II Los estados de la materia. Los gases APLICACIONES ... · II APLICACIONES INFORMÁTICAS Los...

Recursos y enlacesLa materia se puede encontrar en la naturaleza en tres estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso.El paso de un estado de la materia a otro se hace o bien absorbiendo energía calorífica o bien cediéndola.Mediante programas informáticos vamos a visualizar simulaciones de curvas de cambio de estado. Además,utilizaremos programas informáticos para el estudio de los gases, sus propiedades y las leyes que rigen su comportamiento.

Recursos:

� Laboratorio virtual. Programa IrYdium Chemistry Lab (versiones para Windows y Linux sobre la web.)

� Calculadora. Programas Calc (para Windows) y Xcalc (para Linux.)

� Leyes de los gases. Objetos de aprendizaje interactivo del Portal Educaplus (versión para Windows y Linuxsobre la web.)

� Curva de calentamiento y cambio de estado. Animaciones Java de Educamix presentando gráficas decalentamiento y cambios de estado (versión para Windows y Linux sobre web.)

� Tabla periódica. Sistema periódico de los elementos químicos de Quiminet (versión para Windows y Linuxsobre a web). También se pueden usar los programas Kalcium y GPeriodic para Linux.

Enlaces:

� Laboratorio virtual. http://www.chemcollective.org/vlab/vlab.php?lang=es

� Tabla periódica. http://personal5.iddeo.es/pefeco/Tabla/tablaperiodica.htm

IIAPLICACIONES INFORMÁTICAS

Los estados de la materia. Los gases

Física y Química 3.º ESO MATERIAL FOTOCOPIABLE / © Oxford University Press España, S. A.

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� Leyes de los gases. http://www.educaplus.org/gases

� Propiedades e instrumentos de medida. Temperatura, presión, masa.

� Leyes de Avogadro, Boyle, Charles y Gay-Lussac



MATERIAL FOTOCOPIABLE / © Oxford University Press España, S. A. Física y Química 3.º ESO

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� Laboratorio. Salas de Boyle y Charles.

� Curva de calentamiento. http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/b_ii/simulaciones/grafica_calentamiento.htm

(Tiene que estar instalado el Java.)

� Cambio de estado. http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/b_ii/simulaciones/grafica_cambio_estado.htm

� Ley de los gases ideales [Wikipedia]. http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales

� La Materia. Estados de la Materia [VisionLearning]http://www.visionlearning.com/library/module_viewer2.php?mid=120&ut=&l=s

� La Tabla Periódica de Elementos [VisionLearning]http://www.visionlearning.com/library/module_viewer2.php?mid=52&ut=&l=s




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A c t i v i d a d e s

� Sobre cambios de estado

Estudia los cambios de estado de la materia mediante las gráficas de calentamiento y cambio de estadode las animaciones propuestas como recursos. Expresa las temperaturas de cambios de estado en lasescalas Celsius (°C), Kelvin (K) y Fahrenheit (°F).

Procedimiento

1. Haciendo uso de los enlaces proporcionados, estudia los estados de la materia, sus propiedades y loscambios de estado.

2. Con la ayuda de las curvas de calentamiento y cambios de estado, simula un proceso de calentamientoy observa en la gráfica los diferentes puntos de temperatura que corresponden a los distintos estados.

3. La conversión de una escala a otra se realizará con ayuda de la calculadora y de las fórmulas de conversiónadecuadas, a partir de la obtenida en las gráficas, que viene expresada en escala Celsius:

T (K) � T (°C) � 273; T (°F) � T (°C) · 1,8 � 32

� Sobre las leyes de los gases

En la sala Boyle del laboratorio Educaplus tenemos una jeringuilla que contiene una cierta cantidad de gasque ocupa un volumen de 35 mL a la presión de 1 atm y a una temperatura que se mantiene constante.

Cuando movemos el émbolo, hacemos que el gas ocupe diferentes volúmenes, ya que se ve sometidoa diferentes presiones. Los valores de volumen y presión que corresponden a cada medida se vanregistrando en la tabla de datos del experimento.

De acuerdo a las instrucciones del propio applet, resolveremos las siguientes cuestiones:a) Comprueba la ley de Boyle (p · V � k).b) Determina el valor de k en este experimento a partir de las tablas de valores y de la gráfica 1/p�V.c) Si se tratara de un gas ideal a la temperatura de 298 K, ¿con cuántos moles estaríamos experimentando?

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Observaciones: se recomienda estudiar previamente los estados de lamateria, sus características y los cambios de estado.

