Universidad  de   la  Sabana    Facultad  de  Ingeniería    

 

 

Química  General   I  Grupo  6  

Laboratorio  de  Química  I I I  Sól idos,   l íquidos  y  gases  

 

Estudiantes:    Juan  David  González  Barraza  

Daniela  Lorenzo  Mariana  Palomino  Figuera  

David  Ricardo  Rodríguez  Fontalvo  Álvaro  Luis  Villanueva  

 

Docente:  Diana  Maritza  Loaiza  Parra  

   

Fecha  de  entrega:  03  de  Noviembre  de  2015  

Índice  

1.  Resumen  ..........................................................................................................................  3  

2.  Tema  .................................................................................................................................  3  

3.  Objetivos  ..........................................................................................................................  3  

4.  Fundamento  Teórico  .......................................................................................................  3  4.1  Propiedades  de  algunas  sustancias  ...........................................................................  6  

5.  Método  Experimental  ......................................................................................................  6  5.1.1.  Materiales  Experiencia  2:  ......................................................................................  6  5.1.2.  Procedimiento  Experiencia  2  .................................................................................  7  5.2.1.  Materiales  Experiencia  3:  ......................................................................................  7  5.2.2.  Procedimiento  Experiencia  3:  ................................................................................  8  

6.  Resultados  ......................................................................................................................  10  

7.  Análisis  de  los  resultados  ...............................................................................................  10  Experiencia  2:  .................................................................................................................  10  Experiencia  3:  .................................................................................................................  12  

8.  Conclusiones  ..................................................................................................................  13  

9.  Bibliografia.  ....................................................................................................................  14  

10.  Cuestionario  .................................................................................................................  14  Experiencia  dos  ..............................................................................................................  14  Experiencia  tres.  .............................................................................................................  16  

11.  Anexos  ..........................................................................................................................  17    

 

 

 

 

 

 

 

1. Resumen En este laboratorio se experimentó con distintas sustancias como el agua y el hielo seco para evaluar distintas propiedades físicas, como lo son la densidad, el volumen, el punto de sublimación, etc., así como variables que influyen en los cambios de estado de la materia, como la presión y la temperatura. Para el análisis de los resultados se llevó a cabo el método científico. A partir de la experimentación se llegó a diferentes resultados para el mismo experimento, como la liberación de agua y gas de la botella, o el hundimiento del gotero, así como el giro del tarrito plástico por media la liberación de vapor a presión y el inflamiento del globo, a partir de la sublimación del hielo seco.

Palabras clave: Propiedades físicas, densidad, volumen, punto de sublimación, cambios de estado, presión, temperatura.

2. Tema Reconocimiento de las propiedades físicas de las sustancias en diferentes estados de la materia.

3. Objetivos Objetivo General: Reconocer algunas propiedades físicas de las sustancias en sus diferentes estados de la materia.

Objetivos específicos:

• Identificar las variables que influyen en el cambio de volumen de los gases, y estos cambios influyen en el comportamiento de los mismos.

• Identificar la razón por la cual la densidad de los gases varía en función de la presión.

• Reconocer los cambios de estados de la materia como producto de cambios en la temperatura y la presión.

• Integrar los conocimientos de fuerzas moleculares a las experiencias, para explicar los fenómenos percibidos.

4. Fundamento Teórico La teoría cinética molecular, toma en cuenta las propiedades de los gases suponiendo que las partículas de gas actúan en forma independiente una de otra. Puesto que las fuerzas de atracción entre ellas son muy débiles, las partículas de los gases tienen la libertad para moverse al azar y ocupar el espacio disponible. Sin embargo, no ocurre lo mismo con los líquidos ni con los sólidos, los cuales se diferencian de los gases por la presencia de fuerzas de atracción entre sus partículas. En los líquidos esas fuerzas de atracción son lo suficientemente intensas para mantener en contacto estrecho a las partículas, aun cuando permiten que fluyan y se deslicen una sobre otra. En los sólidos las fuerzas son tan inmensas que mantienen a las partículas en su sitio e impiden su movimiento.

