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Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora
Blvd. Agustín de Vildósola; Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México
La edición consta de 2,160 ejemplares.
COLEGIO DE BACHILLERES
DEL ESTADO DE SONORA
Director General
Mtro. Julio Alfonso Martínez Romero
Director Académico
Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela
Director de Administración y Finanzas
C.P. Jesús Urbano Limón Tapia
Director de Planeación
Ing. Raúl Leonel Durazo Amaya
Temas Selectos de Química 1
Módulo de Aprendizaje.
Copyright ©, 2011 por Colegio de Bachilleres
del Estado de Sonora
todos los derechos reservados.
Segunda edición 2012. Impreso en México.
DIRECCIÓN ACADÉMICA
Departamento de Desarrollo Curricular
Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur
Hermosillo, Sonora. México. C.P. 83280
COMISIÓN ELABORADORA:
Elaborador:
Lyrva Yolanda Almada Ruíz
Revisión Disciplinaria:
Nydia Gabriela Estrella
Corrección de Estilo:
Lucía Ordoñez Bravo
Supervisión Académica:
Mtra. Luz María Grijalva Díaz
Diseño:
Joaquín Alfredo Rivas Samaniego
Edición:
Francisco Peralta Varela
Coordinación Técnica:
Claudia Yolanda Lugo Peñúñuri
Diana Irene Valenzuela López
Coordinación General:
Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela
3PRELIMINARES
Ubicación Curricular
HORAS SEMANALES:
03
CRÉDITOS:
06
DATOS DEL ALUMNO
Nombre: _______________________________________________________________
Plantel: __________________________________________________________________
Grupo: _________________ Turno: _____________ Teléfono:___________________
E-mail: _________________________________________________________________
Domicilio: ______________________________________________________________
_______________________________________________________________________
COMPONENTE:
FORMACIÓN PROPEDÉUTICA
GRUPO:
QUÍMICO BIÓLOGO
4 PRELIMINARES
5PRELIMINARES
Presentación .........................................................................................................................................................7
Mapa de asignatura..............................................................................................................................................8
BLOQUE 1: APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES
ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES.....................................................................9
Secuencia Didáctica 1: Estados de agregación de la materia y cinética química ...........................................10
• Estados de la materia.................................................................................................................................11
• Teoría cinética - molecular..........................................................................................................................12
• Propiedades de los gases..........................................................................................................................14
• Propiedades de los líquidos.......................................................................................................................16
• Propiedades de los sólidos ........................................................................................................................16
Secuencia Didáctica 2: Leyes de los gases ......................................................................................................18
• Variable de los gases .................................................................................................................................19
• Ley de Boyle................................................................................................................................................21
• Ley de Charles ............................................................................................................................................24
• Ley de Gay-Lussac .....................................................................................................................................37
• Ley general o combinada de los gases .....................................................................................................30
• Ley de las presiones parciales de Dalton ..................................................................................................33
• Ley general de los gases ideales...............................................................................................................33
BLOQUE 2: EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO.....................................39
Secuencia Didáctica 1: Velocidad de reacción y teoría de las colisiones ........................................................40
• Reacciones Químicas.................................................................................................................................42
• Teoría de las colisiones ..............................................................................................................................43
• Velocidad de reacción ................................................................................................................................47
• Factores que afectan la velocidad de reacción.........................................................................................47
Secuencia Didáctica 2: Equilibrio químico y Constante de equilibrio ...............................................................54
• Reacciones reversibles e irreversibles .......................................................................................................55
• Ley de acción de masas.............................................................................................................................56
• Equilibrio químico .......................................................................................................................................58
• Constante de equilibrio...............................................................................................................................59
• Principio de Le Châtelier.............................................................................................................................63
• Factores que modifican el equilibrio químico ............................................................................................63
BLOQUE 3: CUANTIFICA LOS CAMBIOS ENERGÉTICOS DEL ENTORNO..................................................69
Secuencia Didáctica 1: Sistemas termodinámicos............................................................................................70
• Sistemas termodinámicos ..........................................................................................................................71
• Estado del sistema .....................................................................................................................................72
• Proceso termodinámico..............................................................................................................................74
Secuencia Didáctica 2: Aplica las leyes de la termodinámica a procesos industriales, biológicos y
Ambientales ........................................................................................................................................................78
• Primera ley de la termodinámica................................................................................................................79
• Energía interna............................................................................................................................................79
• Reacciones exotérmicas y endotérmicas ..................................................................................................81
• Entalpía .......................................................................................................................................................83
• Entalpía de reacción ...................................................................................................................................83
• Entalpía de formación.................................................................................................................................86
• Ley de Hess ................................................................................................................................................89
• Segunda ley de la termodinámica..............................................................................................................92
• Entropía.......................................................................................................................................................92
• Energía libre de Gibbs ................................................................................................................................98
Bibliografía ........................................................................................................................................................104
Índice
6 PRELIMINARES
7PRELIMINARES
“Una competencia es la integración de habilidades, conocimientos y actitudes en un contexto específico”.
El enfoque en competencias considera que los conocimientos por sí mismos no son lo más importante, sino el uso
que se hace de ellos en situaciones específicas de la vida personal, social y profesional. De este modo, las
competencias requieren una base sólida de conocimientos y ciertas habilidades, los cuales se integran para un
mismo propósito en un determinado contexto.
El presente Módulo de Aprendizaje de la asignatura Temas selectos de Química 1, es una herramienta de suma
importancia, que propiciará tu desarrollo como persona visionaria, competente e innovadora, características que se
establecen en los objetivos de la Reforma Integral de Educación Media Superior que actualmente se está
implementando a nivel nacional.
El Módulo de aprendizaje es uno de los apoyos didácticos que el Colegio de Bachilleres te ofrece con la intención de
estar acorde a los nuevos tiempos, a las nuevas políticas educativas, además de lo que demandan los escenarios
local, nacional e internacional; el módulo se encuentra organizado a través de bloques de aprendizaje y secuencias
didácticas. Una secuencia didáctica es un conjunto de actividades, organizadas en tres momentos: Inicio, desarrollo y
cierre. En el inicio desarrollarás actividades que te permitirán identificar y recuperar las experiencias, los saberes, las
preconcepciones y los conocimientos que ya has adquirido a través de tu formación, mismos que te ayudarán a
abordar con facilidad el tema que se presenta en el desarrollo, donde realizarás actividades que introducen nuevos
conocimientos dándote la oportunidad de contextualizarlos en situaciones de la vida cotidiana, con la finalidad de que
tu aprendizaje sea significativo.
Posteriormente se encuentra el momento de cierre de la secuencia didáctica, donde integrarás todos los saberes que
realizaste en las actividades de inicio y desarrollo.
En todas las actividades de los tres momentos se consideran los saberes conceptuales, procedimentales y
actitudinales. De acuerdo a las características y del propósito de las actividades, éstas se desarrollan de forma
individual, binas o equipos.
Para el desarrollo del trabajo deberás utilizar diversos recursos, desde material bibliográfico, videos, investigación de
campo, etc.
La retroalimentación de tus conocimientos es de suma importancia, de ahí que se te invita a participar de forma activa,
de esta forma aclararás dudas o bien fortalecerás lo aprendido; además en este momento, el docente podrá tener una
visión general del logro de los aprendizajes del grupo.
Recuerda que la evaluación en el enfoque en competencias es un proceso continuo, que permite recabar evidencias a
través de tu trabajo, donde se tomarán en cuenta los tres saberes: el conceptual, procedimental y actitudinal con el
propósito de que apoyado por tu maestro mejores el aprendizaje. Es necesario que realices la autoevaluación, este
ejercicio permite que valores tu actuación y reconozcas tus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para
mejorar tu aprendizaje.
Así también, es recomendable la coevaluación, proceso donde de manera conjunta valoran su actuación, con la
finalidad de fomentar la participación, reflexión y crítica ante situaciones de sus aprendizajes, promoviendo las
actitudes de responsabilidad e integración del grupo.
Nuestra sociedad necesita individuos a nivel medio superior con conocimientos, habilidades, actitudes y valores, que
les permitan integrarse y desarrollarse de manera satisfactoria en el mundo social, profesional y laboral. Para que
contribuyas en ello, es indispensable que asumas una nueva visión y actitud en cuanto a tu rol, es decir, de ser
receptor de contenidos, ahora construirás tu propio conocimiento a través de la problematización y contextualización
de los mismos, situación que te permitirá: Aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a ser y aprender a vivir
juntos.
Presentación
8 PRELIMINARES
Temas Selectos de Química 1
Bloque 1.
Aplica el modelo cinetico molecular
para comprender los diferentes
estados de la materia y las leyes
de los gases.
Secuencia didactica 1.
Estados de agregación de la
materia y Cinética Química.
Secuencia didactica 2.
Leyes de los gases..
Bloque 2.
Explica la velocidad de reacción y
el equilibrio químico.
Secuencia didactica 1.
Velocidad de Reacción y Teoría de
las colisiones.
Secuencia didactica 2.
Equilibrio químico y constante de
equilibrio.
Bloque 3.
Cuantifica los cambios energéticos
del entorno.
Secuencia didactica 1.
Sistemas Termodinámicos.
Secuencia didactica 2.
Aplica las leyes de la
termodinámica a procesos
industriales, biológicos y
ambientales.
Aplica el modelo cinético molecular para
comprender los diferentes estados de la
materia y las leyes de los gases.
Competencias profesionales:
1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la
tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas.
2. Aplica la metodología apropiada en la realización de proyectos interdisciplinarios atendiendo problemas relacionados con las
ciencias experimentales.
3. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la
información científica que contribuya a su formación académica.
4. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir
nuevos conocimientos.
5. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora
del mismo.
6. Analiza la composición, cambios e interdependencia entre la materia y la energía en los fenómenos naturales, para el uso
racional de los recursos de su entorno.
Unidad de competencia:
Aplica los postulados del modelo cinético molecular, para observar el comportamiento de los estados de agregación de la
materia identificando las características de los gases, del estado líquido y sólido de la misma, mediante un análisis descriptivo, en
situaciones experimentales y/o de consulta bibliográfica o documental, destacando su importancia en el mundo natural que lo
rodea con una postura crítica y responsable.
Atributos a desarrollar en el bloque:
1.1 Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.
1.6 Administra los recursos disponibles teniendo en cuenta las restricciones para el logro de sus metas.
3.3 Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean.
4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas.
4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los
objetivos que persigue.
4.5 Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.
5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al
alcance de un objetivo.
5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.
5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.
5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información.
6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos
y perspectivas al acervo con el que cuenta.
7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento.
7.3 Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana.
8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos
equipos de trabajo.
Tiempo asignado: 16 horas
10 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Secuencia didáctica 1.
Estados de agregación de la materia y cinética química.
Inicio
Evaluación
Actividad: 1 Producto: Tabla de identificación. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica los estados de
agregación de la materia.
Diferencia los estados de
agregación de la materia.
Selecciona con exactitud.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Estados de la materia
Analiza cada uno de los materiales, y coloca una X en el recuadro que corresponda al
estado de agregación en el que se presenta.
Materiales Sólido Líquido Gaseoso
Aire
Humo
Leche
Papel
Piedra
Sudor
Vidrio
Vinagre
Actividad: 1
11BLOQUE 1
Desarrollo
Estados de la materia.
Como se recordará el estudio principal de la Química es la materia y esta se encuentra en todos los objetos familiares,
en el hogar, en la escuela, en el cine, en la tiendita, entre otros.
La materia existe en tres estados de agregación ¿Cuáles son, los recuerdas?:
Sólido, líquido y gaseoso, que dependen de la presión y de la temperatura a la
que se encuentran sometidos.
Estado sólido
Manteniendo constante la presión, a baja temperatura, los cuerpos se
presentan en forma sólida y los átomos se encuentran entrelazados formando
generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de
soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados
generalmente duros y resistentes. En el estado sólido la fuerza de cohesión de
las moléculas hace que éstas estén muy próximas unas de otros con escaso
margen de movimiento entre ellas.
Estado líquido
Un líquido es una sustancia que está formada por moléculas que están muy unidas entre sí, por lo que no pueden
acercarse más; sin embargo, se desplazan constantemente unas sobre otras, haciendo que éste cambie de forma.
De esta manera decimos que los líquidos son fluidos, porque no poseen una forma única, sino que cuando la energía
en forma de calor aumenta, la estructura estable del estado sólido se rompe, adaptándose al envase donde esté
contenido. En el estado líquido la fuerza de cohesión de las moléculas es menor lo cual permite mayor libertad de
movimiento entre ellas.
Estado gaseoso
En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas es muy pequeña,
prácticamente nula, lo cual permite que éstas se muevan libremente y en todas
direcciones, distribuyéndose en el espacio disponible. Como el espacio es amplio,
las interacciones entre partículas son muy reducidas, interactuando poco, por lo que
se considera a estas moléculas como cuerpos libres.
La forma en que están organizados los diferentes átomos o moléculas, hace que la
sustancia no adopte una forma ni volumen definido, sin embargo, es posible
comprimirlos.
En conclusión: el estado físico de la materia depende de lo cerca o lejos que estén
las moléculas que la forman.
En este bloque nos dedicaremos a estudiar este comportamiento de los sólidos,
líquidos y gases para encontrar una explicación al mismo.
¿Sabías que…
El Hielo seco (CO2
sólido) se utiliza en las
producciones de cine
o teatro para los
efectos especiales.
12 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Teoría cinética-molecular.
La teoría cinética-molecular trata de explicar el comportamiento y propiedades de los gases, en base a dos aspectos:
La fuerza entre las partículas de la materia y, la energía que poseen esas partículas que aplicándola a la materia
gaseosa se obtienen los siguientes postulados:
1. Los gases están compuestos por moléculas. La distancia entre éstas es muy grande si la comparamos con su
tamaño y su volumen total sólo es una pequeña fracción de todo el espacio que ocupa el gas. Por tanto, al
considerar el volumen de un gas, estamos tomando en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen.
Este postulado explica el porqué de la alta comprensibilidad y la baja densidad de los gases.
2. No existen fuerzas de atracción entre las partículas que forman un gas. Esto
es lo que evita que un gas se convierta en líquido de manera espontánea.
3. Las moléculas de un gas se mueven constantemente al azar, lo que ocasiona
frecuentes colisiones entre ellas y con las paredes del recipiente que los
contiene en una manera perfectamente aleatoria, muy al estilo de un pequeño
“carro chocón” en un parque de diversiones. Esta suposición explica por qué
razón los diferentes gases normalmente se mezclan por completo. Las
colisiones entre las moléculas de gas y las paredes del recipiente son las
responsables de la presión que ejerce el gas. Como resultado de este
movimiento, las partículas poseen una energía cinética.
4. Los choques entre las moléculas son completamente elásticos. Es decir,
como los carros chocones, las moléculas de un gas no se dañan con las
colisiones sino que continúan su movimiento y chocan una y otra vez. Como
resultado, el sistema como un todo no experimenta ninguna pérdida de
energía cinética, la energía que se origina del movimiento de una partícula.
5. La energía cinética promedio por molécula de un gas es proporcional a la temperatura absoluta (grados Kelvin), y
la energía cinética promedio por molécula de todos los gases es igual a la misma temperatura. La velocidad a la
que se mueven las moléculas de un gas aumenta al incrementar la temperatura y disminuye cuando ésta baja.