La ecuación de los gases ideales es p · V � n · R · T

R es la constante de los gases ideales, y su valor es 0,082 atm · L/K · mol

Procedimiento

1. Tras la ejecución del applet, procede, en primer lugar, a tomar medidas de presión desde el máximovolumen hasta el mínimo, a ciertos intervalos y de forma aproximada por la precisión de la jeringa.Por ejemplo: 30 mL, 25 mL, 20 mL, 10 mL y 7 mL (mínimo).

2. Utilizando la calculadora, o mejor aún, la hoja de cálculo, resuelve las cuestiones planteadas en losapartados a) y b). Introduce, además, la fórmula de la ley de Boyle en una tercera columna de datos yverifica que se cumple. Por ejemplo:

3. Para resolver la tercera cuestión, aplica la ecuación de los gases ideales (p · V � n · R · T), ya que conocemosp, V y T. Basta con utilizar el valor adecuado de la constante R de los gases ideales (R � k1 k2 k3) para obtenercomo respuesta n e incluso las constantes k2 y k3 de la ley de Charles (V � k2 · T) y Avogadro (V � k3 · n),respectivamente, dado que ya conoces k1 por la ley de Boyle (V � k1/p).Te aconsejamos que procedas con la hoja de cálculo de nuevo si deseas contrastar los datos experimentales.




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V (mL)

35

30,14

24,94

20,24

9,95

7

p (mmHg)

760

882,55

1 067,41

1 314,23

2 673,36

3 800

1/p

0,001 315 789

0,001 133 08

0,000 936 847

0,000 760 902

0,000 374 061

0,000 263 158

k

26 600

26 600,057

26 621,2 054

26 600,015 2

26 599,932

26 600

V (mL)

35

30,14

24,94

20,24

9,95

7

V (L)

0,035

0,030 14

0,024 94

0,020 24

0,009 95

0,007

p (mmHg)

760

882,55

1 067,41

1 314,23

2 673,36

3 800

p (atm)

1

1,161 25

1,404 49

1,729 25

3,517 58

5

T (K)

298

298

298

298

298

298

n � (p � V)/(R � T)

0,001 431 31

0,001 431 313

0,001 432 451

0,001 431 311

0,001 431 306

0,001 431 31

En la sala Charles del laboratorio Educaplus tenemos un gas que, a la tem-peratura de 298,15 K, ocupa un volumen de 26 mL. El gas está encerrado enun depósito de volumen variable, por lo que la presión se mantiene cons-tante.De acuerdo con las instrucciones del propio applet, resuelve las siguientescuestiones:a) Comprueba la ley de Charles (V � k � T).b) Determina el valor de la constante k para la muestra de gas a partir de la

tabla de datos y de la gráfica V�T.c) Si se tratara de un gas ideal a la presión de 1 149 mmHg, ¿con cuántos

moles estaríamos experimentando?

Procedimiento

1. En el applet iremos cambiando la temperatura con la barra de desplazamiento inferior. Para consultarlos datos correspondientes al volumen, consulta la tabla de datos de experimentación y la gráficacomplementaria. Aplicaremos dos nuevos valores de temperatura, uno por encima y otro por debajode la temperatura inicial; por ejemplo: 200 K y 400 K, aproximadamente.

2. Aplicando la ley de Charles, halla y verifica en una hoja de cálculo, o mediante la calculadora, que laconstante de proporcionalidad k es similar en ambos casos, por lo que se cumple dicha ley.

3. Para resolver la cuestión c), conociendo ahora la presión, debes aplicar la ecuación de los gases ideales(p · V � n · R · T), donde p, V y T, así como el valor adecuado de la constante R de los gases ideales (R � k1 k2 k3),son conocidos. De este modo, obtendrás como respuesta n. Como en el ejercicio anterior, te aconsejamostrabajar con la hoja de cálculo para contrastar los datos experimentales.

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T (K)

198,15

400,15

V (L)

0,017 27

0,034 89

p (mmHg)

1 149

1 149

p (atm)

1,511 84

1,511 84

(p · V)/T � n · R

0,100 142 468

0,100 183 956

T (K)

198,15

400,15

T (°C)

�75

127

V (cm3)

17,27

34,89

V (L)

0,017 27

0,034 89

k

8,715 62E-05

8,719 23E-05

n � (p · V)/(R · T)

0,001 605 781

0,001 606 447

� Sobre metales

Etiqueta tres frascos que contengan metales desconocidos en función de sus densidades, utilizando ellaboratorio virtual y la tabla periódica.

Procedimiento

1. Selecciona del almacén los metales denominados Metal 1, Metal 2 y Metal 3. Si no están en el almacéninicial, busca en otros almacenes en Fichero � Cargar Tareas � Local Problems in English � Molarity andDensity � Metals Density Problem.