En base a lo anterior, surgen muchas propiedades para cada uno de los estados de la materia. En el caso de los gases, debido a la baja fuerza de atracción entre sus

partículas, existe la gran capacidad de estos de fluir a través de orificios pequeños, y expandirse o abarcar el máximo volumen del espacio que los contiene. Sin embargo debido a esta misma propiedad son comprensibles cuando se les ejerce una fuerza, presión, deformándolos haciéndoles adoptar diferentes formas dependiendo de donde estén contenidos.

Continuando la idea anterior, los gases sin embargo también ejercen presión sobre las superficies con las que están en contacto (Brown, LeMay, & Bursten, 2004), de hecho, de aquí deriva el concepto de presión de vapor, ya que este es la fuerza que ejerce la fase gaseosa de una sustancia en la superficie de la fase líquida.

Un concepto que está directamente asociado con los gases es la presión atmosférica, ya que esta es la presión ejercida por los gases que existen como su nombre lo dice en la atmósfera, sin embargo también llega a hacer referencia a la presión que existe en un sistema. Por este lado, si tenemos en cuenta la propiedad de los gases que dice que estos se adaptan al recipiente que los contienen, podemos asociar como los cambios de presión influyen en el cambio del volumen de los gases, según lo planteado por Boyle, ‘el volumen de una cantidad fija de gas mantenida a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión’ (Brown, LeMay, & Bursten, 2004). Esto quiere decir que al aumentar la presión de un gas este reducirá su tamaño, de igual forma si su presión disminuye el volumen del gas aumentará.

A pesar de que está es una relación muy importante, está también la ley de Avogadro que dice que el volumen del gas es directamente proporcional a la cantidad de este (Brown, LeMay, & Bursten, 2004). Esta definición asociada con gases sirve como parte de la teoría del experimento del émbolo para explicar porque la presión del sistema aumenta al proporcionarle una cantidad externa de aire.

Ahora que se tiene en cuenta la variación del volumen en función de la presión, se puede contemplar como el cambio de volumen influye en la variación de la densidad de los gases.

La densidad se define como unidad de masa sobre unidad de volumen, y asocia la cantidad de materia en un espacio determinado. Esta propiedad de la materia existe para los 3 estados, los gases suelen tener menores densidades a los sólidos y los líquidos, y los líquidos menores que los sólidos. Esta propiedad permite apreciar que sustancias son capaces de flotar sobre las otras. A menor densidad la capacidad de flote es mayor. Por eso se ve que la mayoría de los sólidos se hunden en los líquidos, y los gases pocas veces quedan dispersos en fases líquidas.

Para un gas, la densidad es una propiedad que varía de manera muy fácil, debido a que este estado de la materia es propenso a cambios de volumen como se ha venido hablando. De hecho es posible definir la densidad de un gas en términos de Presión cuando la temperatura y la cantidad de gas se mantienen constantes. Se dice que la densidad de un gas es directamente proporcional a la presión ejercida sobre este. De aquí tenemos que ocurre esto porque al ejercer presión sobre un gas su volumen disminuye, y al disminuir el volumen, el cociente entre la masa y el volumen del gas aumentan, creciendo así su densidad.

Equilibrio sólido-vapor:

Este equilibrio sucede cuando parte de las partículas de un sólido tienen la energía suficiente para pasar al estado gaseoso saltando el estado líquido. Este equilibrio se presenta a temperaturas inferiores que la temperatura del punto triple, ya que pasa directamente de sólido a gas.