En equipo de 4 integrantes y a partir de la lectura de la teoría cinética-molecular,
diseñen un dibujo (sin texto) para cada uno de los cinco postulados, el cual utilizarán
para explicar claramente cada uno de ellos. Comparte con el grupo tus conclusiones y
retroalimenten.
Actividad: 2
13BLOQUE 1
Evaluación
Actividad: 2 Producto: Esquemas. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Describe los postulados de la
teoría cinética.
Expresa conceptos por medio de
esquemas.
Expone y colabora con el grupo,
presentando sus aportaciones
relacionadas con la teoría
cinética.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 2 (continuación)
14 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Propiedades de los gases.
Con base en las investigaciones derivadas de los postulados de la teoría cinética de los gases, se han llegado a
determinar sus propiedades, siendo las principales:
Expansión: Los gases se expanden en forma indefinida y uniforme para llenar todo el
espacio en el que se encuentran. Ejemplo cuando se hornea un pastel los gases se
expanden por toda la cocina.
Forma o volumen indefinido: Los gases no tienen forma ni volumen definido, pero puede
ocupar el recipiente que lo contiene.
Compresibilidad: Debido a que existe una gran distancia de espacio vacío entre las
partículas de un gas, éstos se pueden comprimir en gran medida, la compresión junta a
las moléculas, disminuyendo el espacio que las separa reduciendo su volumen cuando
aumenta la presión a la que se encuentran sujetos.
Baja densidad: La densidad de los gases es aproximadamente una milésima de la
densidad de la misma sustancia en estado líquido o sólido. Por tanto en el sistema
métrico, las densidades de los gases se miden en g/l en lugar de g/ml, como se hace con
los sólidos y líquidos.
Miscibilidad o difusión: Todos los gases se pueden mezclar entre sí en cualquier
proporción, en una forma uniforme cuando se ponen en contacto. Ejemplo, cuando un
cuarto se llena de aire, somos capaces de respirar en cualquiera de sus áreas en todo
momento, debido a que los gases que están en el aire se mezclan.
Características de los gases
En equipo y utilizando el material que se sugiere a continuación, diseñen una práctica
de laboratorio aplicando el método científico, donde expliquen, cada una de las
características de los gases (Expansión, difusión, compresión y densidad).
Material:
 Un globo
 Una jeringa
 Una vela aromática
 Una botella de plástico
 Hielo
Actividad: 3
15BLOQUE 1
Evaluación
Actividad: 3 Producto: Diseño de experimento. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica las características de
los gases.
Diseña una actividad experimental,
aplicando el método científico.
Participa activamente con sus
compañeros de equipo.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 3 (continuación)
16 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Propiedades de los líquidos.
En los líquidos, las moléculas se encuentran más próximas, ejercen alguna fuerza
de atracción o de repulsión entre sí, y no son perfectamente elásticas. El resultado
son las siguientes seis características generales de los líquidos:
1. Expansión limitada. Los líquidos no se expanden infinitamente como los gases.
2. Forma. Los líquidos no tienen una forma característica y toman la del
recipiente que los contiene.
3. Volumen. Los líquidos conservan su volumen sin importar el tamaño del
recipiente que lo contiene.
4. Comprensibilidad. Los líquidos sólo son ligeramente comprensibles cuando
ocurre algún cambio de temperatura o presión. Esta falta de comprensibilidad es evidente en el fluído de frenos
del sistema hidráulico de frenado de un automóvil. Si el fluido se pudiera comprimir en forma considerable, la
presión aplicada sobre el pedal comprimiría el fluído y el automóvil no se detendría. En lugar de eso, la presión de
su pie se transfiere a través del fluido de frenos en el sistema hasta el tambor de frenado.
5. Alta densidad. Los líquidos tienen densidades mucho mayores que la de los gases. Por esa razón el químico
mide la densidad de un gas en g/L, y la de los líquidos en g/ml. Por ejemplo el agua en estado líquido a 100°C y
760 torr tiene una densidad de .0958 g/ml, pero el agua en estado gaseoso bajo las mismas condiciones tiene
una densidad de solo .598 g/L (.000598 g/ml). Así el agua líquida es más densa que el vapor de agua por un
factor de 1600 veces.
6. Miscibilidad. Las moléculas de un líquido, como las moléculas de gas, se encuentran en movimiento constante. A
diferencia de las moléculas de un gas, una molécula en un líquido puede moverse sólo a una corta distancia
antes de chocar con otra molécula, reduciendo su movimiento. Por tanto, un líquido se mezcla con otro líquido en
el cual es soluble, pero esta miscibilidad es mucho más lenta en los líquidos que en los gases, como es evidente
si usted trata de mezclar miel y agua.
Propiedades de los sólidos.
Ahora que entendemos algo acerca de la formación y el comportamiento de los gases y
de los líquidos, podremos hacer algunas predicciones acerca de los sólidos.
Los sólidos tienen partículas que se encuentran mucho más cercanas entre sí que las
partículas de los líquidos. Las partículas de los sólidos también son objeto de fuerzas de
atracción fuertes entre ellas.
Por último, al igual que los gases y líquidos, los sólidos tienen seis características
generales que derivan de la teoría cinética:
1. No expansión. (A temperatura constante). Al igual que los líquidos, los sólidos no
presentan una expansión infinita como los gases, aunque el agua, cuando se
congela, se expande ligeramente.
2. Forma. Los sólidos tienen por lo regular una forma definida. Son relativamente
rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones
extremas. Así, ellos no toman la forma del recipiente que los contiene.
3. Volumen. Los sólidos conservan su volumen al igual que los líquidos.
4. Compresibilidad. Los sólidos son prácticamente incompresibles, ya que sus
partículas están muy cercanas entre sí debido a sus intensas fuerzas de atracción.
5. Alta densidad. Los sólidos, al igual que los líquidos, tienen densidades relativamente altas.
6. Miscibilidad. Los sólidos se mezclan o se difunden con mucha lentitud, excepto a presiones extremas. Las
partículas en los sólidos tienen posiciones esencialmente permanentes debido a las fuerzas de atracción que hay
entre ellas. Por lo tanto, el movimiento de las partículas de un sólido es por lo regular muy lento.
17BLOQUE 1
Cierre
Evaluación
Actividad: 4 Producto: Cuadro comparativo. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Distingue las propiedades de
los sólidos, líquidos y gases.
Compara las diferencias o
similitudes que existen en las
propiedades de los estados de la
materia.
Valora la importancia de conocer
y diferenciar las propiedades de
cada uno de los estados de la
materia y su aplicación.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Considerando los estados de la materia: sólido, líquido y gas, elabora un cuadro
comparativo donde se muestren las propiedades de cada uno de los estados.
Sólidos Líquidos Gases
Expansión
Forma
Volumen
Comprensibilidad
Densidad
Miscibilidad o difusión
Actividad: 4
18 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Secuencia didáctica 2.
Leyes de los gases.
Inicio
Evaluación
Actividad: 1 Producto: Cuestionario. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica y relaciona las
variables. Temperatura, presión
y volumen.
Distingue las unidades y analiza
las diferentes variables.
Asume la importancia de sus
conocimientos previos.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Resuelve las siguientes cuestiones:
1. Identifica las unidades siguientes, y relaciónalas con las variables presentadas: °F, litros,
atm, cm3
, mm Hg, Kg, °C, ml, gr.
- Presión ______________________________________________________________________________________
- Temperatura __________________________________________________________________________________
- Volumen _____________________________________________________________________________________
- Masa ________________________________________________________________________________________
2. ¿Por qué se eleva un globo aerostático?
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
3. ¿Qué pasaría con una pelota si se deja mucho tiempo expuesto al sol? ¿Qué relación tiene la presión y la
temperatura en este fenómeno?
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Actividad: 1
19BLOQUE 1
Desarrollo
Variables de los gases.
Para poder comprender las leyes que rigen los cambios en los gases es muy importante conocer las variables
fundamentales en las que se puede medir un gas: presión, temperatura y volumen. Éstas son dependientes entre sí.
Presión (P). Se define como la fuerza aplicada en un área determinada (P= F/V).
El impacto de las moléculas sobre las paredes del recipiente que contiene el gas es lo que
origina la presión. A mayor frecuencia de las colisiones, mayor presión del gas. A menor
frecuencia de Las colisiones, menor presión del gas.
Ejemplo: La presión sanguínea es la fuerza que ejerce el corazón sobre toda la superficie por la
que circula la sangre.
Las unidades de medida de la presión son: Pascal (Pa) (Nw/m2
); atmósferas (atm); milímetros de mercurio (mm Hg);
Torricelli (Torr) que van hacer las más utilizadas en los cálculos matemático. Sus equivalencias son:
1 atm = 760 mm Hg
1 atm = 1.013 x 105
Pa
1 atm = 760 Torr
Temperatura (T). Se define como la magnitud que determina el nivel energético provocado por el
movimiento de los átomos, debido a que éstos se encuentran en movimiento constante en mayor
o menor grado. Existen diferentes escalas de temperatura, como los grados Celsius o centígrados
y los grados Fahrenheit que son los más usuales.
Después, Lord Kelvin estableció el concepto de cero absoluto para la temperatura en el momento
en que cesa el movimiento térmico. Aunque en la práctica no se puede lograr el cero absoluto, se
utiliza la escala Kelvin para determinar la Temperatura absoluta, y sus equivalencias son:
°K = °C + 273
°F = 1.8 °C + 32
°C = (°F-32)/1.8
Volumen (V). Es la medida del espacio en tres dimensiones ocupado por un cuerpo y depende del recipiente que
contenga el gas, se mide en litros (L) o mililitros (ml), y sus equivalentes metro cúbico (M3
) y centímetro cubico (cm3
)
respectivamente. Sus equivalencias son:
1 L= 1000 ml
Condiciones estándar o normales
El conjunto de presión y temperatura escogidas como estándar para especificar el volumen de un gas son 0°C ó
273°K y 760 mm de Hg; en forma abreviada. TPE (temperatura y presión estándar) o TPN (temperatura y presión
normales)
Lord Kelvin
20 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Evaluación
Actividad: 2 Producto: Conversiones. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica las variables de los
gases y sus equivalencias.
Practica la conversión de unidades.
Valora las equivalencias para
realizar cálculos en las leyes de
los gases.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
En equipo de tres integrantes realiza las siguientes conversiones:
1. 25°C a °F______________________________
2. -145.4°C a °K ___________________________
3. 1,250 mm Hg a atm______________________
4. 3.4 atm a mm Hg________________________
5. 900 ml a litros___________________________
6. 2.45litros a ml___________________________
7. 550 torr a mm Hg________________________
8. 2.5 atm a torr ___________________________
Actividad: 2
21BLOQUE 1
Ley de Boyle.
Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante. La ley de Boyle
(conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es
inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante.
Lo cual significa que:
El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica:
En otras palabras:
Si la presión aumenta, el volumen disminuye.
Si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el
producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. Lo cual significa que el
producto de la presión por el volumen es constante.
Matemáticamente esto es:
Para aclarar el concepto:
Se tiene un cierto volumen de gas (V1) que se encuentra a una presión P1. Si se
varía la presión a P2, el volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se
cumplirá:
Aplicando la fórmula en un ejemplo práctico:
Tenemos 4 L de un gas que están a 600 mm Hg de presión. ¿Cuál será su volumen
si aumentamos la presión hasta 800 mm Hg? La temperatura es constante, no varía.
Solución:
Como los datos de presión están ambos en milímetros de mercurio (mm Hg) no es necesario hacer la conversión a
atmósferas (atm). Si sólo uno de ellos estuviera en mm Hg y el otro en atm, habría que dejar los dos en atm.
Aclarado esto, sustituimos los valores en la ecuación: P1V1 = P2V2.
Se pone a la izquierda el miembro con la incógnita
Se despeja V2:
Respuesta:
Si se aumenta la presión hasta 800 mm Hg el volumen disminuye hasta llegar a los 3 L.
22 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
 
En equipo, resuelve cada uno de los siguientes problemas aplicando la Ley de Boyle.
1. Una masa de oxígeno ocupa 5L bajo presión de 740 Torr. Calcúlese el volumen de la misma
masa de gas a presión estándar (760 mm Hg) manteniendo la temperatura constante.
2. Diez litros de hidrogeno a 1 atmósfera de presión están contenidos en un cilindro que tiene un pistón móvil. El
pistón se mueve hasta que la misma masa de gas ocupa 2 litros a la misma temperatura encuentre la presión
en el cilindro.
3. Un gas que pesa 5 g Ocupa un volumen de 4L y se encuentra sometido a una presión de 0.76 atm. ¿Cuál
será el volumen que ocupa en litros, si lo sometemos al doble de la presión mencionada, si se mantiene la
temperatura constante.
Actividad: 3
23BLOQUE 1
Evaluación
Actividad: 3 Producto: Solución de problemas. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Comprende la ley de Boyle.
Efectúa cálculos y aplica la ley de
Boyle
Resuelve el ejercicio con
seguridad.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
4. Una masa de gas ocupa un volumen de 550L a la presión atmosférica. ¿Qué presión se
debe ejercer sobre ella para que ésta quede contenida en un tanque de 20L?
5. 12 L bajo presión de 860 torr. Calcula el volumen de la misma masa de gas a presión estándar (760 mm de
Hg).
Actividad: 3 (continuación)
24 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Ley de Charles.
Mediante esta ley se relaciona la temperatura y el volumen de un gas. Textualmente, la ley afirma que el volumen de
un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas, cuando se mantiene la presión constante.
En otras palabras:
Si se aumenta la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta.
Si se disminuye la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye.
Como lo descubrió Charles, si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes,
el cociente entre el volumen (V) y la temperatura (T) siempre tiene el mismo valor (K) (es
constante).
Matemáticamente esto se expresa en la fórmula
Ejemplificando:
Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1. Si aumentamos la
temperatura a T2 el volumen del gas aumentará hasta V2, y se cumplirá que:
Veamos un ejemplo práctico y sencillo:
Un gas cuya temperatura llega a 25° C tiene un volumen de 2.5 L. Para
experimentar, se disminuye la temperatura a 10° C ¿Cuál será su nuevo
volumen?
Solución:
El primer paso es recordar que en todas estas fórmulas referidas a la
temperatura hay que usar siempre la escala Kelvin.
Por lo tanto, lo primero es expresar la temperatura en grados Kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
T2 = (10 + 273) K= 283 K
Se sustituyen los datos en la ecuación:
Se despeja V2:
Respuesta:
Sí se disminuye la temperatura hasta los 10º C (283º K) el nuevo volumen del gas será 2.37 L.
25BLOQUE 1
En equipo, resuelve los siguientes problemas aplicando la Ley de Charles.
1. Una muestra de gas tiene un volumen de 250 ml a 50°C. ¿Cuál será el volumen a 0°C, si su
presión permanece constante?
2. Una masa de neón ocupa 200 cm3
a 100 °C. Encuentre el volumen a 0°C, manteniendo a presión constante.
3. ¿Cuál será el volumen de una muestra de gas a 27°C, si su volumen es de 400 ml a 0°C y presión permanece
constante?