2. Realiza experimentos con los metales para determinar sudensidad en función de la masa y el volumen, teniendo encuenta que tanto el visor de disoluciones como el modo detransferencia preciso deben estar desactivados en ellaboratorio virtual. Se recomienda utilizar probetasgraduadas y, si fuera necesario, disolver el polvo de metal en agua.

3. Una vez determinadas la masa y el volumen, utiliza la calculadora para averiguar la densidad (densidad �� masa/volumen). También puedes utilizar una hoja de cálculo para hallarla. Puedes comparar losresultados para comprobar si existe algún error en la precisión del programa utilizado.

4. Busca el metal correspondiente en la tabla periódicaaplicando el filtro (parte inferior) de carácter metálico (losmetales están en color azul).

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� Instalación del visualizador de animaciones Flash para las salas Boyle y Charles del laboratorioEducaplus y otras del mismo portal.Descargar el correspondiente pluggin de Adobe (www.adobe.com/es) para el Windows o Linuxcorrespondiente si no se puede visualizar correctamente.

� Instalación de Java JRE para los applets del laboratorio virtual y simulaciones de curvasde calentamiento.Descargar el correspondiente pluggin de Sun (www.java.com) para el Windows o Linuxcorrespondiente si no se puede visualizar correctamente.

� Actualización del almacén inicial del laboratorio virtual con todos los elementos necesariosde los ejercicios.Sustituir los archivos de la carpeta vlab\assignments\default_es por los de la carpeta oxford queos facilitará el profesor.

Otras cuestiones

MATERIAL FOTOCOPIABLE / © Oxford University Press España, S. A Física y Química 3.º ESO

II. Los estados de la materia. Los gases

� Sobre cambios de estado

Se trata de simulaciones mediante applets Java, por lo que no se requieren resultados concretos.

En todo caso, anótese que las temperaturas de ebullición en los dos experimentos es de 70 °C, y en cambio, las de fusión sonde �120 °C y �20 °C respectivamente.

En la siguiente tabla aparecen estos datos expresados en las distintas escalas de unidades:

� Sobre las leyes de los gases

Respecto a las experiencias de la ley de Boyle, hay que comprobar que los valores de la constante de proporcionalidad ksean iguales para distintos V y p, cuyo valor correcto de acuerdo a las unidades (L y mmHg) es de 26,6. Sería interesanteque se calculara tanto con el programa Calc (para Windows) o Xcal (Linux) como mediante una hoja de cálculo.

El cálculo del número de moles resulta de la correcta aplicación de la fórmula y de la constante R de los gases,n � 0,001 432 451 mol.

Respecto a las experiencias de la ley de Charles, hay que comprobar que los valores de la constante de proporcionalidad ksean iguales para distintos valores de V y T, cuyo valor correcto de acuerdo a las unidades (L y mmHg) es de 8,715 62 E-05.Sería interesante que se calculara tanto con el programa Calc (para Windows) o Xcal (Linux) como mediante una hoja decálculo.

El cálculo del número de moles resulta de la correcta aplicación de la fórmula y de la constante R de los gases,n � 0,001 605 781 mol.

� Sobre metales

El correcto etiquetado de los frascos que contienen metales sería:4

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1

SOLUCIONARIO

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AS

0

�30

Inicial

°C

�120

20

Fusión

70

70

Ebullición

0

243,15

Inicial

K

153,15

293,15

Fusión

343,15

343,15

Ebullición

0

�22

Inicial

°F

�184

68

Fusión

158

158

Ebullición

0,035

0,030 14

0,024 94

0,020 24

0,009 95

0,007

V (L)

1

1,161 25

1,404 49

1,729 25

3,517 58

5

p (atm)

298

298

298

298

298

298

T (K)

0,082 057 46

0,082 057 46

0,082 057 46

0,082 057 46

0,082 057 46

0,082 057 46

R (L · atm/K · mol)

0,001 431 31

0,001 431 313

0,001 432 451

0,001 431 311

0,001 431 306

0,001 431 31

n � (p · V)/(R · T)

198,15

400,15

T (K)

0,017 27

0,034 89

V (L)

1 149

1 149

p (mmHg)

62,363 7

62,363 7

R (L · mmHg/K · mol)

0,001 605 781

0,001 606 447

n � (p · V)/(R · T)

Metal 1

Metal 2

Metal 3

Metal

Ag (Plata)

Rh (Rodio)

Pt (Platino)

Solución

10,5 g/cc

12,4 g/cc

21,45 g/cc

Densidad

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