CO2:

Es también conocido como “anhídrido carbónico” o “óxido de carbono (IV),” gaseoso, incoloro e inodoro, insoluble en agua, acetona y etanol. Como se muestra en la Figura 1, el diagrama de fases de esta sustancia explica que el dióxido de carbono se encuentra en estado líquido cuando está a temperaturas entre -56,6ºC y 31,1ºC, y a presiones mayores que 5.11 atm. Con esta misma figura se puede deducir que se encuentra en estado sólido cuando está a temperaturas menores que -56,4ºC. A presión ambiental el dióxido de carbono es más pesado que el aire, aproximadamente 1,5 veces más. Por esto, tiende a fluir hacia abajo.

Ya que el dióxido de carbono gaseoso es incoloro e inodoro, es prácticamente imposible para los humanos detectarlo en el ambiente. Esta sustancia no es toxica, y una concentración de 0,03 vol. %, que se encuentra en el aire, es esencial para los humanos, ya que estimula el sistema respiratorio y controla el volumen y la velocidad de la respiración. Sin embargo, a altas concentraciones, el dióxido de carbono si es tóxico y perjudicial para nuestra salud. Cuando la concentración de dióxido de carbono que respiramos aumenta, se produce dolor de cabeza, trastornos respiratorios, calambres, inconsciencia, paro respiratorio y puede llegar a la muerte.

En estado sólido, es comúnmente conocido como hielo seco. Cuando este hielo se calienta a temperatura ambiente, no pasa a estado líquido, sino que se sublima. El hielo seco no es comestible, debe ser manejado con guantes para evitar quemaduras y la protección esencial para los ojos cuando se necesite cortar manualmente. Este, debe ser transportado en contenedores bien cerrados para que no se evapore y por consiguiente, evitar que la presión de vapor estalle el contenedor.

El dióxido de carbono es usado en la agricultura para abonos, en bebidas carbonatadas, como líquido refrigerante, y tiene diferentes usos en el campo medicinal. En la

Figura  1  

medicina, es utilizado para la ventilación de cirugías, en tratamientos estéticos, para problemas circulatorios y de heridas craneales.

4.1 Propiedades de algunas sustancias • Agua:    

-Estado físico: sólida, liquida y gaseosa - Color: incolora - Sabor: insípida - Olor: inodoro - Densidad: 1 g/cm3 a 4°C - Punto de congelación: 0°C - Punto de ebullición: 100°C

• Aire: -Estado físico: gaseoso mayormente -Densidad: 0,00130 g/cm3 a 0°

• Hielo Seco (CO2): -Estado: Sólido y gaseoso mayormente -Punto de Sublimación: −78.5 °C a Presión Estándar -Densidad: 0,0012 g/cm3.

5. Método Experimental

5.1.1. Materiales Experiencia 2: 1. Botella de capacidad de 1 litro. 2. Agua 3. Gotero 4. Jeringa 5. Manguera 6. Tapón de Caucho

5.1.2. Procedimiento Experiencia 2

5.2.1. Materiales Experiencia 3: 1. Alfiler 2. Tarrito Plástico 3. Cordel 4. Hielo Seco 5. Agua Caliente 6. Guantes 7. Globo 8. Embudo

Llenar  la  botella  con  agua  hasta  el  borde.  

Adicionar  agua  al  gotero  hasta  1/3  de  su  capacidad.  

Introducir  el  gotero  dentro  de  la  botella  de  manera  que  este  flote.  En  caso  de  que  el  gotero  vaya  al  fondo,  debe  reducirse  en  menos  de  1/3  la  cantidad  de  agua  en  el  gotero.  

Conectar  la  manguera  y  el  embolo.    Introducir  el  otro  extremo  de  la  manguera  en  el  hueco  del  tapón  de  caucho.  Acto  seguido  posicionar  el  émbolo  de  la  jeringa  a  la  

mitad  de  su  recorrido  y  tapar  la  botella  con  el  tapón.  

Presionar  el  émbolo  y  observar  lo  que  ocurre.  Puede  suceder  que  al  soltar  el  émbolo  el  gotero  

no  regrese  a  su  posición  inicial,  en  tal  caso  sacar  el  émbolo  un  poco.  