Actividad: 4
26 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
 
Evaluación
Actividad: 4
Producto: Resolución de
problemas.
Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica la Ley de Charles.
Aplica los conocimientos en la
resolución de cálculos.
Con eficiencia realiza el ejercicio
en equipo.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
4. Una muestra de gas ocupa 185 ml a 10°C y 750 mm Hg. ¿Qué volumen en ml ocupará el
gas a 20°C y 750 mm Hg?
5. El volumen de un gas es 200 ml a 30°C. ¿A qué temperatura ocuparía el volumen de 260 ml, suponiendo
que la presión permanece constante?
Actividad: 4 (continuación)
27BLOQUE 1
Ley de Gay-Lussac.
Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la temperatura (T) de un gas cuando el volumen (V) se mantiene
constante, y dice textualmente: La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura.
Esto significa que:
Si se aumenta la temperatura, aumentará la presión.
Si se disminuye la temperatura, disminuirá la presión.
Si lo llevamos al plano matemático, esto queda demostrado con la
siguiente ecuación:
Llevemos esto a la práctica y supongamos que tenemos un gas, cuyo
volumen (V) no varía, a una presión P1 y a una temperatura T1. Para
experimentar, variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2,
entonces la presión cambiará a P2, y tendrá que cumplirse la siguiente
ecuación:
Debemos recordar, además, que esta ley, al igual que la de Charles, está
expresada en función de la temperatura absoluta, y tal como en la Ley de
Charles, las temperaturas han de expresarse en grados Kelvin.
Veamos un ejemplo:
Tenemos un cierto volumen de un gas bajo una presión de 970 mm Hg
cuando su temperatura es de 25° C. ¿A qué temperatura deberá estar para
que su presión sea 760 mm Hg?
Solución:
Lo primero se debe convertir los 25º C a grados Kelvin:
T1 = (25 + 273) K= 298 K
Después se sustituyen los datos en la ecuación:
Se despeja T2:
Respuesta:
La temperatura debe bajar hasta los 233.5º Kelvin. Si convertimos éstos grados en grados Celsius hacemos:
233.5 − 273 = −39.5 °C.
 
28 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
En equipo de cuatro integrantes, realicen y discutan los siguientes ejercicios, aplicando
la Ley de Gay-Lussac:
1. ¿Cuál será la presión de un gas a 85°C, sabiendo que a 25°C es de 625 mm Hg?
2. Un tanque de acero contiene dióxido de carbono a 27°C y una presión de 12 atm. Calcúlese la presión interna
del gas, cuando el tanque y su contenido se calientan a 100°C.
3. Una llanta de automóvil se encuentra inflada a 28 atm y tiene una temperatura de 15 °C. Si después de
recorrer una distancia de 500 Km, el medidor de presión marca 32 atm. ¿A qué temperatura en °C se
encontrará?
Actividad: 5
29BLOQUE 1
Evaluación
Actividad: 5
Producto: Resolución de
problemas.
Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Reconoce la ley de Gay-Lussac.
Soluciona problemas aplicando la
ley de Gay Lussac.
Muestra una actitud positiva al
trabajar en equipo.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
 
4. En un bulbo cerrado de vidrio, se puso helio (He) a 750 mm Hg y 27°C. El bulbo se rodeó de
hielo seco hasta bajar la temperatura a -73°C. ¿Qué presión estaría ejerciendo el helio?
5. Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mm Hg cuando su temperatura es de 25.0°C.
¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mm Hg?
Actividad: 5 (continuación)
30 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Ley general o combinada de los gases.
Las tres leyes vistas, permiten calcular únicamente una de las tres variables de los
gases cuando se modifica otra, siempre y cuando permanezca constante la tercera,
estas leyes sirven solo para gases ideales, en la realidad ¿Qué ocurre cuando a un gas
se le modifica la temperatura, y el volumen del mismo no puede permanecer constante,
debido a que las paredes del recipiente no son rígidas, por ejemplo en un globo de
hule? ¿Cómo cambia la presión, volumen o temperatura de un gas si se aumenta o
disminuye la presión?
Estas preguntas no pueden ser contestadas mediante ninguna de las leyes por
separado, pero si estas leyes se combinan, se llega a una expresión denominada Ley
combinada de los gases.
Ley de Boyle:
Ley de Charles:
Ley de Gay Lussac:
Juntando las leyes queda:
Ley combinada de los gases:
Donde: (P1 V1T1) son las condiciones iniciales de presión, volumen o temperatura.
(P2 V2 T2) son las condiciones finales de presión, temperatura o volumen.
A partir de la ley combinada, podemos calcular la forma cómo cambia la presión, volumen o temperatura si se
conocen las condiciones iniciales (P1 V1T1) y se conocen dos de las condiciones finales, es decir, dos de las tres
cantidades (P2 V2 T2).
Esta ley combinada de los gases, sólo se aplica cuando el comportamiento de los gases reales se asemeja al de un
gas ideal. Bajo ciertas condiciones de temperatura y/o presión, las propiedades de la mayoría de los gases reales se
desvían por completo de las de un gas ideal. Para estos casos se han desarrollado otras ecuaciones; pero en este
módulo vamos a considerar para propósitos prácticos, que los gases reales por lo general se comportan como gases
ideales.
Ejemplo:
Un cierto gas ocupa 500ml a 760 mm Hg y 0°C. ¿Qué volumen en mililitros ocupará a 10 atm y 100°C?
Solución:
Como los datos de presión están uno en milímetros de mercurio (mm Hg), y el otro en atmósferas, es necesario hacer
la conversión en atmósferas (atm), para trabajar las dos presiones en atmósferas y las temperaturas se deben
convertir en grados Kelvin.
Glosario:
Gases ideales:
Gases que se ajustan a
la teoría cinética; están
compuestos por
moléculas que no
tienen fuerzas de
atracción entre sí y se
encuentran en
movimiento rápido y
constante, chocando
unas con otras en una
forma perfectamente
elástica, y tiene una
energía cinética
promedio proporcional
a la temperatura
absoluta.
31BLOQUE 1
Aclarado esto, sustituimos los valores en la ecuación:
Datos: Fórmula
V1= 500 ml
T1= 0°C + 273 = 273°K
P1= 760 mm Hg = 1atm
V2=?
T2= 100°C + 273= 373°K
P2= 10 atm
Se despeja V2 V2= (1atm)(500ml)(373°K) = 68.3 ml
(273°K)(10atm)
Respuesta: V2= 68.3 ml
En equipo, realicen y discutan los siguientes ejercicios, aplicando la ley combinada de
los gases:
1. En las condiciones de laboratorio (10°C y 585 mm Hg), se quiere cambiar 10 litros de un gas a un recipiente
de 12 litros. Si el gas debe estar a una temperatura máxima de 40°C. ¿A qué presión se someterá el
recipiente?
2. Un gas ocupa 500 ml a 30°C y 720 mm Hg. ¿Cuál será su volumen en las condiciones estándar (0°C, 760 mm
Hg)?
Actividad: 6
32 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Evaluación
Actividad: 6
Producto: Resolución de
problemas.
Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Relaciona la ley combinada de
los gases.
Aplica la ley combinada de los
gases en la resolución de
problemas.
Participa activamente con sus
compañeros de equipo.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
 
3. Un volumen de 100 ml de un gas en condiciones normales de temperatura y presión (1
atm y 0°C), si queremos que ocupe el volumen de litro a la presión de 590 mm Hg. ¿A qué
temperatura en °C debemos someterlo?
4. En un balón elástico se recogieron 21.5 ml de un gas a 17°C 760 mm Hg, al día siguiente se encontró que el
volumen de 22.1 ml y la presión se mantenía a 740 mm Hg. ¿Cuál era la temperatura del laboratorio?
Actividad: 6 (continuación)
33BLOQUE 1
Ley de las presiones parciales de Dalton.
Hasta ahora hemos analizado las relaciones entre la presión, temperatura y volumen
de una muestra de una sola sustancia gaseosa. La mayor parte de las situaciones de
la vida real involucran mezclas de gases. Por ejemplo el aire que respiramos, es una
mezcla de muchos gases, como también la emisión de gases de un automóvil.
Si se requiere trabajar con presiones, volúmenes y temperaturas de mezclas de
gases, John Dalton, en 1801 declaró la Ley de las presiones parciales de Dalton, esta
ley establece que “Cada uno de los gases presentes en una mezcla de gases ejerce
una presión parcial igual a la presión que ejercería como único gas presente en el
mismo volumen”.
Entonces, la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de
todos los gases.
Por ejemplo, si en un recipiente tenemos una mezcla de
gases de Hidrógeno y Helio, la presión del hidrógeno es 2.9
atm y la presión del helio de 7.2 atm, tendremos que la
presión total es de 10.1 atm.
La Ley de Dalton se expresa matemáticamente como:
Ptotal= P1 + P2 + P3 · · ·
Donde P1, P2 y P3 son las presiones parciales de los gases
individuales que están en la mezcla.
Ejemplo:
Un matraz de un litro que esta a 27°C contiene una mezcla de tres gases, A, B y C, que tienen presiones parciales de
2.5, 6.3 y 4.2 atm respectivamente. Calcula la presión total en atmósferas de la mezcla.
Solución:
Se determina la presión total de la mezcla, sumando las presiones individuales de cada gas.
Formula: Ptotal= P1 + P2 + P3
Sustitución: Ptotal= 2.5 atm + 6.3 atm + 4.2 atm
Respuesta: Ptotal= 13 atm
Ley General de los gases ideales.
Utilizando una nueva ecuación, la ecuación del gas ideal, no solo podemos variar la temperatura, la presión y el
volumen sino también la masa del gas.
Su expresión matemática es: P V = n R T
34 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Donde P es presión (atm), V es volumen (L), n es la cantidad de moles del gas y T es temperatura (°K) y R es la
constante universal de los gases.
El valor de la constante universal de los gases, R, se puede calcular partiendo del hecho experimental de que 1mol de
gas (n=1) a condiciones normales de temperatura y presión [0°C (273°K) y 1atm], ocupan un volumen de 22.4L.
Despejando R de la ecuación de los gases ideales y sustituyendo los valores de: n, P, V y T queda:
R = 1atm X 22.4L
1mol X 273°K
Constante universal de los gases: R= 0.08205786 atm. L
mol °K
Ejemplo:
¿Cuál será la presión ejercida por 2 moles de oxígeno a una temperatura de 30 ° C y u7n volumen de 70 litros?
Solución:
Datos Fórmula Despejando Sustituyendo
P=?
n= 2mol P V = n R T P= n R T P= (2mol) (0.08205786 atm/mol.°K) (303°K)
T= 30°C = 303°K V 70 L
V= 70 L
Resultado: P=0.71 atm
Aplicación de la ley de los gases ideales
La importancia de la ley de los gases ideales, es que de ella se pueden derivar
características de cada uno de los gases, como son la densidad y la masa molar.
Para aplicar esta ley debemos analizar lo siguiente:
El número de moles es igual a los gramos (gr) sobre la masa molar (M): n = gr/M
Si se sustituye el valor de n en la ecuación quedaría: P V = gr/M (R T)
De esta fórmula se pueden derivar dos aplicaciones importantes, la densidad y la
masa molar del gas.
La densidad de un gas está dada por la relación de su masa (gr) sobre su volumen (V): d=gr/V
Utilizando la ecuación anterior y despejando masa sobre volumen queda la fórmula para calcular la densidad:
d= PM
RT
Ejemplo:
1. Calcula la densidad del diborano (B2H6), a 40°C y 1.81atm.
Datos Fórmula Sustitución
d=
T= 40°C = 313°K d= PM d= (1.81 atm) (28 gr/mol) =1.97 gr/L
P= 1.81atm RT (0.08205786 atm.L/mol.°K) (313°K)
M de B2H6= 28gr/mo
35BLOQUE 1
Cierre
Resuelve los siguientes problemas sobre la aplicación de las diferentes Leyes de los
gases.
1. En el envase de cualquier aerosol podemos leer que no debemos arrojarlo al fuego ni aun vacío. ¿Por qué el
fabricante está obligado a hacer esa advertencia? ¿En qué ley de los gases te basarías para explicar la
advertencia?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
2. La ley de Boyle establece que la presión y el volumen de un sistema gaseoso son inversamente
proporcionales. Según esto, si aumentamos el volumen de un gas al doble, ¿Qué le ocurre a la presión del
mismo?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
3. ¿Qué presión ejercen 0.613 de hidrógeno (H2), a la temperatura de 42 °C y 0.250 atm?
4. En un recipiente de 1L a 2 atm de presión y 300°K de temperatura, hay 2.6 gr de un gas. ¿Cuál es la masa
molecular del gas?
Actividad: 7
36 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
5. Se introducen 3.5 gr de nitrógeno (N2), en un recipiente de 1.5 L. Si la temperatura del
sistema es de 22°C, ¿Cuál es la presión del recipiente? Si calentamos el gas hasta 45°C,
¿Cuál será la nueva presión si el volumen no varía?
6. Las sales de nitrato (NO3) al calentarse producen nitritos (NO2) y oxígeno (O2), una muestra de nitrato de
potasio se calienta de manera que el gas O2 producido se recolecta en un matraz de 750 ml. La presión de
este gas en el matraz es de 2.8 atm y la temperatura de 53.6°C. ¿Cuántas moles de O2 se han producido?
Actividad: 7 (continuación)
37BLOQUE 1
Evaluación
Actividad: 7 Producto: Solución de problemas. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica, las diferentes leyes de
los gases.
Elige la ley de los gases que debe
aplicarse para la solución de los
diferentes problemas.
Comparte con entusiasmo sus
conocimientos con sus
compañeros de equipo.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
7. Calcula la densidad del SO2 a 40°C y 750 mm Hg de presión.
8. Calcula el peso del O2 contenido en 21 litros de oxigeno medido sobre agua a 25°C y 740mm Hg. La
presión de vapor del agua a 25°C es de 24 mm Hg.
Actividad: 7 (continuación)
38 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
Tiempo asignado: 16 horas
Explica la velocidad de reacción y el
equilibrio químico.
Competencias disciplinares extendidas
1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la
tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas.
2. Evalúa las implicaciones del uso de la ciencia y la tecnología, así como los fenómenos relacionados con el origen, continuidad y
transformación de la naturaleza para establecer acciones a fin de preservarlas en todas sus manifestaciones.
3. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información
científica que contribuya a su formación académica.
4. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos
conocimientos.
5. Valorar el papel fundamental del ser humano como agente modificador de su medio natural proponiendo alternativas que responda a
las necesidades del hombre y la sociedad, cuidando el entorno.
6. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del
mismo.
7. Aplica normas de seguridad para disminuir riesgos y daños a sí mismo y a la naturaleza, en el uso y manejo de sustancias,
instrumentos y equipos en cualquier contexto.
Unidad de competencia:
Expresa la velocidad de reacción de los procesos químicos en función de la teoría de las colisiones de los diversos factores que la
modifican, realizando procesos experimentales para medir la velocidad de una reacción química generada en el medio natural o a nivel de
laboratorio, así como la explicación del equilibrio químico al comprender la reversibilidad de las reacciones químicas, la ley de acción de
masas y el principio de Le Châtelier, aplicando ejemplos cotidianos e hipotéticos.
