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Un análisis detallado de las principales leyes y propiedades de los gases, incluyendo la ley de Boyle-Mariotte, la ley de Charles y Gay-Lussac, y la ley de Avogadro. Se explica su aplicación en la industria alimentaria, como en el envasado y la carbonatación. También se enfatiza la importancia de la seguridad en el laboratorio y se presentan experimentos controlados sobre gases y líquidos peligrosos, analizando sus implicaciones prácticas.
Tipo: Ejercicios
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El estudio de las leyes que rigen el estado gaseoso es fundamental en el campo de la química y la física. Los gases, al contrario que los sólidos y los líquidos, poseen propiedades únicas que los hacen altamente maleables y susceptibles a cambios en condiciones de presión, temperatura y volumen. Comprender estas leyes es esencial para explicar y predecir el comportamiento de los gases en una variedad de situaciones, desde simples procesos de mezcla hasta complejas reacciones químicas. En este informe de laboratorio, exploraremos las principales leyes que gobiernan el comportamiento de los gases: la ley de Boyle, la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac y la ley de los gases ideales. A través de experimentos prácticos y análisis teóricos, investigaremos cómo estas leyes describen la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de gas en un sistema dado. Nuestro objetivo es profundizar en la comprensión de estos conceptos fundamentales y su aplicabilidad en situaciones reales, así como desarrollar habilidades prácticas en la manipulación y medición de variables gaseosas en el laboratorio. Mediante la experimentación rigurosa y el análisis de datos, buscamos obtener una visión más completa de las leyes que gobiernan el estado gaseoso y su relevancia en diversos contextos científicos y tecnológicos. Por lo tanto, el objetivo de la práctica es dar a conocer las normas de bioseguridad que permiten a los estudiantes del tercer ciclo de la FIIA desarrollar en óptimas condiciones las prácticas de laboratorio de Bioquímica de los alimentos. Capítulo I. Se presenta la introducción del trabajo que hemos investigado, que permite dar a conocer el contenido del informe. Capítulo II. Se presenta el planteamiento del problema indicando el motivo por el que se va a investigar y se formula una pregunta al problema planteado.
Capítulo XIV. Finalmente, en este capítulo se encuentran los anexos, aquí se presenta información extra o complementaria relacionada a la práctica realizada.
2.1 Planteamiento del problema El entendimiento de las leyes que gobiernan el comportamiento de los gases es esencial en múltiples disciplinas científicas y tecnológicas. No obstante, este campo presenta retos particulares que demandan un análisis minucioso y una comprensión detallada para su aplicación efectiva. Las propiedades únicas de los gases, como su capacidad para expandirse y contraerse en respuesta a cambios en la presión, el volumen y la temperatura, plantean desafíos específicos que requieren un enfoque riguroso en su estudio. La complejidad inherente a estas leyes exige una atención meticulosa para su comprensión y su posterior aplicación en una amplia gama de contextos científicos y tecnológicos. Ante esta problemática surgen las siguientes preguntas. 2.2 Formulación del problema General ¿Cómo podemos comprender y aplicar de manera efectiva las leyes que rigen el comportamiento de los gases, considerando las relaciones entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de sustancia, y qué implicaciones tienen estas leyes en la práctica científica y tecnológica? 2.3. Formulaciones del problema Específicas ¿Cuál es el método más adecuado para demostrar experimentalmente las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, y cómo podemos interpretar los resultados obtenidos para entender mejor estas relaciones? ¿Cuáles son las principales desviaciones de los gases reales con respecto a las predicciones de la ley de los gases ideales, y cómo estas desviaciones afectan la precisión de los cálculos en diferentes situaciones prácticas? ¿Qué técnicas y herramientas se utilizan para corregir las desviaciones de los gases reales y aplicar de manera precisa las leyes que rigen el estado gaseoso en la práctica científica y tecnológica?
4.1. Objetivo General ● Comprender y aplicar las leyes que regulan el comportamiento de los gases para resolver problemas en el ámbito de la fisicoquímica. 4.2. Objetivo Específicos ● Aplicar la ley de Boyle-Mariotte, la ley de Charles y Gay-Lussac para comprender y predecir cómo la presión, el volumen y la temperatura de un gas se relacionan entre sí. ● Utilizar la ley combinada de los gases ideales para resolver problemas fisicoquímicos que involucren condiciones variables. ● Aplicar la ley de Avogadro para entender cómo la cantidad de gas afecta al volumen ocupado, especialmente en reacciones químicas.
Bases Teóricas Definición El estado gaseoso es un estado de agregación de la materia compuesto principalmente por moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, lo que hace que los gases no tengan volumen definido ni forma definida, y se expandan libremente hasta llenar el recipiente que los contiene. Es importante recalcar que un gas es una sustancia que se encuentra a presión y temperatura normales, mientras que el vapor es la forma gaseosa de cualquier sustancia que normalmente es líquida o solida a condiciones normales. Características del estado gaseoso En el estado gaseoso, la energía de separación entre las moléculas y átomos excede la fuerza de atracción entre ellas, lo que da lugar a una serie de características o propiedades de los gases: a) Nivel submicroscópico o molecular: Poseen alta entropía (alto grado de desorden molecular) debido a que las fuerzas de repulsión (Fr) o fuerzas de desorden predominan sobre las fuerzas de atracción o cohesión (Fa) Poseen grandes espacios intermoleculares, las moléculas de un gas están muy separadas. Así por ejemplo a 25°C y 1 atm de presión, sólo el 0,1% del volumen que ocupa el gas está ocupado por las propias moléculas, el 99,99% es espacio vacío.