5.2.2. Procedimiento Experiencia 3: Diagrama del procedimiento Experiencia 3 Parte 1

 

 

Figura  2.  Montaje  para  Observar  el  proceso  de  sublimación  del  CO2  

Diagrama del procedimiento Experiencia 3 Parte 2

6. Resultados

Para la experiencia 2 se obtuvieron los siguientes resultados:

En la primera prueba al presionar el émbolo, el tapón fue expulsado abruptamente por la presión del agua y el aire, estos salieron disparados fuera de la botella. Por esta razón, no se pudo observar que pasaba con el gotero, por lo que se decidió disminuir la cantidad de agua en la botella y de aire en la jeringa.

Para las siguientes pruebas se observó que, al empujar el émbolo hacia abajo, el gotero perdía altura dentro de la botella e iba al fondo de la misma. Además, al ser la botella transparente, se pudo observar a través del vidrio del gotero como el volumen de aire dentro del mismo disminuía cuando el émbolo era empujado hacia abajo.

Para la experiencia 3 se obtuvieron los siguientes resultados:

Para la Parte 1, en el tarrito plástico, se observó que el hielo seco (CO2 sólido) al entrar en contacto con el agua caliente pasa a su estado gaseoso directamente (sublimación), entonces el vapor de CO2 salió por los agujeros hechos con mucha presión, debido a que estos eran muy pequeños, y como el tarrito estaba sostenido por el cordel, el vapor que salió hizo que el tarro girará.

Para la Parte 2, se observó que el globo se inflaba poco a poco, en la medida que se sublimaba el hielo seco, hasta cierto punto donde su tamaño fue estable. El globo estaba a temperatura ambiente cuando deje de aumentar su volumen. Además como no se le había añadido suficiente agua habían pedacitos de hielo dentro del globo, pero una parte del globo si había quedado congelada. Además también que se observó como la cantidad de agua caliente suministrada influía en la velocidad de inflado del globo.

7. Análisis de los resultados

Experiencia 2: Con respecto a los resultados anteriormente mencionados, se decidió hacer una indagación acerca de conceptos que explicarán el hecho de porque el tapón salía disparado, concluimos que la razón por la cual ocurrió esto fue porque la cantidad de aire y agua eran tanta dentro de la botella, que al adicionarle una pequeña cantidad más de aire la presión interna ascendió tanto que la fuerza provocada por el gas en la superficie del tapón fue suficiente para destapar la botella y de esta manera lograr un equilibrio con la presión atmosférica. Lo ocurrido se explica con la ecuación de los gases ideales que nos permite inferir que a volumen constante (como en la botella) y temperatura constante, la presión es directamente proporcional con la cantidad de gas en el sistema.

Por otro lado, y siguiendo el lineamiento de los resultados, al observar que el gotero bajaba cuando se presionaba el émbolo, se empezó a hacer una lista de variables que jugaban en la totalidad del experimento, estas fueron:

1. Presión del aire antes y después de presionar el embolo 2. Cantidad de aire, tanto en el embolo como en la botella y el gotero. 3. Volumen de aire dentro del gotero 4. Volumen de agua dentro del gotero 5. Densidad del aire y cantidad de agua dentro del gotero 6. Densidad del agua

Estas variables juegan un papel importante en la experiencia, a continuación la explicación del porqué para cada una.

a. Presión y cantidad de aire: Al principio la presión del aire era normal, o estaba regulada con la del émbolo, sin embargo tras presionar al último, todo el aire pasa a la botella, y como la cantidad de aire aumenta la presión interna del sistema hace lo mismo. En el gotero, la cantidad de aire fue constante, lo que nos llevó a las otras variables.