Atributos a desarrollar en el bloque:
1.1 Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades.
1.5 Asume las consecuencias de sus comportamientos y decisiones.
3.3 Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean.
4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas.
4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos
que persigue.
4.3 Identifica las ideas claves en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas.
4.5 Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas.
5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un
objetivo.
5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos.
5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas.
5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información.
6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y
perspectivas al acervo con el que cuenta.
6.4 Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética.
7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento.
7.3 Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana.
8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de
trabajo.
40 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Secuencia didáctica 1.
Velocidad de reacción y teoría de las colisiones.
Inicio
Resuelve los siguientes cuestionamientos
1. Define qué es una reacción química.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
2. Tomando en cuenta la siguiente reacción química, identifica sus partes y responde lo siguiente:
a) ______________________este compuesto(s) corresponde al reactivo(s) de la reacción.
b) ______________________este compuesto(s) corresponde al producto(s) de la reacción.
c) El 2 que acompaña al HgO se le conoce como_____________________________________________________
d) Las letras s, l y g, que se encuentra después de cada formula, ¿qué nos indica?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
3. Explica, ¿cómo medirías la velocidad de una reacción?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
Actividad: 1
41
BLOQUE 2
Evaluación
Actividad: 1 Producto: Cuestionario. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica una reacción química,
sus componentes, la velocidad
de reacción y los factores que la
modifican.
Distingue los componentes de una
reacción química, así como los
factores que modifican la velocidad
de reacción.
Valora la importancia de los
conocimientos previos, en
relación a una reacción química.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
_______________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
4. Menciona los factores que consideres modifican la velocidad de una reacción.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
Actividad: 1 (continuación)
42 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Desarrollo
Reacciones químicas.
Los cambios químicos ocurren cuando existe una transformación de la materia,
tanto en su composición como en su estructura; estos cambios se llevan a
cabo mediante reacciones químicas.
En la actualidad, la mayoría de los productos o artículos que adquirimos o
consumimos, requieren para su elaboración de procesos químicos; sólo
bastaría con investigar cómo fueron elaborados o procesados algunos
productos de uso diario (artículos de limpieza, alimentos, bebidas, medicinas,
etc.) para comprobar que todos ellos son el resultado de una serie de
reacciones químicas, o bien, reflexionar sobre la infinidad de procesos que
ocurren a nuestro alrededor (el crecimiento del ser humano, de las plantas y animales, la oxidación de los metales, la
combustión de la madera, etc.) y que, por su cotidianidad, se ven como hechos comunes sin que meditemos que son
productos, también de procesos muy complicados.
Debido a la gran contaminación que enfrentamos actualmente, los químicos se han dado a la tarea de obtener nuevos
productos que sean menos dañinos para el ambiente, motivo por el cual se han elaborado materiales biodegradables
que antes no existían, también han logrado reciclar ciertos materiales como plásticos, vidrio, papel, etc., evitando con
ello: por un lado; el empleo de nuevos recursos naturales para su elaboración y, por otro; la acumulación excesiva de
éstos como desechos. Como podemos observar, es importante el conocimiento de las reacciones químicas para
poder controlarlas y hacer que las sustancias se conviertan en otras que satisfagan nuestras necesidades, intentando
siempre utilizarlas en beneficio del hombre, reduciendo y previniendo el deterioro de nuestro ambiente.
Una ecuación química es la representación esquemática de una reacción química, mediante fórmulas y símbolos.
Ejemplo:
a) Reactivos o Reactantes: Son las sustancias que reaccionan. Están colocadas antes de la flecha.
b) Productos: Son las sustancias que se forman. Están colocadas después de la flecha.
La flecha separa reactivos de productos. Se lee "produce".
Un triángulo sobre la flecha significa "calor". Los reactivos deben
calentarse para que la reacción se efectúe.
c) Coeficientes: Son los números colocados antes de cada sustancia. Indican el número de moles que reaccionan
de cada reactivo y el número de moles que se forman de cada producto.
d) Subíndices: Indican el número de átomos en una molécula.
Algunas veces, la ecuación muestra el estado físico de las sustancias que participan, indicando una letra minúscula
entre paréntesis, después de cada sustancia: Sólido (s), líquido (l), gas (g) y acuoso (ac).
Teoría de las colisiones.
43
BLOQUE 2
Uno de los modelos que explican cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, propuesta por
Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que
los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen, pero
solamente una cierta fracción del total de colisiones tiene la energía para conectarse efectivamente y causar
transformaciones de los reactivos en productos.
Puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de
las mismas. Por eso, para que tenga lugar una reacción química, los choques deben ser eficaces y cumplir las dos
condiciones siguientes:
- Primera condición: Que los átomos,
moléculas o iones de los reactivos posean
suficiente energía (cinética), para que al
chocar, puedan romperse sus enlaces y
formarse otros nuevos. Según esta
condición, a la energía mínima requerida
para efectuar una reacción se la llama
energía de activación.
Al analizar los cambios en energía potencial y en energía cinética que experimentan un par de moléculas al chocar en
la fase gaseosa encontramos los siguientes factores:
1. Según las moléculas se aproximen una a la otra, empiezan a sentir la repulsión entre las nubes electrónicas y
entonces la rapidez de movimiento disminuye, reduciendo la energía cinética y aumentando la energía potencial
debido a la repulsión. Si las moléculas inicialmente no se están moviendo rápidamente cuando entran en esta
colisión, las moléculas se detendrán y se invertirá la dirección de movimiento antes de que ocurra una
compenetración considerable de las nubes electrónicas. Así que las moléculas con energía cinética baja al
acercarse rebotan sin llegar a reaccionar.
2. Por otra parte, si las moléculas que se mueven rápidamente pueden vencer las fuerzas de repulsión y penetrar
las nubes electrónicas y formar nuevos enlaces y así formar productos. Al compenetrarse las nubes electrónicas
aumenta considerablemente la energía potencial del sistema. Así que un choque será efectivo si las moléculas
que chocan tienen una rapidez relativa alta.
3. Al formarse los productos y estos, separarse, la energía potencial disminuye, aumentando la rapidez de
separación de los mismos.
Cuanto mayor la energía de activación, más lenta es la reacción porque
aumenta la dificultad para que el proceso suceda.
Cuanto menor la energía de activación, menor la barrera de energía, más
colisiones efectivas y por tanto una reacción más rápida.
- Segunda condición: Que el choque se verifique con una orientación geométrica adecuada, pues aunque los
átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener
lugar con una orientación desfavorable.
Veamos los dos modelos de colisiones para la formación de dos moléculas de Hl:
44 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
La teoría de las colisiones está
íntimamente relacionada a la cinética
química.
Los átomos de las moléculas de los
reactivos están siempre en
movimiento, generando muchas
colisiones (choques). Parte de estas
colisiones aumentan la velocidad de
reacción química. Cuantos más
choques con energía y geometría
adecuada exista, mayor la velocidad
de la reacción.
De lo anterior, se puede concluir que la teoría de las colisiones establece lo siguiente:
“La velocidad de una reacción es directamente proporcional al número de choques efectivos que se dan entre las
sustancias reaccionantes”.
En equipo de 4 integrantes y en base a la información anterior sobre la
teoría de las colisiones realiza lo que se te pide, y al finalizar comparte tu
trabajo con el resto del grupo.
1. Dibuja un esquema donde expliques con detalles en qué consiste la teoría de las colisiones.
Actividad: 2
45
BLOQUE 2
Evaluación
Actividad: 2 Producto: Esquema. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Describe la teoría de las
colisiones, y la energía de
activación.
Analiza e ilustra la teoría de las
colisiones, las colisiones efectivas y
la energía de activación.
Reflexiona sobre la importancia
de la teoría de las colisiones para
que se lleve a cabo una reacción.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
2. Explica cómo se da una colisión efectiva.
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
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__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
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3. ¿En qué consiste la energía de activación?
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
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Actividad: 2 (continuación)
46 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Evaluación
Actividad: 3 Producto: Experimento. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Reconoce la velocidad de
reacción.
Realiza actividad experimental,
para observar la velocidad de una
reacción.
Toma conciencia de la
importancia del desarrollo
experimental.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Para definir el concepto de velocidad de reacción, realiza el siguiente experimento.
Utiliza una tableta de Alka-Seltzer®, que está compuesta de ácido cítrico y bicarbonato de sodio (reactantes).
Estos dos compuestos, no reaccionan espontáneamente entre sí. Cuando colocamos la tableta en agua, se
inicia la efervescencia, que se debe a la reacción entre el bicarbonato de sodio y el ácido cítrico, como producto
de esta reacción química, se forma: bióxido de carbono, citrato de sodio y agua
Procedimiento:
1. Prepara un vaso con una pequeña cantidad de agua.
2. Prepara un reloj segundero o un cronómetro, para medir el tiempo.
3. Deposita la tableta de Alka-Seltzer® en el interior del vaso.
4. Tomar el tiempo desde el momento en que se deposita la tableta, hasta el momento en que se desaparece.
5. Observar y anotar el tiempo.
Resuelve las siguientes preguntas:
a) ¿Cuánto tiempo tardó en desaparecer la tableta? __________________________________________________
b) ¿Qué tiempo es el que medimos?, ¿la desaparición de reactantes o la aparición de productos?
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
c) Define la velocidad de reacción a partir de estos datos.
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Actividad: 3
47
BLOQUE 2
Velocidad de reacción.
En la vida real puede ser importante conocer a qué velocidad se lleva a cabo una reacción. El tiempo en que se tarda
en hornear unas galletas con chispas de chocolate depende de la velocidad con que el polvo de hornear (bicarbonato
o carbonato ácido de sodio) se descompone a 350°F:
La velocidad de reacción es la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactivos. Una
explosión es un ejemplo de una reacción rápida, la formación de petróleo a partir de la materia orgánica
descompuesta es un ejemplo de una reacción lenta.
Para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de
tiempo, o la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades
de concentración/tiempo, esto es, en moles por segundo (mol/s).
Existen diversas maneras de medir en el laboratorio la velocidad de reacción, pueden ser observando un cambio de
color, la obtención de un precipitado, variación en la conductividad eléctrica, entre otros.
Factores que afectan la velocidad de reacción.
A través de la experimentación, los químicos han determinado que la velocidad de una reacción depende de
diferentes factores:
1. La naturaleza química de los reactivos
2. La concentración de los reactivos
3. El grado de subdivisión de los reaccionantes
4. La temperatura de la reacción
5. La presión
6. La presencia de catalizadores
La naturaleza química de los reactivos
La naturaleza de los reaccionantes no es un factor cinético en sí, sino un factor
termodinámico que está relacionado con la estructura misma de la sustancia y con su
tendencia a reaccionar.
Una sustancia tiene una naturaleza propia que no puede ser alterada o manipulada por un
experimentador para que la reacción sea más rápida o más lenta, depende del grado de
ionización de la sustancia y de su estructura atómica, en base a esto se deduce que:
 Reacciones entre iones en disolución son rápidas.
 Reacciones de compuestos covalentes suelen ser lentas.
 Reacciones homogéneas entre líquidos o gases son rápidas.
 Reacciones entre sólidos son lentas.
 Reacciones heterogéneas, la velocidad aumenta al aumentar la superficie de contacto entre los reactivos.
Concentración de los reactivos
Si los reactivos están en disolución o son gases
encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su
concentración, más alta será la velocidad de la reacción
en la que participen, ya que, al haber más partículas en
el mismo espacio, aumentará el número de colisiones,
aumentando así los choques eficases.
48 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Por ejemplo, en la reacción:
La velocidad es directamente proporcional a la concentración de N2O5; esto quiere decir que si se duplica la
concentración de los reactivos la velocidad de la reacción aumentará al doble, y que si la concentración se triplica, la
velocidad también se triplicará.
Grado de subdivisión de los reaccionantes
El grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial; mientras más dividido se encuentre un
material, mayor será el área de superficie expuesta, este factor es importante en una reacción debido a que al
aumentar el grado de subdivisión de un reactivo, aumenta también la rapidez de la reacción química, porque el área
superficial es mayor y puede reaccionar al mismo tiempo.
Ejemplo: un dado de hierro que se sumerge en un ácido sólo reaccionará por la zona expuesta al ácido, es decir por
el exterior. Si partimos ese dado en dos tendremos ahora una nueva superficie a exponer y si seguimos partiendo los
trozos tendremos cada vez más superficie que se puede exponer al ácido y por tanto aumentaremos la velocidad de
reacción. Por tanto también podemos afirmar que las reacciones serán más rápidas en estado líquido y más aún en
estado sólido.
Temperatura de la reacción
Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las moléculas y
su energía, por lo que no sólo aumenta las probabilidades de
choque, al moverse más rápido, sino que estos choques serán más
energéticos y por tanto más eficaces. Se dice, de manera
aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la
velocidad se duplica.
Esto explica que para evitar la putrefacción de los alimentos los
metemos en la nevera o en el congelador y por el contrario, si
queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela
puesta al fuego.
Presión
Sólo afecta si los reactivos o los productos son gases. Las sustancias gaseosas
tienden a ocupar el volumen total del recipiente que los contiene, al aumentar la
presión disminuye el volumen, por lo tanto las moléculas se aproximan más, por lo
que se incrementa la frecuencia de choques o colisiones, trayendo por lo tanto
una mayor velocidad de reacción.
Una disminución en la presión, aumenta el volumen, separando las moléculas,
ocasionando que disminuyan las colisiones, por lo tanto una disminución en la
velocidad de reacción.
49
BLOQUE 2
Presencia de un catalizador en una reacción
Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción
química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio
químico. Esta variación de velocidad se debe a que los catalizadores hacen
que la reacción vaya por un camino que necesita menos energía. Los
catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es
decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones.
El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es
reactivo ni participa en la reacción. Existen dos tipos de catalizadores:
- Catalizadores positivos: Que aceleran la rapidez de una reacción.
- Catalizadores negativos: Que disminuyen la rapidez de una reacción.
La utilización de catalizadores en nuestra vida diaria es muy amplia, como podemos verlo en los siguientes ejemplos:
Uno de los catalizadores más importantes de la naturaleza es la clorofila, durante el proceso de fotosíntesis; también
las diferentes enzimas que se utilizan en la digestión de los alimentos, como la ptialina en la saliva que cataliza la
ruptura de moléculas grandes.
En la industria los catalizador que se utilizan para reducir las emisiones tóxicas
de los vehículos y reducir el problema de la contaminación ambiental. Estos
catalizadores están provistos en su interior de unas pequeñas esferas
recubiertas de metal que puede ser paladio o platino y que actúan como
sustancias catalizadoras. También las enzimas que son catalizadores se
utilizan en la industria alimentaría como en la elaboración de vinagre con
alcoholes producido por un microbio vivo (Acetobacter aceti), la fermentación
alcohólica, la adición de una enzima para eliminar la lactosa, en la producción
de productos deslactosados, entre otros.
50 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Cierre
En equipo realicen los siguientes experimentos y resuelvan lo que se indica en cada
caso.
Factores que afectan la velocidad de reacción
Objetivo:
Observar cómo influyen la temperatura, la naturaleza química de los reactivos, la concentración, el tamaño de la
partícula y la presencia de un catlizador en la velocidad de reacción.
