuparían a temperaturas más bajas. El aumento de presión que experimenta un gas cuando se reduce su volumen se interpretaría de la siguiente manera: para una cantidad fija de moléculas encerradas en un recipiente, la presión será tanto mayor cuanto menor sea el volumen, ya que las colisiones de dichas partículas contra las paredes del recipiente serán tanto más frecuentes cuanto menor sea la cantidad de espacio disponible para sus movimientos. Los gases que se ajustan a estos enunciados se llaman gases ideales y aquellos que no lo hacen se denominan gases reales, los cuales en condiciones bajas de temperatura o presiones altas se desvían del comportamiento ideal.

LEYES DE LOS GASES LEY DE BOYLE

LEY DE CHARLES

LEY DE GAY-LUSSAC

LEY COMBINADA DE LOS GASES

LEY DE DALTON O DE LAS PRESIONES PARCIALES

PRINCIPIO DE AVOGADRO En 1811, Amadeo Avogadro encontró experimentalmente que volúmenes iguales de todos los gases medidos a las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas. Dicho de otro modo,

V ~ n, es decir, V = K * n Así, un número fijo de moléculas de cualquier gas siempre ocupa el mismo volumen en unas determinadas condiciones de presión y temperatura. Bajo condiciones normales (273 K y 1 atm) y teniendo en cuenta que un mol equivale a 6,02 ? 1023 moléculas, 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 litros. Por otro lado, el peso molecular de un gas es la masa de dicho gas que ocupa 22,4 litros a condiciones normales.

ECUACIÓN DE ESTADO O LEY DE LOS GASES IDEALES

PALABRAS CLAVES: Gases, leyes de los gases, presión, volumen, temperatura, mol, constante universal de los gases ideales, elementos gaseosos, ecuaciones, gases ideales, gases reales, fuerza de atracción, fuerza molecular, moléculas, cinética.

ACTIVIDADES DE ENSEÑANZA APRENDIZAJE

4. MOMENTO DE PRÁCTICA

MOMENTO DE EVALUACIÓN

5. MOMENTO DE EVALUACIÓN

1. Utiliza la ecuación de los gases ideales PV =nRT, para determinar:

a) El volumen de 1,20 moles de oxígeno gaseoso, O2, a 27 °C y 1 atmósfera de presión.

b) El número de moles en 10 L de CO2 a 20 °C y 800 torr.

c) El peso molecular de un gas cuya densidad es 1,62 g/L a 200 K y 1,89

atmósferas de presión.

2. 3.

MOMENTO DE EXTENSIÓN

6. MOMENTO DE EXTENSIÓN

El efecto invernadero evidencia el deterioro de las condiciones de vida del planeta

por las actividades que realiza el ser humano.

a) ¿Qué alternativas de solución puedes proponer para evitar el avance de este

efecto en tu entorno?

b) ¿Consideras que las estrategias propuestas a nivel mundial para el control del efecto invernadero son viables?

GLOSARIO

7. GLOSARIO

Condiciones normales: Término aplicado a los gases. Un gas está a condiciones normales cuando ejerce una presión de 1 atm a 0 °C. En

condiciones normales (CN) 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen aproximado de 22.4 L.

Ecuación de estado: Ecuación fundamental del gas ideal PV = nRT, donde P

= presión (atm), V= volumen (L), n = moles, T = temperatura absoluta y R = constante universal de los gases (0.082).

Gas: Sustancia caracterizada por unas fuerzas de cohesión entre sus moléculas

muy débiles o inexistentes. Los gases no tienen forma ni volumen, se mueven libremente y caóticamente, y tienden a ocupar todo el espacio disponible. Con

una densidad extremadamente pequeña, son expansibles y comprensibles.

Gases ideales: Gases que cumplen la ley general de los gases a cualquier

temperatura. Es un gas ideal o perfecto no hay fuerzas intermoleculares y el volumen ocupado por sus moléculas es despreciable frante al total. Si bien un

gas cumple rigurosamente estas leyes, el hidrógeno, el nitrógeno y el helio se aproximan bastante a presiones bajas y temperaturas relativamente elevadas.

Presión: Fuerza por unidad de área. La presión, término más corrientemente

aplicado a los gases, se expresa en atmósferas, mm de Hg (torr) o kilopascales.

Presión parcial: Presión ejercida por una gas y una mezcla de gases ideales.

Equivale a la que haría este gas si en solitario y a la misma temperatura ocupara el mismo volumen que ocupa la mezcla.

Química: es la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y

propiedades de la materia, así como los cambios que ésta experimenta durante

las reacciones químicas y su relación con la energía.

Temperatura: Magnitud termodinámica que mide el nivel térmico de un cuerpo. Si dos cuerpos entran en contacto, se produce una transferencia de

energía térmica desde el cuerpo que tiene una temperatura más elevada a aquel que tiene temperatura más baja. Esta transferencia finaliza cuando los

dos cuerpos alcanzan la misma temperatura, es decir, están en equilibrio.

Temperatura absoluta: Temperatura basada en la escala Kelvin o absoluta

de temperaturas, en la que se define un punto referencial, el cero absoluto,

que equivale a -273,16ºC. La temperatura expresada en Kelvin se obtiene: T (K)=t (ºC)+273,16.

Torr: Unidad de presión equivalente a 1 mmHg. Toma este nombre en honor a

Evangelista Torricelli.

Volumen molar: Volumen que ocupa 1 mol de la una sustancia. En el caso de sólidos y líquidos, este volumen depende de su densidad. En cambio, el

volumen molar es el mismo para cualquier gas si las condiciones de presión y temperatura son las mismas, en condiciones normales, el volumen molar de un

gas es de 22,41.

BIBLIOGRAFÍA

8. BIBLIOGRAFÍA

Mondragón Martínez, César Humberto; Peña Gómez, Luz Yadira; Sánchez de Escobar, Martha; Arbeláez Escalante, Fernando; González Gutiérrez, Diana. Hipertexto Química 1. Editorial Santillana, 2010. Restrepo Merino, Fabio & Jairo. Hola química tomo 1. Susaeta Ediciones. 1989.

Internet - Google: Gases. Leyes de los gases. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesLeyes.htm

http://dequimica.com/quimica_general/