b. Volumen de aire y agua dentro del gotero: Algo muy peculiar y significante para el experimento fue lo observado dentro del gotero. Esto fue el cambio en el volumen de aire dentro. Se observó que cuando se ejercía presión, a través del ingreso de aire por la manguera, el volumen de aire dentro del gotero disminuía drásticamente, asimismo cuando se liberaba la presión el volumen regresaba a la normalidad. En el mismo gotero también se podía apreciar como el agua entraba para ocupar el espacio vacío que dejaba el aire al contraerse, a su vez se observaba como la presión ejercida por el aire al dilatarse, cuando la presión de la botella disminuía, hacía que agua saliera expulsada del gotero hasta que el aire dentro retomara su volumen original. El análisis hecho respecto a este fenómeno es que esto se debe a que los gases y en este caso el aire, disminuyen su volumen cuando la presión que se está ejerciendo sobre ellos aumenta, por otro lado hacemos el análisis de la presión y como un gas es capaz de desplazar materia cuando se está dilatando debido a un cambio en la presión. Además por medio de este experimento se puede apreciar y analizar la fuerza de adhesión de las moléculas de agua cuando intentan filtrase en el gotero formando un menisco cóncavo hacia arriba demostrando tener alta fuera de adhesión.

c. Densidad del aire: La densidad del aire es de 0,00130 g/cm3 a 0º, la densidad del aire a 13º (temperatura de Chía, lugar de realización del experimento) no dista mucho de ser la misma. Sin embargo, la temperatura no es el único factor que influye en esta variable. La presión también influye en la densidad de un gas, ya que el volumen, variable que directamente determina la densidad, puede variar en función de la presión. Es por esto que esta variable es muy importante en el funcionamiento del experimento, ya que es la razón que explica el movimiento del gotero de arriba a abajo. En un principio cuando se introdujo agua en el gotero, cierta cantidad de gas quedo atrapada dentro,

esta cantidad nunca fue modificada, por lo que la masa de aire fue durante todo el experimento la misma. Aun siendo así, el volumen de esta cantidad de aire si varió a lo largo del experimento. -La densidad se define como masa sobre volumen, la densidad es inversamente proporcional al volumen.-Al disminuirse el volumen de aire dentro del gotero la densidad de aire aumento consigo, por lo que la densidad de todo el gotero aumento y este, al ser ahora más denso que el agua pasó a la profundidad de la botella. Asimismo, cuando el volumen disminuía, parte del agua de la botella entraba al gotero, ocasionando que la masa aumentara, acrecentando así la densidad. De igual forma cuando el aire dentro del gotero restauraba su volumen, o sea que aumentaba, su densidad disminuía volviendo a la superficie del agua.

d. Densidad del agua: Esta variable permanece constante, sin embargo sirve como un punto muy importante en el experimento, ya que cuando la densidad del aire es mayor que la del agua el gotero se hunde, mientras que cuando la densidad del gotero es menor por el aire que contiene, la fuerza de empuje del agua es capaz de sostener al cuerpo ‘liviano’ mientras tanto.

Por último en resumen de lo que fue el análisis esta que la presión que se ejerce por medio del embolo al aumentar la cantidad de aire, hace que la presión dentro la botella aumente y por lo tanto esta presión cause un decrecimiento en el volumen de aire dentro del gotero. Consecuente a eso la densidad de esa misma cantidad de aire aumenta haciendo al gotero más denso que el agua causando su hundimiento.

Experiencia 3: Con respecto a los resultados de la parte 1 de esta experiencia se ofrece el siguiente análisis:

El hielo seco, que es el estado sólido del dióxido de carbono, se mantiene en este estado a 1 atm de presión cuando se encuentra a temperaturas menores o iguales que -78.5 ºC, a esta presión cuando se le proporciona calor lo que ocurre es que este se sublima, esto ocurre debido a que las fuerzas que mantienen a las moléculas de esta sustancia unida cuando se aumenta tan solo un poco la temperatura aumentan su energía cinética tan rápido que pasan de una sola vez a su estado gaseoso.