Material y reactivos:
4 vasos de precipitados de 20 ml
1 Termómetro
1 probeta de 10 ml
Un cronometro
2 jeringas de 10 ml
Alka-Seltzer®
Agua
Vinagre (CH3COOH)
Agua oxígenada (H2O2)
Dioxido de manganeso (MnO2)
Procedimiento:
La reacción que se observará en los siguientes experimentos es la reacción del bicarbonato presente en la
tableta de Alka-Seltzer® con agua para formar acido carbónico,que se descompone en:
Efecto de la temperatura:
- Corte la tableta de Alka-Seltzer® a la mitad.
- En un vaso de precipitado coloque la mitad de la tableta de Alka-Seltzer® y en otro coloque la otra mitad.
- Caliente en un vaso de precipitado, aproximadamente 10 ml de agua a unos 80°C, y en otro coloque 10 ml
de agua fría (a unos 10°C).
- Succione con una jeringa 5 ml de agua caliente y con la otra jeringa succione 5 ml de agua fría.
- Agregue al mismo tiempo, a cada uno de los vasos que contiene el Alka-Seltzer®, el agua caliente en uno y
el agua fría en el otro.
- Con el cronómetro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido.
- Anote el tiempo de cada reacción.
Efecto de la naturaleza química de los reactivos:
- Prepare dos vasos que contengan una mitad de Alka-Seltzer® cada uno.
- Agregue con una jeringa al mismo tiempo 5 ml de agua a una mitad de la tableta y 5 ml de vinagre a la otra
mitad.
- Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido.
- Anote sus resultados.
Actividad: 4
51
BLOQUE 2
Efecto de la concentración de uno de los reactivos:
- Coloca en un vaso de precipitado la mitad de la tableta de Alka-Seltzer®, y en otro vaso una
tableta completa.
- Agrega 10 ml de agua a cada uno al mismo tiempo.
- Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido.
- Anote sus observaciones.
Efecto del tamaño de partícula:
- Prepare, dos vasos que contengan una mitad de Alka-Seltzer® cada uno, en uno coloca la mitad completa
y en el otro vaso coloque la mitad de la tableta pulverizada.
- En cada vaso agregue con una jeringa al mismo tiempo 5ml de agua.
- Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido.
- Anota tus resultados.
Efecto de la presencia de un catalizador:
Se observará la descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia y ausencia de un catalizador:
- En dos vasos de precipitado, coloque en cada uno 3ml de agua oxigenada comercial.
- En uno de ellos coloque una pastilla de bióxido de manganeso (MnO2) y observe lo que sucede. (En caso
de no tener pastillas, utilice directamente una pequeña cantidad de MnO2 en polvo).
- Cuando termine la reacción, retire la pastilla de MnO2 y devuélvala al profesor.
Cuestionario:
1. En la parte experimental del efecto de la temperatura, ¿cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más
rápido y porque?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
2. Explica cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental del efecto de la
naturaleza de los reactivos y por qué.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
Actividad: 4 (continuación)
52 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Evaluación
Actividad: 4 Producto: Experimentos. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Reconoce los factores que
afectan la velocidad de
reacción.
Compara la velocidad de reacción
al modificar los factores que la
afectan.
Pone en práctica los
conocimientos adquiridos.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
3. Explique cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental
del efecto de la concentración de uno de los reactivos y por qué.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
4. Explique cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental del efecto del
tamaño de la partícula y por qué.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
5. ¿Cuál es la reacción que se lleva a cabo en la parte experimental del efecto de un catalizador? ¿Por qué?
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
Actividad: 4 (continuación)
53
BLOQUE 2
Evaluación
Actividad: 5 Producto: Cuestionario. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Identifica ejemplos cotidianos
donde se muestra la velocidad
de reacción.
Distingue los cambios en la
velocidad de reacción en distintos
fenómenos cotidianos.
Resuelve con seguridad cada
uno de los cuestionamientos.
Coevaluación
C MC NC
Calificación otorgada por el
docente
Con base a lo revisado en esta secuencia, y mediante a una consulta bibliográfica
resuelve lo que se solicita a continuación.
1. Busca ejemplos de situaciones cotidianas donde se pueda apreciar la velocidad de reacción.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
2. ¿Qué arde más rápidamente, un tronco entero o cortado en trozos pequeños? Justifica tu respuesta
mediante la teoría de las colisiones.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
3. De tu experiencia diaria menciona cuando menos tres ejemplos de reacciones donde se incrementa su
velocidad al variar la temperatura, y da una breve explicación.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
4. Recopila información sobre los aditivos alimentarios, y utilízala para:
a) Describir la relación entre la catálisis química y la conservación de los alimentos.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
b) Encontrar ejemplos de conservantes bacteriostáticos, antioxidantes, estabilizadores, colorantes,
humectantes, neutralizadores y agentes afirmadores, señalando qué función desempeñan, y cuáles son los
códigos con los que se identifican en las etiquetas de los alimentos.
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
Actividad: 5
54 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO
.
Secuencia didáctica 2.
Equilibrio químico y constante de equilibrio.
Inicio
Evaluación
Actividad: 1 Producto: Respuesta breve. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Define conceptos.
Demuestra sus conocimientos
previos en cinética, equilibrio y
reacciones químicas.
Aprecia sus conocimientos
previos.
Autoevaluación
C MC NC
Calificación otorgada por el
docente
Responde lo que conoces cada uno de los siguientes conceptos.
Cinética química
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
Reacción reversible
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Catalizador
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Reacción irreversible
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Equilibrio químico
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Concentración molar
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Reacción endotérmica
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Reacción exotérmica
__________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________
Actividad: 1
55
BLOQUE 2

Desarrollo
Reacciones reversibles e irreversibles.
Hay reacciones químicas en las que los productos resultantes reaccioinan
entre sí para generar sustancias de partida. Estos tipos de reacciones se
denominan reacciones reversibles.
En cambio, hay otras reacciones quíimicas en las que los productos
obtenidos en ellas no tienen tendencia a reaccionar entre sí para generar las
sustancias de que proceden. Estos tipos de reacciones se denominan
reacciones irreversibles.
En las ecuaciones químicas correspondientes a las reacciones reversibles se
emplea una doble flecha que indica el sentido de las dos reacciones, las
cuales se estan llevando a cabo simultaneamente. A la reacción que va de
reactantes a productos se le conoce como reaccion directa, mientras que, a
la que va de productos a reactantes, se le denomina reacción inversa.
Ejemplos:
Las reacciónes de síntesis del amoniaco es una reacción reversible: el hidrógeno (H2) se combina con el nitrógeno
(N2) formándoser amoniaco (NH3), reacción directa, pero éste se descompone regenerando las sustancias de partida,
hidrógeno y nitrógeno, reacción inversa.
La ecuación química correspondiente a esta reacción reversible es:
Un ejemplo cotidiano de reacciones reversibles, lo observamos cuando reacciona un antiácido y el ácido clorhídrico
del jugo gástrico:
Otro ejemplo sería lo observado en las pilas recargables, las que, una vez agotadas pueden ser recargadas
nuevamente haciendo pasar una corriente eléctrica a través de ellas.
Un ejemplo de reacción irreversible sucede en la reacción del cloruro de sodio (NaCl) con el nitrato de plata (AgNO3),
por que los productos de la misma, nitrato de sodio (NaNO3) y cloruro de plata (AgCl), no reaccionan entre sí
regenerando los reactivos de partida, ésta ocurre sólo hacia la derecha.
También observamos una reacción irreversible cuando el peróxido de hidrógeno (H2O2), se aplica en una herida, se
descompone y se forma agua más oxígeno. Las burbujas de oxígenon gaseoso se escapan, lo que impide que
nuevamente se forme H2O2.
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Estados materia cinética gases equilibrio termodinámica

  • 1.
  • 2. 2 PRELIMINARES Esta publicación se terminó de imprimir durante el mes de junio de 2012. Diseñada en Dirección Académica del Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora Blvd. Agustín de Vildósola; Sector Sur. Hermosillo, Sonora, México La edición consta de 2,160 ejemplares. COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE SONORA Director General Mtro. Julio Alfonso Martínez Romero Director Académico Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela Director de Administración y Finanzas C.P. Jesús Urbano Limón Tapia Director de Planeación Ing. Raúl Leonel Durazo Amaya Temas Selectos de Química 1 Módulo de Aprendizaje. Copyright ©, 2011 por Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora todos los derechos reservados. Segunda edición 2012. Impreso en México. DIRECCIÓN ACADÉMICA Departamento de Desarrollo Curricular Blvd. Agustín de Vildósola, Sector Sur Hermosillo, Sonora. México. C.P. 83280 COMISIÓN ELABORADORA: Elaborador: Lyrva Yolanda Almada Ruíz Revisión Disciplinaria: Nydia Gabriela Estrella Corrección de Estilo: Lucía Ordoñez Bravo Supervisión Académica: Mtra. Luz María Grijalva Díaz Diseño: Joaquín Alfredo Rivas Samaniego Edición: Francisco Peralta Varela Coordinación Técnica: Claudia Yolanda Lugo Peñúñuri Diana Irene Valenzuela López Coordinación General: Dr. Manuel Valenzuela Valenzuela
  • 3. 3PRELIMINARES Ubicación Curricular HORAS SEMANALES: 03 CRÉDITOS: 06 DATOS DEL ALUMNO Nombre: _______________________________________________________________ Plantel: __________________________________________________________________ Grupo: _________________ Turno: _____________ Teléfono:___________________ E-mail: _________________________________________________________________ Domicilio: ______________________________________________________________ _______________________________________________________________________ COMPONENTE: FORMACIÓN PROPEDÉUTICA GRUPO: QUÍMICO BIÓLOGO
  • 5. 5PRELIMINARES Presentación .........................................................................................................................................................7 Mapa de asignatura..............................................................................................................................................8 BLOQUE 1: APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES.....................................................................9 Secuencia Didáctica 1: Estados de agregación de la materia y cinética química ...........................................10 • Estados de la materia.................................................................................................................................11 • Teoría cinética - molecular..........................................................................................................................12 • Propiedades de los gases..........................................................................................................................14 • Propiedades de los líquidos.......................................................................................................................16 • Propiedades de los sólidos ........................................................................................................................16 Secuencia Didáctica 2: Leyes de los gases ......................................................................................................18 • Variable de los gases .................................................................................................................................19 • Ley de Boyle................................................................................................................................................21 • Ley de Charles ............................................................................................................................................24 • Ley de Gay-Lussac .....................................................................................................................................37 • Ley general o combinada de los gases .....................................................................................................30 • Ley de las presiones parciales de Dalton ..................................................................................................33 • Ley general de los gases ideales...............................................................................................................33 BLOQUE 2: EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO.....................................39 Secuencia Didáctica 1: Velocidad de reacción y teoría de las colisiones ........................................................40 • Reacciones Químicas.................................................................................................................................42 • Teoría de las colisiones ..............................................................................................................................43 • Velocidad de reacción ................................................................................................................................47 • Factores que afectan la velocidad de reacción.........................................................................................47 Secuencia Didáctica 2: Equilibrio químico y Constante de equilibrio ...............................................................54 • Reacciones reversibles e irreversibles .......................................................................................................55 • Ley de acción de masas.............................................................................................................................56 • Equilibrio químico .......................................................................................................................................58 • Constante de equilibrio...............................................................................................................................59 • Principio de Le Châtelier.............................................................................................................................63 • Factores que modifican el equilibrio químico ............................................................................................63 BLOQUE 3: CUANTIFICA LOS CAMBIOS ENERGÉTICOS DEL ENTORNO..................................................69 Secuencia Didáctica 1: Sistemas termodinámicos............................................................................................70 • Sistemas termodinámicos ..........................................................................................................................71 • Estado del sistema .....................................................................................................................................72 • Proceso termodinámico..............................................................................................................................74 Secuencia Didáctica 2: Aplica las leyes de la termodinámica a procesos industriales, biológicos y Ambientales ........................................................................................................................................................78 • Primera ley de la termodinámica................................................................................................................79 • Energía interna............................................................................................................................................79 • Reacciones exotérmicas y endotérmicas ..................................................................................................81 • Entalpía .......................................................................................................................................................83 • Entalpía de reacción ...................................................................................................................................83 • Entalpía de formación.................................................................................................................................86 • Ley de Hess ................................................................................................................................................89 • Segunda ley de la termodinámica..............................................................................................................92 • Entropía.......................................................................................................................................................92 • Energía libre de Gibbs ................................................................................................................................98 Bibliografía ........................................................................................................................................................104 Índice
  • 7. 7PRELIMINARES “Una competencia es la integración de habilidades, conocimientos y actitudes en un contexto específico”. El enfoque en competencias considera que los conocimientos por sí mismos no son lo más importante, sino el uso que se hace de ellos en situaciones específicas de la vida personal, social y profesional. De este modo, las competencias requieren una base sólida de conocimientos y ciertas habilidades, los cuales se integran para un mismo propósito en un determinado contexto. El presente Módulo de Aprendizaje de la asignatura Temas selectos de Química 1, es una herramienta de suma importancia, que propiciará tu desarrollo como persona visionaria, competente e innovadora, características que se establecen en los objetivos de la Reforma Integral de Educación Media Superior que actualmente se está implementando a nivel nacional. El Módulo de aprendizaje es uno de los apoyos didácticos que el Colegio de Bachilleres te ofrece con la intención de estar acorde a los nuevos tiempos, a las nuevas políticas educativas, además de lo que demandan los escenarios local, nacional e internacional; el módulo se encuentra organizado a través de bloques de aprendizaje y secuencias didácticas. Una secuencia didáctica es un conjunto de actividades, organizadas en tres momentos: Inicio, desarrollo y cierre. En el inicio desarrollarás actividades que te permitirán identificar y recuperar las experiencias, los saberes, las preconcepciones y los conocimientos que ya has adquirido a través de tu formación, mismos que te ayudarán a abordar con facilidad el tema que se presenta en el desarrollo, donde realizarás actividades que introducen nuevos conocimientos dándote la oportunidad de contextualizarlos en situaciones de la vida cotidiana, con la finalidad de que tu aprendizaje sea significativo. Posteriormente se encuentra el momento de cierre de la secuencia didáctica, donde integrarás todos los saberes que realizaste en las actividades de inicio y desarrollo. En todas las actividades de los tres momentos se consideran los saberes conceptuales, procedimentales y actitudinales. De acuerdo a las características y del propósito de las actividades, éstas se desarrollan de forma individual, binas o equipos. Para el desarrollo del trabajo deberás utilizar diversos recursos, desde material bibliográfico, videos, investigación de campo, etc. La retroalimentación de tus conocimientos es de suma importancia, de ahí que se te invita a participar de forma activa, de esta forma aclararás dudas o bien fortalecerás lo aprendido; además en este momento, el docente podrá tener una visión general del logro de los aprendizajes del grupo. Recuerda que la evaluación en el enfoque en competencias es un proceso continuo, que permite recabar evidencias a través de tu trabajo, donde se tomarán en cuenta los tres saberes: el conceptual, procedimental y actitudinal con el propósito de que apoyado por tu maestro mejores el aprendizaje. Es necesario que realices la autoevaluación, este ejercicio permite que valores tu actuación y reconozcas tus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para mejorar tu aprendizaje. Así también, es recomendable la coevaluación, proceso donde de manera conjunta valoran su actuación, con la finalidad de fomentar la participación, reflexión y crítica ante situaciones de sus aprendizajes, promoviendo las actitudes de responsabilidad e integración del grupo. Nuestra sociedad necesita individuos a nivel medio superior con conocimientos, habilidades, actitudes y valores, que les permitan integrarse y desarrollarse de manera satisfactoria en el mundo social, profesional y laboral. Para que contribuyas en ello, es indispensable que asumas una nueva visión y actitud en cuanto a tu rol, es decir, de ser receptor de contenidos, ahora construirás tu propio conocimiento a través de la problematización y contextualización de los mismos, situación que te permitirá: Aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a ser y aprender a vivir juntos. Presentación
  • 8. 8 PRELIMINARES Temas Selectos de Química 1 Bloque 1. Aplica el modelo cinetico molecular para comprender los diferentes estados de la materia y las leyes de los gases. Secuencia didactica 1. Estados de agregación de la materia y Cinética Química. Secuencia didactica 2. Leyes de los gases.. Bloque 2. Explica la velocidad de reacción y el equilibrio químico. Secuencia didactica 1. Velocidad de Reacción y Teoría de las colisiones. Secuencia didactica 2. Equilibrio químico y constante de equilibrio. Bloque 3. Cuantifica los cambios energéticos del entorno. Secuencia didactica 1. Sistemas Termodinámicos. Secuencia didactica 2. Aplica las leyes de la termodinámica a procesos industriales, biológicos y ambientales.