Envasado en atmósfera inerte: El uso de nitrógeno reduce hasta un 2% la presencia de oxígeno dentro de la bolsa, prolonga la vida útil del producto envasado y conserva sus propiedades originales de sabor, aroma y textura. Elaboración de zumos: Los zumos de frutas están sujetos a múltiples alteraciones bioquímicas, enzimáticas y microbiológicas por la acción indeseada del oxígeno que propicia la pérdida de sabor y la aparición de gustos desagradables. La inyección de nitrógeno combate estos efectos. CO2 en las bebidas: Los refrescos gaseosos, la cerveza, el agua con gas y algunos vinos se someten a un proceso de carbonatación para obtener sus características burbujas (la carbonatación con CO2). Nitrógeno líquido en el sector alimentario: El nitrógeno líquido dispone de gran capacidad de enfriamiento. Ultracongela cualquier alimento instantáneamente, conserva los productos frescos evitando la oxidación y no deja residuos en los alimentos. Leyes que rigen el estado gaseoso Ley de Boyle: Rivas en el 2017, nos dice que la ley de Boyle se da en los procesos isotérmicos donde la temperatura es constante. Puede ser expresada matemáticamente de la siguiente manera: Donde k es una constante que depende de la temperatura, de la masa y naturaleza del gas, además tenemos un cierto volumen de gas (V1) que se encuentra a una presión P1. Si variamos la presión a P2, el volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se cumplirá: P𝟏 𝒙 𝑽𝟏 = 𝑷𝟐 𝒙 𝑽𝟐
Ley de Charles: Rivas 2017, dice que la ley de Charle se da en los procesos isobáricos, donde la presión es constante. Matemáticamente, la ley de Charles se expresa de la siguiente forma: Donde k es una constante de proporcionalidad que depende de la presión, de la masa y de la naturaleza del gas. V= 𝐾. 𝑇 // 𝑉 = 𝐾. Ley de Gay Lussac: Rivas en el año 2017, indica que la ley de Gay Lussac se da en los procesos isotónico, isométrico, isovolumétrico donde, el volumen es constante (Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante), esto es debido ya que al aumentar temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor: 𝑷 = 𝑲 Ley de Avogadro: Se da en los procesos, donde la presión y la temperatura permanecen constante, es decir las masas de un volumen patrón de diferentes gases (densidades) son proporcionales a la masa de cada molécula individual. Entonces dos volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. Aunque esto sólo se observa si sus condiciones de temperatura y presión son las mismas. Por tanto, dos botellas idénticas, una llena de oxígeno y otra de helio, contendrán exactamente el mismo número de moléculas. Sin embargo, el número de átomos de oxígeno será dos veces mayor puesto que el oxígeno es diatónico. P = 𝐤 / 𝐕 → 𝐏 · 𝐕 = 𝐤
Bases Conceptuales Gas ideal Según Martinez (2012), un gas ideal (hipotético o teórico) es un conjunto de moléculas en estado gaseosos separadas una de la otra de tal manera que no se ejercen fuerzas intermoleculares entre ellas. La condición de gas ideal ocurre normalmente entre altas temperaturas lo que permite que cada partícula esté alejada una de la otra con el fin de que no interactúen. Gas real De acuerdo con Pérez (2012), un gas real posee un comportamiento termodinámico y que no sigue la misma ecuación de estado de los gases ideales. Los gases se consideran reales a presión elevada y a poca temperatura. Estado gaseoso Según el sitio web AreaCiencias (2020), cuando tenemos materia en estado gaseoso dentro de un recipiente, los átomos o moléculas (partículas) que lo forman no logran sujetarse unas a otras con firmeza y se mueven muy rápido con total libertad chocando entre sí. Esto provoca que se difundan o se dispersen hasta que se distribuyen uniformemente ocupando todo el volumen del recipiente. Además, adoptan la forma del recipiente que los contiene y ocupan el volumen del recipiente por completo.
1. Describir las características de las leyes que rigen los gases Ley de Dalton La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones de cada gas individualmente. Ley de Charles El volumen de un gas ideal a presión constante aumenta con la temperatura. Se debe usar la temperatura absoluta cuando se aplica la ley de Charles. Suma 273 para convertir la temperatura de °C a Kelvin (K). Ley de Gay-Lussac La presión está relacionada con la temperatura, porque a medida que aumenta la temperatura del aire confinado en un tanque, la fuerza de las moléculas de aire aumenta y golpea las paredes del tanque. Los efectos de los recipientes de alta frecuencia, como los recipientes a presión y las calderas, tienen válvulas de seguridad que liberan la presión antes de que alcance niveles peligrosos.
2. ¿Escribir las formula que caracterizan a las leyes de los gases? LEYES DE LOS GASES Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Gay Lussac Ley de Avogadro PV = K Donde V= volumen K= constante P = presión
Donde V= volumen K= constante T = temperatura
Donde T= temperatura K= constante P = presión PV = RTn PV = RTm M Donde M= masa molar R= constante de los gases n = Ley de Dalton Ley de Graham PTOTAL = Pgas 1 + Pgas 2 + Pgas 3 ..+ PgasN Velocidad gas 1 Velocidad gas 2
peso molecular gas 2 peso molecular gas 1
3. Reconocer las aplicaciones de las leyes que rigen los gases en los procesos alimentarios
6.1 Materiales, reactivos y equipos 6.1.1. Materiales Figura 01 Vaso de precipitación de 50 ml Figura 02 Bagueta Figura 03 Pipeta de 5 ml, 10 ml y 20 ml Figura 04 Cronometro
Figura 09 Probeta de 50 ml 6.1.2. Reactivos Figura 10 Ácido clorhídrico concentrado Figura 11 Hidróxido de sodio
Figura 12 Ácido sulfúrico concentrado Figura 13 Ácido nítrico Figura 14 Fósforos Figura 15 Agua destilada 6.1.3. Equipos