Para esta experiencia se da la efusión del vapor del dióxido de carbono por medio de los agujeros que se hicieron previamente al tarrito. La razón por la cual ocurre esto, es porque al estar sometidos a una alta presión dentro del recipiente, las moléculas del gas buscan escapar, y al encontrarse con una abertura estas fluyen de manera abrupta con respecto al tamaño del agujero. Al ser este muy pequeño, la presión a la que sale disparado el vapor de CO2 es tan alto que ocasiona el movimiento del tarrito, haciendo girar sobre su eje, que en el caso del experimento era el cordel.

Para la parte 2 de esta experiencia se hizo el siguiente análisis:

Si se partía de una cantidad de hielo seco, y se agregaba una cantidad indeterminada de agua caliente, el hielo seco empezaría a sublimarse, y liberando partículas de gas que harían presión sobre la superficie del globo, ocasionando así la expansión de este, hasta el punto de llegar a explotarlo, para que las moléculas de gas fueran liberadas. Sin embargo, en nuestros resultados no ocurrió esto, y principalmente se debió a que la cantidad de agua caliente suministrada no fue la suficiente para que todo el hielo seco se sublimara, y explotara el globo, por el contrario, el hielo seco que sobró en una parte del globo, hizo que la parte externa se congelara, y el globo, en esa parte se contrajera. La explicación de esto se encuentra en que la materia tiende a contraerse cuando es sometida a bajas temperaturas, y es esto lo que ocurrió con el látex, material del cual está hecho el globo. Si se hubiera derramado agua caliente sobre la superficie del globo congelada, el proceso de sublimación se hubiera seguido dando hasta el punto de explotar el globo. Además en la comparación con el globo de prueba, se dedujo que la velocidad a la que se inflaba el globo producto de la sublimación dependía de la cantidad de calor que se suministraba al hielo seco, para que más cantidad de este pasará al estado gaseoso.

8. Conclusiones • Los cambios de presión ocasionados por el empuje del embolo, ocasionaban una

variación en el volumen del aire dentro del gotero, haciendo que el agua de la botella entre en el gotero, aumentando su masa, y así influyendo directamente en la densidad del mismo. Es por esta razón que concluimos que la razón por la cual el gotero se hundía era por el cambio de la densidad del aire dentro de él, y el aumento de la masa de agua dentro de él, ocasionado por la variación en la presión inicialmente.

• Los cambios de presión ocasionada en el sistema eran ocasionados a su vez por el aumento en la cantidad de partículas que se hacía al empujar el aire a través de la manguera.

• Los volúmenes de los gases son propensos al cambio, cuando se involucran distintas variables como la presión y la cantidad de materia, así como la temperatura.

• Los cambios de estado de la materia se dan cuando ya sea las condiciones atmosféricas como la presión y la temperatura varían.

• Cuando se suministra calor a una sustancia las moléculas de esta, adquieren energía cinética que ocasiona que están tiendan a liberarse, o mejor dicho, empiecen a fluir. Para el experimento se tenía que a la condición de 1 atm, el hielo seco se mantenía sólido a -78,5ºC, por ello al suministrarle agua caliente, las partículas se sublimaban.

• La sublimación del hielo seco, es producto de la baja fuerza de cohesión que existe entre las partículas de esta sustancia (dióxido de carbono), por ello, a presión constante un aumento de temperatura causa la liberación directa de la partícula.

• Las fuerzas intermoleculares del CO2 son bajas debido a que están constituidas por fuerzas dipolo-dipolo. Es por esta misma razón que el dióxido de carbono es gaseoso a TPE (Temperatura y presión estándar).

• El enfriamiento causa la contracción de partículas de la mayoría de las sustancias, por ello se contrajo el globo.

• La gráfica de estados del hielo sirve de apoyo, para demostrar los cambios de estado de la materia como una función de la temperatura y la presión.

9. Bibliografia. 1.

Brown, T., LeMay, H., & Bursten, B. (2004). Química La Ciencia Central. México: Pearson.