  • 9. Aplica el modelo cinético molecular para comprender los diferentes estados de la materia y las leyes de los gases. Competencias profesionales: 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 2. Aplica la metodología apropiada en la realización de proyectos interdisciplinarios atendiendo problemas relacionados con las ciencias experimentales. 3. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica. 4. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos. 5. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo. 6. Analiza la composición, cambios e interdependencia entre la materia y la energía en los fenómenos naturales, para el uso racional de los recursos de su entorno. Unidad de competencia: Aplica los postulados del modelo cinético molecular, para observar el comportamiento de los estados de agregación de la materia identificando las características de los gases, del estado líquido y sólido de la misma, mediante un análisis descriptivo, en situaciones experimentales y/o de consulta bibliográfica o documental, destacando su importancia en el mundo natural que lo rodea con una postura crítica y responsable. Atributos a desarrollar en el bloque: 1.1 Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. 1.6 Administra los recursos disponibles teniendo en cuenta las restricciones para el logro de sus metas. 3.3 Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas. 4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue. 4.5 Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas. 5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. 5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. 5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento. 7.3 Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana. 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo. Tiempo asignado: 16 horas
  • 10. 10 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Secuencia didáctica 1. Estados de agregación de la materia y cinética química. Inicio Evaluación Actividad: 1 Producto: Tabla de identificación. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica los estados de agregación de la materia. Diferencia los estados de agregación de la materia. Selecciona con exactitud. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Estados de la materia Analiza cada uno de los materiales, y coloca una X en el recuadro que corresponda al estado de agregación en el que se presenta. Materiales Sólido Líquido Gaseoso Aire Humo Leche Papel Piedra Sudor Vidrio Vinagre Actividad: 1
  • 11. 11BLOQUE 1 Desarrollo Estados de la materia. Como se recordará el estudio principal de la Química es la materia y esta se encuentra en todos los objetos familiares, en el hogar, en la escuela, en el cine, en la tiendita, entre otros. La materia existe en tres estados de agregación ¿Cuáles son, los recuerdas?: Sólido, líquido y gaseoso, que dependen de la presión y de la temperatura a la que se encuentran sometidos. Estado sólido Manteniendo constante la presión, a baja temperatura, los cuerpos se presentan en forma sólida y los átomos se encuentran entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente duros y resistentes. En el estado sólido la fuerza de cohesión de las moléculas hace que éstas estén muy próximas unas de otros con escaso margen de movimiento entre ellas. Estado líquido Un líquido es una sustancia que está formada por moléculas que están muy unidas entre sí, por lo que no pueden acercarse más; sin embargo, se desplazan constantemente unas sobre otras, haciendo que éste cambie de forma. De esta manera decimos que los líquidos son fluidos, porque no poseen una forma única, sino que cuando la energía en forma de calor aumenta, la estructura estable del estado sólido se rompe, adaptándose al envase donde esté contenido. En el estado líquido la fuerza de cohesión de las moléculas es menor lo cual permite mayor libertad de movimiento entre ellas. Estado gaseoso En el estado gaseoso la fuerza de cohesión de las moléculas es muy pequeña, prácticamente nula, lo cual permite que éstas se muevan libremente y en todas direcciones, distribuyéndose en el espacio disponible. Como el espacio es amplio, las interacciones entre partículas son muy reducidas, interactuando poco, por lo que se considera a estas moléculas como cuerpos libres. La forma en que están organizados los diferentes átomos o moléculas, hace que la sustancia no adopte una forma ni volumen definido, sin embargo, es posible comprimirlos. En conclusión: el estado físico de la materia depende de lo cerca o lejos que estén las moléculas que la forman. En este bloque nos dedicaremos a estudiar este comportamiento de los sólidos, líquidos y gases para encontrar una explicación al mismo. ¿Sabías que… El Hielo seco (CO2 sólido) se utiliza en las producciones de cine o teatro para los efectos especiales.
  • 12. 12 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Teoría cinética-molecular. La teoría cinética-molecular trata de explicar el comportamiento y propiedades de los gases, en base a dos aspectos: La fuerza entre las partículas de la materia y, la energía que poseen esas partículas que aplicándola a la materia gaseosa se obtienen los siguientes postulados: 1. Los gases están compuestos por moléculas. La distancia entre éstas es muy grande si la comparamos con su tamaño y su volumen total sólo es una pequeña fracción de todo el espacio que ocupa el gas. Por tanto, al considerar el volumen de un gas, estamos tomando en cuenta en primer lugar un espacio vacío en ese volumen. Este postulado explica el porqué de la alta comprensibilidad y la baja densidad de los gases. 2. No existen fuerzas de atracción entre las partículas que forman un gas. Esto es lo que evita que un gas se convierta en líquido de manera espontánea. 3. Las moléculas de un gas se mueven constantemente al azar, lo que ocasiona frecuentes colisiones entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene en una manera perfectamente aleatoria, muy al estilo de un pequeño “carro chocón” en un parque de diversiones. Esta suposición explica por qué razón los diferentes gases normalmente se mezclan por completo. Las colisiones entre las moléculas de gas y las paredes del recipiente son las responsables de la presión que ejerce el gas. Como resultado de este movimiento, las partículas poseen una energía cinética. 4. Los choques entre las moléculas son completamente elásticos. Es decir, como los carros chocones, las moléculas de un gas no se dañan con las colisiones sino que continúan su movimiento y chocan una y otra vez. Como resultado, el sistema como un todo no experimenta ninguna pérdida de energía cinética, la energía que se origina del movimiento de una partícula. 5. La energía cinética promedio por molécula de un gas es proporcional a la temperatura absoluta (grados Kelvin), y la energía cinética promedio por molécula de todos los gases es igual a la misma temperatura. La velocidad a la que se mueven las moléculas de un gas aumenta al incrementar la temperatura y disminuye cuando ésta baja. En equipo de 4 integrantes y a partir de la lectura de la teoría cinética-molecular, diseñen un dibujo (sin texto) para cada uno de los cinco postulados, el cual utilizarán para explicar claramente cada uno de ellos. Comparte con el grupo tus conclusiones y retroalimenten. Actividad: 2
  • 13. 13BLOQUE 1 Evaluación Actividad: 2 Producto: Esquemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Describe los postulados de la teoría cinética. Expresa conceptos por medio de esquemas. Expone y colabora con el grupo, presentando sus aportaciones relacionadas con la teoría cinética. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Actividad: 2 (continuación)
  • 14. 14 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Propiedades de los gases. Con base en las investigaciones derivadas de los postulados de la teoría cinética de los gases, se han llegado a determinar sus propiedades, siendo las principales: Expansión: Los gases se expanden en forma indefinida y uniforme para llenar todo el espacio en el que se encuentran. Ejemplo cuando se hornea un pastel los gases se expanden por toda la cocina. Forma o volumen indefinido: Los gases no tienen forma ni volumen definido, pero puede ocupar el recipiente que lo contiene. Compresibilidad: Debido a que existe una gran distancia de espacio vacío entre las partículas de un gas, éstos se pueden comprimir en gran medida, la compresión junta a las moléculas, disminuyendo el espacio que las separa reduciendo su volumen cuando aumenta la presión a la que se encuentran sujetos. Baja densidad: La densidad de los gases es aproximadamente una milésima de la densidad de la misma sustancia en estado líquido o sólido. Por tanto en el sistema métrico, las densidades de los gases se miden en g/l en lugar de g/ml, como se hace con los sólidos y líquidos. Miscibilidad o difusión: Todos los gases se pueden mezclar entre sí en cualquier proporción, en una forma uniforme cuando se ponen en contacto. Ejemplo, cuando un cuarto se llena de aire, somos capaces de respirar en cualquiera de sus áreas en todo momento, debido a que los gases que están en el aire se mezclan. Características de los gases En equipo y utilizando el material que se sugiere a continuación, diseñen una práctica de laboratorio aplicando el método científico, donde expliquen, cada una de las características de los gases (Expansión, difusión, compresión y densidad). Material:  Un globo  Una jeringa  Una vela aromática  Una botella de plástico  Hielo Actividad: 3
  • 15. 15BLOQUE 1 Evaluación Actividad: 3 Producto: Diseño de experimento. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica las características de los gases. Diseña una actividad experimental, aplicando el método científico. Participa activamente con sus compañeros de equipo. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Actividad: 3 (continuación)
  • 16. 16 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Propiedades de los líquidos. En los líquidos, las moléculas se encuentran más próximas, ejercen alguna fuerza de atracción o de repulsión entre sí, y no son perfectamente elásticas. El resultado son las siguientes seis características generales de los líquidos: 1. Expansión limitada. Los líquidos no se expanden infinitamente como los gases. 2. Forma. Los líquidos no tienen una forma característica y toman la del recipiente que los contiene. 3. Volumen. Los líquidos conservan su volumen sin importar el tamaño del recipiente que lo contiene. 4. Comprensibilidad. Los líquidos sólo son ligeramente comprensibles cuando ocurre algún cambio de temperatura o presión. Esta falta de comprensibilidad es evidente en el fluído de frenos del sistema hidráulico de frenado de un automóvil. Si el fluido se pudiera comprimir en forma considerable, la presión aplicada sobre el pedal comprimiría el fluído y el automóvil no se detendría. En lugar de eso, la presión de su pie se transfiere a través del fluido de frenos en el sistema hasta el tambor de frenado. 5. Alta densidad. Los líquidos tienen densidades mucho mayores que la de los gases. Por esa razón el químico mide la densidad de un gas en g/L, y la de los líquidos en g/ml. Por ejemplo el agua en estado líquido a 100°C y 760 torr tiene una densidad de .0958 g/ml, pero el agua en estado gaseoso bajo las mismas condiciones tiene una densidad de solo .598 g/L (.000598 g/ml). Así el agua líquida es más densa que el vapor de agua por un factor de 1600 veces. 6. Miscibilidad. Las moléculas de un líquido, como las moléculas de gas, se encuentran en movimiento constante. A diferencia de las moléculas de un gas, una molécula en un líquido puede moverse sólo a una corta distancia antes de chocar con otra molécula, reduciendo su movimiento. Por tanto, un líquido se mezcla con otro líquido en el cual es soluble, pero esta miscibilidad es mucho más lenta en los líquidos que en los gases, como es evidente si usted trata de mezclar miel y agua. Propiedades de los sólidos. Ahora que entendemos algo acerca de la formación y el comportamiento de los gases y de los líquidos, podremos hacer algunas predicciones acerca de los sólidos. Los sólidos tienen partículas que se encuentran mucho más cercanas entre sí que las partículas de los líquidos. Las partículas de los sólidos también son objeto de fuerzas de atracción fuertes entre ellas. Por último, al igual que los gases y líquidos, los sólidos tienen seis características generales que derivan de la teoría cinética: 1. No expansión. (A temperatura constante). Al igual que los líquidos, los sólidos no presentan una expansión infinita como los gases, aunque el agua, cuando se congela, se expande ligeramente. 2. Forma. Los sólidos tienen por lo regular una forma definida. Son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas. Así, ellos no toman la forma del recipiente que los contiene. 3. Volumen. Los sólidos conservan su volumen al igual que los líquidos. 4. Compresibilidad. Los sólidos son prácticamente incompresibles, ya que sus partículas están muy cercanas entre sí debido a sus intensas fuerzas de atracción. 5. Alta densidad. Los sólidos, al igual que los líquidos, tienen densidades relativamente altas. 6. Miscibilidad. Los sólidos se mezclan o se difunden con mucha lentitud, excepto a presiones extremas. Las partículas en los sólidos tienen posiciones esencialmente permanentes debido a las fuerzas de atracción que hay entre ellas. Por lo tanto, el movimiento de las partículas de un sólido es por lo regular muy lento.
  • 17. 17BLOQUE 1 Cierre Evaluación Actividad: 4 Producto: Cuadro comparativo. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Distingue las propiedades de los sólidos, líquidos y gases. Compara las diferencias o similitudes que existen en las propiedades de los estados de la materia. Valora la importancia de conocer y diferenciar las propiedades de cada uno de los estados de la materia y su aplicación. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Considerando los estados de la materia: sólido, líquido y gas, elabora un cuadro comparativo donde se muestren las propiedades de cada uno de los estados. Sólidos Líquidos Gases Expansión Forma Volumen Comprensibilidad Densidad Miscibilidad o difusión Actividad: 4
  • 18. 18 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Secuencia didáctica 2. Leyes de los gases. Inicio Evaluación Actividad: 1 Producto: Cuestionario. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica y relaciona las variables. Temperatura, presión y volumen. Distingue las unidades y analiza las diferentes variables. Asume la importancia de sus conocimientos previos. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Resuelve las siguientes cuestiones: 1. Identifica las unidades siguientes, y relaciónalas con las variables presentadas: °F, litros, atm, cm3 , mm Hg, Kg, °C, ml, gr. - Presión ______________________________________________________________________________________ - Temperatura __________________________________________________________________________________ - Volumen _____________________________________________________________________________________ - Masa ________________________________________________________________________________________ 2. ¿Por qué se eleva un globo aerostático? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 3. ¿Qué pasaría con una pelota si se deja mucho tiempo expuesto al sol? ¿Qué relación tiene la presión y la temperatura en este fenómeno? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Actividad: 1
  • 19. 19BLOQUE 1 Desarrollo Variables de los gases. Para poder comprender las leyes que rigen los cambios en los gases es muy importante conocer las variables fundamentales en las que se puede medir un gas: presión, temperatura y volumen. Éstas son dependientes entre sí. Presión (P). Se define como la fuerza aplicada en un área determinada (P= F/V). El impacto de las moléculas sobre las paredes del recipiente que contiene el gas es lo que origina la presión. A mayor frecuencia de las colisiones, mayor presión del gas. A menor frecuencia de Las colisiones, menor presión del gas. Ejemplo: La presión sanguínea es la fuerza que ejerce el corazón sobre toda la superficie por la que circula la sangre. Las unidades de medida de la presión son: Pascal (Pa) (Nw/m2 ); atmósferas (atm); milímetros de mercurio (mm Hg); Torricelli (Torr) que van hacer las más utilizadas en los cálculos matemático. Sus equivalencias son: 1 atm = 760 mm Hg 1 atm = 1.013 x 105 Pa 1 atm = 760 Torr Temperatura (T). Se define como la magnitud que determina el nivel energético provocado por el movimiento de los átomos, debido a que éstos se encuentran en movimiento constante en mayor o menor grado. Existen diferentes escalas de temperatura, como los grados Celsius o centígrados y los grados Fahrenheit que son los más usuales. Después, Lord Kelvin estableció el concepto de cero absoluto para la temperatura en el momento en que cesa el movimiento térmico. Aunque en la práctica no se puede lograr el cero absoluto, se utiliza la escala Kelvin para determinar la Temperatura absoluta, y sus equivalencias son: °K = °C + 273 °F = 1.8 °C + 32 °C = (°F-32)/1.8 Volumen (V). Es la medida del espacio en tres dimensiones ocupado por un cuerpo y depende del recipiente que contenga el gas, se mide en litros (L) o mililitros (ml), y sus equivalentes metro cúbico (M3 ) y centímetro cubico (cm3 ) respectivamente. Sus equivalencias son: 1 L= 1000 ml Condiciones estándar o normales El conjunto de presión y temperatura escogidas como estándar para especificar el volumen de un gas son 0°C ó 273°K y 760 mm de Hg; en forma abreviada. TPE (temperatura y presión estándar) o TPN (temperatura y presión normales) Lord Kelvin
  • 20. 20 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Evaluación Actividad: 2 Producto: Conversiones. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica las variables de los gases y sus equivalencias. Practica la conversión de unidades. Valora las equivalencias para realizar cálculos en las leyes de los gases. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente En equipo de tres integrantes realiza las siguientes conversiones: 1. 25°C a °F______________________________ 2. -145.4°C a °K ___________________________ 3. 1,250 mm Hg a atm______________________ 4. 3.4 atm a mm Hg________________________ 5. 900 ml a litros___________________________ 6. 2.45litros a ml___________________________ 7. 550 torr a mm Hg________________________ 8. 2.5 atm a torr ___________________________ Actividad: 2
  • 21. 21BLOQUE 1 Ley de Boyle. Esta ley nos permite relacionar la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante. La ley de Boyle (conocida también como de Boyle y Mariotte) establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Lo cual significa que: El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión que se le aplica: En otras palabras: Si la presión aumenta, el volumen disminuye. Si la presión disminuye, el volumen aumenta. Esto nos conduce a que, si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor. Lo cual significa que el producto de la presión por el volumen es constante. Matemáticamente esto es: Para aclarar el concepto: Se tiene un cierto volumen de gas (V1) que se encuentra a una presión P1. Si se varía la presión a P2, el volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se cumplirá: Aplicando la fórmula en un ejemplo práctico: Tenemos 4 L de un gas que están a 600 mm Hg de presión. ¿Cuál será su volumen si aumentamos la presión hasta 800 mm Hg? La temperatura es constante, no varía. Solución: Como los datos de presión están ambos en milímetros de mercurio (mm Hg) no es necesario hacer la conversión a atmósferas (atm). Si sólo uno de ellos estuviera en mm Hg y el otro en atm, habría que dejar los dos en atm. Aclarado esto, sustituimos los valores en la ecuación: P1V1 = P2V2. Se pone a la izquierda el miembro con la incógnita Se despeja V2: Respuesta: Si se aumenta la presión hasta 800 mm Hg el volumen disminuye hasta llegar a los 3 L.
  • 22. 22 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES   En equipo, resuelve cada uno de los siguientes problemas aplicando la Ley de Boyle. 1. Una masa de oxígeno ocupa 5L bajo presión de 740 Torr. Calcúlese el volumen de la misma masa de gas a presión estándar (760 mm Hg) manteniendo la temperatura constante. 2. Diez litros de hidrogeno a 1 atmósfera de presión están contenidos en un cilindro que tiene un pistón móvil. El pistón se mueve hasta que la misma masa de gas ocupa 2 litros a la misma temperatura encuentre la presión en el cilindro. 3. Un gas que pesa 5 g Ocupa un volumen de 4L y se encuentra sometido a una presión de 0.76 atm. ¿Cuál será el volumen que ocupa en litros, si lo sometemos al doble de la presión mencionada, si se mantiene la temperatura constante. Actividad: 3
  • 23. 23BLOQUE 1 Evaluación Actividad: 3 Producto: Solución de problemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Comprende la ley de Boyle. Efectúa cálculos y aplica la ley de Boyle Resuelve el ejercicio con seguridad. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente 4. Una masa de gas ocupa un volumen de 550L a la presión atmosférica. ¿Qué presión se debe ejercer sobre ella para que ésta quede contenida en un tanque de 20L? 5. 12 L bajo presión de 860 torr. Calcula el volumen de la misma masa de gas a presión estándar (760 mm de Hg). Actividad: 3 (continuación)
  • 24. 24 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Ley de Charles. Mediante esta ley se relaciona la temperatura y el volumen de un gas. Textualmente, la ley afirma que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas, cuando se mantiene la presión constante. En otras palabras: Si se aumenta la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta. Si se disminuye la temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye. Como lo descubrió Charles, si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen (V) y la temperatura (T) siempre tiene el mismo valor (K) (es constante). Matemáticamente esto se expresa en la fórmula Ejemplificando: Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una temperatura T1. Si aumentamos la temperatura a T2 el volumen del gas aumentará hasta V2, y se cumplirá que: Veamos un ejemplo práctico y sencillo: Un gas cuya temperatura llega a 25° C tiene un volumen de 2.5 L. Para experimentar, se disminuye la temperatura a 10° C ¿Cuál será su nuevo volumen? Solución: El primer paso es recordar que en todas estas fórmulas referidas a la temperatura hay que usar siempre la escala Kelvin. Por lo tanto, lo primero es expresar la temperatura en grados Kelvin: T1 = (25 + 273) K= 298 K T2 = (10 + 273) K= 283 K Se sustituyen los datos en la ecuación: Se despeja V2: Respuesta: Sí se disminuye la temperatura hasta los 10º C (283º K) el nuevo volumen del gas será 2.37 L.
  • 25. 25BLOQUE 1 En equipo, resuelve los siguientes problemas aplicando la Ley de Charles. 1. Una muestra de gas tiene un volumen de 250 ml a 50°C. ¿Cuál será el volumen a 0°C, si su presión permanece constante? 2. Una masa de neón ocupa 200 cm3 a 100 °C. Encuentre el volumen a 0°C, manteniendo a presión constante. 3. ¿Cuál será el volumen de una muestra de gas a 27°C, si su volumen es de 400 ml a 0°C y presión permanece constante? Actividad: 4
  • 26. 26 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES   Evaluación Actividad: 4 Producto: Resolución de problemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica la Ley de Charles. Aplica los conocimientos en la resolución de cálculos. Con eficiencia realiza el ejercicio en equipo. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente 4. Una muestra de gas ocupa 185 ml a 10°C y 750 mm Hg. ¿Qué volumen en ml ocupará el gas a 20°C y 750 mm Hg? 5. El volumen de un gas es 200 ml a 30°C. ¿A qué temperatura ocuparía el volumen de 260 ml, suponiendo que la presión permanece constante? Actividad: 4 (continuación)
  • 27. 27BLOQUE 1 Ley de Gay-Lussac. Esta ley establece la relación entre la presión (P) y la temperatura (T) de un gas cuando el volumen (V) se mantiene constante, y dice textualmente: La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura. Esto significa que: Si se aumenta la temperatura, aumentará la presión. Si se disminuye la temperatura, disminuirá la presión. Si lo llevamos al plano matemático, esto queda demostrado con la siguiente ecuación: Llevemos esto a la práctica y supongamos que tenemos un gas, cuyo volumen (V) no varía, a una presión P1 y a una temperatura T1. Para experimentar, variamos la temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y tendrá que cumplirse la siguiente ecuación: Debemos recordar, además, que esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta, y tal como en la Ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en grados Kelvin. Veamos un ejemplo: Tenemos un cierto volumen de un gas bajo una presión de 970 mm Hg cuando su temperatura es de 25° C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mm Hg? Solución: Lo primero se debe convertir los 25º C a grados Kelvin: T1 = (25 + 273) K= 298 K Después se sustituyen los datos en la ecuación: Se despeja T2: Respuesta: La temperatura debe bajar hasta los 233.5º Kelvin. Si convertimos éstos grados en grados Celsius hacemos: 233.5 − 273 = −39.5 °C.  
  • 28. 28 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES En equipo de cuatro integrantes, realicen y discutan los siguientes ejercicios, aplicando la Ley de Gay-Lussac: 1. ¿Cuál será la presión de un gas a 85°C, sabiendo que a 25°C es de 625 mm Hg? 2. Un tanque de acero contiene dióxido de carbono a 27°C y una presión de 12 atm. Calcúlese la presión interna del gas, cuando el tanque y su contenido se calientan a 100°C. 3. Una llanta de automóvil se encuentra inflada a 28 atm y tiene una temperatura de 15 °C. Si después de recorrer una distancia de 500 Km, el medidor de presión marca 32 atm. ¿A qué temperatura en °C se encontrará? Actividad: 5
  • 29. 29BLOQUE 1 Evaluación Actividad: 5 Producto: Resolución de problemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Reconoce la ley de Gay-Lussac. Soluciona problemas aplicando la ley de Gay Lussac. Muestra una actitud positiva al trabajar en equipo. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente   4. En un bulbo cerrado de vidrio, se puso helio (He) a 750 mm Hg y 27°C. El bulbo se rodeó de hielo seco hasta bajar la temperatura a -73°C. ¿Qué presión estaría ejerciendo el helio? 5. Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mm Hg cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mm Hg? Actividad: 5 (continuación)
  • 30. 30 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Ley general o combinada de los gases. Las tres leyes vistas, permiten calcular únicamente una de las tres variables de los gases cuando se modifica otra, siempre y cuando permanezca constante la tercera, estas leyes sirven solo para gases ideales, en la realidad ¿Qué ocurre cuando a un gas se le modifica la temperatura, y el volumen del mismo no puede permanecer constante, debido a que las paredes del recipiente no son rígidas, por ejemplo en un globo de hule? ¿Cómo cambia la presión, volumen o temperatura de un gas si se aumenta o disminuye la presión? Estas preguntas no pueden ser contestadas mediante ninguna de las leyes por separado, pero si estas leyes se combinan, se llega a una expresión denominada Ley combinada de los gases. Ley de Boyle: Ley de Charles: Ley de Gay Lussac: Juntando las leyes queda: Ley combinada de los gases: Donde: (P1 V1T1) son las condiciones iniciales de presión, volumen o temperatura. (P2 V2 T2) son las condiciones finales de presión, temperatura o volumen. A partir de la ley combinada, podemos calcular la forma cómo cambia la presión, volumen o temperatura si se conocen las condiciones iniciales (P1 V1T1) y se conocen dos de las condiciones finales, es decir, dos de las tres cantidades (P2 V2 T2). Esta ley combinada de los gases, sólo se aplica cuando el comportamiento de los gases reales se asemeja al de un gas ideal. Bajo ciertas condiciones de temperatura y/o presión, las propiedades de la mayoría de los gases reales se desvían por completo de las de un gas ideal. Para estos casos se han desarrollado otras ecuaciones; pero en este módulo vamos a considerar para propósitos prácticos, que los gases reales por lo general se comportan como gases ideales. Ejemplo: Un cierto gas ocupa 500ml a 760 mm Hg y 0°C. ¿Qué volumen en mililitros ocupará a 10 atm y 100°C? Solución: Como los datos de presión están uno en milímetros de mercurio (mm Hg), y el otro en atmósferas, es necesario hacer la conversión en atmósferas (atm), para trabajar las dos presiones en atmósferas y las temperaturas se deben convertir en grados Kelvin. Glosario: Gases ideales: Gases que se ajustan a la teoría cinética; están compuestos por moléculas que no tienen fuerzas de atracción entre sí y se encuentran en movimiento rápido y constante, chocando unas con otras en una forma perfectamente elástica, y tiene una energía cinética promedio proporcional a la temperatura absoluta.