2. Universidad del País Vasco,. (2015). Retrieved from http://www.ehu.eus/rperez/Fisicabio/docs/densidad_visco.pdf

3. Química  General,  G.  B.  Equiibrios  entre  sólido,  líquido  y  gas.  Universidad  de  Alcalá,  Facultad  de  Farmacia.    4.  Blum,  R.  (1986).  Fases  de  la  materia.  En  R.  Blum,  Física  Mecánica,  Ondas  y  Termodinámica  (J.  de  la  Rubia  Pacheco,  &  J.  Aguilar  Peris,  Trads.,  Vol.  II,  págs.  721-­‐723).  Barcenola,  España:  Editorial  Reverté,  S.A.    5.  Abelló  Linde  S.A.  Consejo  de  Seguridad.  Trabajando  con  Dióxido  de  carbono.  The  Linde  Group.  

 

10. Cuestionario

Experiencia dos

• Explique en términos de Le Châtelier los cambios de presión vistos.

El principio de Henry-Louis Le Châtelier dice:

“Si se presenta una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará de tal manera que se cancele parcialmente dicha perturbación en la medida que el sistema alcanza una nueva posición de equilibrio.”

En este experimento se vio que cuando se agregaba presión que tenía la jeringa a la botella con agua, el gotero se sumergía, y al devolver el émbolo a su posición original, el gotero volvía a flotar en la botella. Según el principio de Le Châtelier, el sistema, que sería la botella junto con la jeringa, estaba en equilibrio con el émbolo en la mitad de su recorrido y el gotero flotando en la botella. Cuando se presiona el émbolo, el aire que tenía se traslada a la botella y hace que el gotero se sumerja. Como el sistema ya no está en equilibrio, el gotero se mueve cuando hay más presión dentro de la botella para volver a ese equilibrio. De la misma manera, cuando el émbolo vuelve a su posición inicial, el equilibrio del sistema se vuelve a desplazar y el gotero vuelve a subir.

• Explique en términos de densidad, cómo varía la masa del tubo con respecto a la botella.

Está claro que la razón por la cual el gotero se hunde es por la densidad del mismo, sin embargo, lo que ocurre es que al ejercer presión con el émbolo, una cantidad de agua haciende por el orificio del gotero, aumentando la masa de este. Si la densidad de un objeto es directamente proporcional a su masa, y la masa aumenta, la densidad lo hará consigo, por ello al aumentar la masa de agua dentro del gotero, la densidad del mismo aumenta.

• Explique en términos de Boyle, los cambios de presión y volumen.

La ley de Boyle-Mariotte dice:

“El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión aplicada cuando la temperatura se mantiene constante.”

En este experimento, la temperatura estaba relativamente constante, ya que se trabajó con una temperatura ambiente. Cuando el émbolo era presionado, el aire que contenía se trasladaba a la botella. Gracias a este aire de más, la presión en la botella amentaba y se podía ver como el volumen de agua se reducía.

• Cuando se presionan las paredes de la botella por su parte exterior, la presión se trasmite a todo el sistema. ¿Con qué nombre se conoce este fenómeno?

Este fenómeno se conoce como el principio de Pascal, que dice de manera más específica:

“Si se aplica una presión externa a un fluido confinado, la presión en cada punto dentro del fluido aumenta en la misma cantidad.”

Esto quiere decir que el agua que está dentro de la botella, ejerce una presión a todo el sistema igual a la presión que se le está ejerciendo por las paredes.

• ¿Qué similitud puede haber entre este experimento y el funcionamiento de un submarino?

Un submarino se puede sumergir cuando sus tanques de lastre se llenan de agua y aumentan su peso, y poco a poco va a tener más presión que lo sumerja. En este experimento, el gotero se pudo sumergir cuando la presión dentro de la botella aumentó y se llenó con un poco de agua, y tal como pasa con el submarino el gotero se sumerge. Al igual que el submarino, el gotero se pudo quedar sumergido, gracias a toda la presión de agua que tenía por encima de él, y la densidad adquirida por la masa de agua absorbida.

Experiencia tres. • En términos de equilibrio sólido- gas, cómo explica lo ocurrido.

El punto de sublimación del CO2 a presión estándar es muy bajo, por ello normalmente a temperatura ambiente se encuentra en estado gaseoso. Cuando está en estado sólido se sublima al estar en contacto con temperaturas mayores a las de su punto de sublimación, cuando se le adiciona agua caliente, se sublima más rápido de lo normal, ya que su temperatura aumenta de manera mayor.

• •¿Por qué los agujeros no deben estar alineados con el centro del tarrito?

Los agujeros no deben estar alineados con el centro del tarrito, ya que para que en la parte de abajo donde los agujeros están, es donde existe más presión. Con esa presión el vapor se libera con más fuerza y esto logra que el tarrito se mueva. Si los agujeros estuvieran alineados con el centro del tarrito, el vapor no se liberaría con tanta fuerza y el tarrito no se movería.

• ¿Por qué el diámetro de los agujeros debe tenerse en cuenta?

El diámetro de los agujeros debe tenerse en cuenta, ya que es el espacio por donde el vapor del CO2 tiene destinado para salir. Si los agujeros son muy grandes, entonces el vapor no va a salir con tanta presión y será más difícil poder presenciar el vapor salir del tarrito.

• ¿Por qué el globo inflado con CO2 desciende al piso en lugar de elevarse?

El globo inflado con CO2 desciende al piso, ya que la densidad dentro del globo de CO2 es mayor que la del aire que se encuentra en el ambiente. Generalmente, en una solución, las sustancias más densas son las que se encuentran en la parte de inferior del contenedor. En este caso, el CO2 dentro del globo es más denso que el aire que se encuentra alrededor, entonces este no asciende como los globos que contienen helio.

• ¿Por qué puede ser muy peligroso hacer este experimento dentro de una botella de vidrio?

Cuando el CO2 en estado sólido entra en contacto con el agua, este se evapora rápidamente liberando gas que se expande en el contendor en el que esté. Si se realiza el experimento dentro de una botella de vidrio, es peligroso que la botella no resista la presión del gas y que la botella se estalle. En la segunda parte de este experimento se realizó dentro de un globo, no hubo problema ni ningún peligro, ya que el globo se empezaba a expandir a medida de que aumentaba la cantidad del gas.

11. Anexos

 

Experiencia  2  (2)  

   

De   izquierda   a   derecha   en   las  imágenes   superiores  (Experiencia  2)  se  encuentran:  en  la   primera   imagen   (1)   el   gotero  en   la   parte   superior   de   la  botella;   en   la   segunda(2),   tras  haber   sido   presionado   el  embolo,  el   gotero   se  encuentra  hundido;   en   la   tercera   (3)   se  aprecia  todo  el  montaje.  

 

 En   la   imagen   de   la   izquierda   (Experiencia   3(1))   se   encuentra   un  montaje   para   parte   1   de   la   experiencia   3.   Además   de   puede  apreciar  como  el  vapor  de  dióxido  de  carbono  sublimado  escapa.  

En   la   imagen   de   la   derecha   (Experiencia   3   (2))   se   encuentra   el  montaje   con   agujeros   para   la   parte   1   de   la   experiencia   3.   Sin  embargo  no  se  alcanza  a  apreciar  el  vapor  de  CO2.    

En   la   última   imagen   (Experiencia   3   (3))   se   encuentran   los   dos  globos,  el  de  la  izquierda  es  el  inflado  por  la  sublimación  del  hielo  seco,  mientras  que  el  más  grande,  que  está  a  la  derecha,  es  el  con  una  bomba  de  aire.  

Experiencia  2  (1)  Experiencia  2  (3)  

Experiencia  3  (1)  Experiencia  3  (2)  

Experiencia  3  (3)