  • 31. 31BLOQUE 1 Aclarado esto, sustituimos los valores en la ecuación: Datos: Fórmula V1= 500 ml T1= 0°C + 273 = 273°K P1= 760 mm Hg = 1atm V2=? T2= 100°C + 273= 373°K P2= 10 atm Se despeja V2 V2= (1atm)(500ml)(373°K) = 68.3 ml (273°K)(10atm) Respuesta: V2= 68.3 ml En equipo, realicen y discutan los siguientes ejercicios, aplicando la ley combinada de los gases: 1. En las condiciones de laboratorio (10°C y 585 mm Hg), se quiere cambiar 10 litros de un gas a un recipiente de 12 litros. Si el gas debe estar a una temperatura máxima de 40°C. ¿A qué presión se someterá el recipiente? 2. Un gas ocupa 500 ml a 30°C y 720 mm Hg. ¿Cuál será su volumen en las condiciones estándar (0°C, 760 mm Hg)? Actividad: 6
  • 32. 32 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Evaluación Actividad: 6 Producto: Resolución de problemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Relaciona la ley combinada de los gases. Aplica la ley combinada de los gases en la resolución de problemas. Participa activamente con sus compañeros de equipo. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente   3. Un volumen de 100 ml de un gas en condiciones normales de temperatura y presión (1 atm y 0°C), si queremos que ocupe el volumen de litro a la presión de 590 mm Hg. ¿A qué temperatura en °C debemos someterlo? 4. En un balón elástico se recogieron 21.5 ml de un gas a 17°C 760 mm Hg, al día siguiente se encontró que el volumen de 22.1 ml y la presión se mantenía a 740 mm Hg. ¿Cuál era la temperatura del laboratorio? Actividad: 6 (continuación)
  • 33. 33BLOQUE 1 Ley de las presiones parciales de Dalton. Hasta ahora hemos analizado las relaciones entre la presión, temperatura y volumen de una muestra de una sola sustancia gaseosa. La mayor parte de las situaciones de la vida real involucran mezclas de gases. Por ejemplo el aire que respiramos, es una mezcla de muchos gases, como también la emisión de gases de un automóvil. Si se requiere trabajar con presiones, volúmenes y temperaturas de mezclas de gases, John Dalton, en 1801 declaró la Ley de las presiones parciales de Dalton, esta ley establece que “Cada uno de los gases presentes en una mezcla de gases ejerce una presión parcial igual a la presión que ejercería como único gas presente en el mismo volumen”. Entonces, la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de todos los gases. Por ejemplo, si en un recipiente tenemos una mezcla de gases de Hidrógeno y Helio, la presión del hidrógeno es 2.9 atm y la presión del helio de 7.2 atm, tendremos que la presión total es de 10.1 atm. La Ley de Dalton se expresa matemáticamente como: Ptotal= P1 + P2 + P3 · · · Donde P1, P2 y P3 son las presiones parciales de los gases individuales que están en la mezcla. Ejemplo: Un matraz de un litro que esta a 27°C contiene una mezcla de tres gases, A, B y C, que tienen presiones parciales de 2.5, 6.3 y 4.2 atm respectivamente. Calcula la presión total en atmósferas de la mezcla. Solución: Se determina la presión total de la mezcla, sumando las presiones individuales de cada gas. Formula: Ptotal= P1 + P2 + P3 Sustitución: Ptotal= 2.5 atm + 6.3 atm + 4.2 atm Respuesta: Ptotal= 13 atm Ley General de los gases ideales. Utilizando una nueva ecuación, la ecuación del gas ideal, no solo podemos variar la temperatura, la presión y el volumen sino también la masa del gas. Su expresión matemática es: P V = n R T
  • 34. 34 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES Donde P es presión (atm), V es volumen (L), n es la cantidad de moles del gas y T es temperatura (°K) y R es la constante universal de los gases. El valor de la constante universal de los gases, R, se puede calcular partiendo del hecho experimental de que 1mol de gas (n=1) a condiciones normales de temperatura y presión [0°C (273°K) y 1atm], ocupan un volumen de 22.4L. Despejando R de la ecuación de los gases ideales y sustituyendo los valores de: n, P, V y T queda: R = 1atm X 22.4L 1mol X 273°K Constante universal de los gases: R= 0.08205786 atm. L mol °K Ejemplo: ¿Cuál será la presión ejercida por 2 moles de oxígeno a una temperatura de 30 ° C y u7n volumen de 70 litros? Solución: Datos Fórmula Despejando Sustituyendo P=? n= 2mol P V = n R T P= n R T P= (2mol) (0.08205786 atm/mol.°K) (303°K) T= 30°C = 303°K V 70 L V= 70 L Resultado: P=0.71 atm Aplicación de la ley de los gases ideales La importancia de la ley de los gases ideales, es que de ella se pueden derivar características de cada uno de los gases, como son la densidad y la masa molar. Para aplicar esta ley debemos analizar lo siguiente: El número de moles es igual a los gramos (gr) sobre la masa molar (M): n = gr/M Si se sustituye el valor de n en la ecuación quedaría: P V = gr/M (R T) De esta fórmula se pueden derivar dos aplicaciones importantes, la densidad y la masa molar del gas. La densidad de un gas está dada por la relación de su masa (gr) sobre su volumen (V): d=gr/V Utilizando la ecuación anterior y despejando masa sobre volumen queda la fórmula para calcular la densidad: d= PM RT Ejemplo: 1. Calcula la densidad del diborano (B2H6), a 40°C y 1.81atm. Datos Fórmula Sustitución d= T= 40°C = 313°K d= PM d= (1.81 atm) (28 gr/mol) =1.97 gr/L P= 1.81atm RT (0.08205786 atm.L/mol.°K) (313°K) M de B2H6= 28gr/mo
  • 35. 35BLOQUE 1 Cierre Resuelve los siguientes problemas sobre la aplicación de las diferentes Leyes de los gases. 1. En el envase de cualquier aerosol podemos leer que no debemos arrojarlo al fuego ni aun vacío. ¿Por qué el fabricante está obligado a hacer esa advertencia? ¿En qué ley de los gases te basarías para explicar la advertencia? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. La ley de Boyle establece que la presión y el volumen de un sistema gaseoso son inversamente proporcionales. Según esto, si aumentamos el volumen de un gas al doble, ¿Qué le ocurre a la presión del mismo? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3. ¿Qué presión ejercen 0.613 de hidrógeno (H2), a la temperatura de 42 °C y 0.250 atm? 4. En un recipiente de 1L a 2 atm de presión y 300°K de temperatura, hay 2.6 gr de un gas. ¿Cuál es la masa molecular del gas? Actividad: 7
  • 36. 36 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES 5. Se introducen 3.5 gr de nitrógeno (N2), en un recipiente de 1.5 L. Si la temperatura del sistema es de 22°C, ¿Cuál es la presión del recipiente? Si calentamos el gas hasta 45°C, ¿Cuál será la nueva presión si el volumen no varía? 6. Las sales de nitrato (NO3) al calentarse producen nitritos (NO2) y oxígeno (O2), una muestra de nitrato de potasio se calienta de manera que el gas O2 producido se recolecta en un matraz de 750 ml. La presión de este gas en el matraz es de 2.8 atm y la temperatura de 53.6°C. ¿Cuántas moles de O2 se han producido? Actividad: 7 (continuación)
  • 37. 37BLOQUE 1 Evaluación Actividad: 7 Producto: Solución de problemas. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica, las diferentes leyes de los gases. Elige la ley de los gases que debe aplicarse para la solución de los diferentes problemas. Comparte con entusiasmo sus conocimientos con sus compañeros de equipo. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente 7. Calcula la densidad del SO2 a 40°C y 750 mm Hg de presión. 8. Calcula el peso del O2 contenido en 21 litros de oxigeno medido sobre agua a 25°C y 740mm Hg. La presión de vapor del agua a 25°C es de 24 mm Hg. Actividad: 7 (continuación)
  • 38. 38 APLICA EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR PARA COMPRENDER LOS DIFERENTES ESTADOS DE LA MATERIA Y LAS LEYES DE LOS GASES
  • 39. Tiempo asignado: 16 horas Explica la velocidad de reacción y el equilibrio químico. Competencias disciplinares extendidas 1. Valora de forma crítica y responsable los beneficios y riesgos que trae consigo el desarrollo de la ciencia y la aplicación de la tecnología en un contexto histórico-social, para dar solución a problemas. 2. Evalúa las implicaciones del uso de la ciencia y la tecnología, así como los fenómenos relacionados con el origen, continuidad y transformación de la naturaleza para establecer acciones a fin de preservarlas en todas sus manifestaciones. 3. Utiliza herramientas y equipos especializados en la búsqueda, selección, análisis y síntesis para la divulgación de la información científica que contribuya a su formación académica. 4. Confronta las ideas preconcebidas acerca de los fenómenos naturales con el conocimiento científico para explicar y adquirir nuevos conocimientos. 5. Valorar el papel fundamental del ser humano como agente modificador de su medio natural proponiendo alternativas que responda a las necesidades del hombre y la sociedad, cuidando el entorno. 6. Resuelve problemas establecidos o reales de su entorno, utilizando las ciencias experimentales para la comprensión y mejora del mismo. 7. Aplica normas de seguridad para disminuir riesgos y daños a sí mismo y a la naturaleza, en el uso y manejo de sustancias, instrumentos y equipos en cualquier contexto. Unidad de competencia: Expresa la velocidad de reacción de los procesos químicos en función de la teoría de las colisiones de los diversos factores que la modifican, realizando procesos experimentales para medir la velocidad de una reacción química generada en el medio natural o a nivel de laboratorio, así como la explicación del equilibrio químico al comprender la reversibilidad de las reacciones químicas, la ley de acción de masas y el principio de Le Châtelier, aplicando ejemplos cotidianos e hipotéticos. Atributos a desarrollar en el bloque: 1.1 Enfrenta las dificultades que se le presentan y es consciente de sus valores, fortalezas y debilidades. 1.5 Asume las consecuencias de sus comportamientos y decisiones. 3.3 Cultiva relaciones interpersonales que contribuyen a su desarrollo humano y el de quienes lo rodean. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, matemáticas o gráficas. 4.2 Aplica distintas estrategias comunicativas según quienes sean sus interlocutores, el contexto en el que se encuentra y los objetivos que persigue. 4.3 Identifica las ideas claves en un texto o discurso oral e infiere conclusiones a partir de ellas. 4.5 Maneja las tecnologías de la información y la comunicación para obtener información y expresar ideas. 5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. 5.5 Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas. 5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 6.4 Estructura ideas y argumentos de manera clara, coherente y sintética. 7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimiento. 7.3 Articula saberes de diversos campos y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana. 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.
  • 40. 40 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Secuencia didáctica 1. Velocidad de reacción y teoría de las colisiones. Inicio Resuelve los siguientes cuestionamientos 1. Define qué es una reacción química. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. Tomando en cuenta la siguiente reacción química, identifica sus partes y responde lo siguiente: a) ______________________este compuesto(s) corresponde al reactivo(s) de la reacción. b) ______________________este compuesto(s) corresponde al producto(s) de la reacción. c) El 2 que acompaña al HgO se le conoce como_____________________________________________________ d) Las letras s, l y g, que se encuentra después de cada formula, ¿qué nos indica? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3. Explica, ¿cómo medirías la velocidad de una reacción? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 1
  • 41. 41 BLOQUE 2 Evaluación Actividad: 1 Producto: Cuestionario. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica una reacción química, sus componentes, la velocidad de reacción y los factores que la modifican. Distingue los componentes de una reacción química, así como los factores que modifican la velocidad de reacción. Valora la importancia de los conocimientos previos, en relación a una reacción química. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente _______________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4. Menciona los factores que consideres modifican la velocidad de una reacción. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 1 (continuación)
  • 42. 42 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Desarrollo Reacciones químicas. Los cambios químicos ocurren cuando existe una transformación de la materia, tanto en su composición como en su estructura; estos cambios se llevan a cabo mediante reacciones químicas. En la actualidad, la mayoría de los productos o artículos que adquirimos o consumimos, requieren para su elaboración de procesos químicos; sólo bastaría con investigar cómo fueron elaborados o procesados algunos productos de uso diario (artículos de limpieza, alimentos, bebidas, medicinas, etc.) para comprobar que todos ellos son el resultado de una serie de reacciones químicas, o bien, reflexionar sobre la infinidad de procesos que ocurren a nuestro alrededor (el crecimiento del ser humano, de las plantas y animales, la oxidación de los metales, la combustión de la madera, etc.) y que, por su cotidianidad, se ven como hechos comunes sin que meditemos que son productos, también de procesos muy complicados. Debido a la gran contaminación que enfrentamos actualmente, los químicos se han dado a la tarea de obtener nuevos productos que sean menos dañinos para el ambiente, motivo por el cual se han elaborado materiales biodegradables que antes no existían, también han logrado reciclar ciertos materiales como plásticos, vidrio, papel, etc., evitando con ello: por un lado; el empleo de nuevos recursos naturales para su elaboración y, por otro; la acumulación excesiva de éstos como desechos. Como podemos observar, es importante el conocimiento de las reacciones químicas para poder controlarlas y hacer que las sustancias se conviertan en otras que satisfagan nuestras necesidades, intentando siempre utilizarlas en beneficio del hombre, reduciendo y previniendo el deterioro de nuestro ambiente. Una ecuación química es la representación esquemática de una reacción química, mediante fórmulas y símbolos. Ejemplo: a) Reactivos o Reactantes: Son las sustancias que reaccionan. Están colocadas antes de la flecha. b) Productos: Son las sustancias que se forman. Están colocadas después de la flecha. La flecha separa reactivos de productos. Se lee "produce". Un triángulo sobre la flecha significa "calor". Los reactivos deben calentarse para que la reacción se efectúe. c) Coeficientes: Son los números colocados antes de cada sustancia. Indican el número de moles que reaccionan de cada reactivo y el número de moles que se forman de cada producto. d) Subíndices: Indican el número de átomos en una molécula. Algunas veces, la ecuación muestra el estado físico de las sustancias que participan, indicando una letra minúscula entre paréntesis, después de cada sustancia: Sólido (s), líquido (l), gas (g) y acuoso (ac). Teoría de las colisiones.
  • 43. 43 BLOQUE 2 Uno de los modelos que explican cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, propuesta por Max Trautz y William Lewis en 1916 y 1918. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen, pero solamente una cierta fracción del total de colisiones tiene la energía para conectarse efectivamente y causar transformaciones de los reactivos en productos. Puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso, para que tenga lugar una reacción química, los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes: - Primera condición: Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos. Según esta condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación. Al analizar los cambios en energía potencial y en energía cinética que experimentan un par de moléculas al chocar en la fase gaseosa encontramos los siguientes factores: 1. Según las moléculas se aproximen una a la otra, empiezan a sentir la repulsión entre las nubes electrónicas y entonces la rapidez de movimiento disminuye, reduciendo la energía cinética y aumentando la energía potencial debido a la repulsión. Si las moléculas inicialmente no se están moviendo rápidamente cuando entran en esta colisión, las moléculas se detendrán y se invertirá la dirección de movimiento antes de que ocurra una compenetración considerable de las nubes electrónicas. Así que las moléculas con energía cinética baja al acercarse rebotan sin llegar a reaccionar. 2. Por otra parte, si las moléculas que se mueven rápidamente pueden vencer las fuerzas de repulsión y penetrar las nubes electrónicas y formar nuevos enlaces y así formar productos. Al compenetrarse las nubes electrónicas aumenta considerablemente la energía potencial del sistema. Así que un choque será efectivo si las moléculas que chocan tienen una rapidez relativa alta. 3. Al formarse los productos y estos, separarse, la energía potencial disminuye, aumentando la rapidez de separación de los mismos. Cuanto mayor la energía de activación, más lenta es la reacción porque aumenta la dificultad para que el proceso suceda. Cuanto menor la energía de activación, menor la barrera de energía, más colisiones efectivas y por tanto una reacción más rápida. - Segunda condición: Que el choque se verifique con una orientación geométrica adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable. Veamos los dos modelos de colisiones para la formación de dos moléculas de Hl:
  • 44. 44 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . La teoría de las colisiones está íntimamente relacionada a la cinética química. Los átomos de las moléculas de los reactivos están siempre en movimiento, generando muchas colisiones (choques). Parte de estas colisiones aumentan la velocidad de reacción química. Cuantos más choques con energía y geometría adecuada exista, mayor la velocidad de la reacción. De lo anterior, se puede concluir que la teoría de las colisiones establece lo siguiente: “La velocidad de una reacción es directamente proporcional al número de choques efectivos que se dan entre las sustancias reaccionantes”. En equipo de 4 integrantes y en base a la información anterior sobre la teoría de las colisiones realiza lo que se te pide, y al finalizar comparte tu trabajo con el resto del grupo. 1. Dibuja un esquema donde expliques con detalles en qué consiste la teoría de las colisiones. Actividad: 2
  • 45. 45 BLOQUE 2 Evaluación Actividad: 2 Producto: Esquema. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Describe la teoría de las colisiones, y la energía de activación. Analiza e ilustra la teoría de las colisiones, las colisiones efectivas y la energía de activación. Reflexiona sobre la importancia de la teoría de las colisiones para que se lleve a cabo una reacción. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente 2. Explica cómo se da una colisión efectiva. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ 3. ¿En qué consiste la energía de activación? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Actividad: 2 (continuación)
  • 46. 46 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Evaluación Actividad: 3 Producto: Experimento. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Reconoce la velocidad de reacción. Realiza actividad experimental, para observar la velocidad de una reacción. Toma conciencia de la importancia del desarrollo experimental. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Para definir el concepto de velocidad de reacción, realiza el siguiente experimento. Utiliza una tableta de Alka-Seltzer®, que está compuesta de ácido cítrico y bicarbonato de sodio (reactantes). Estos dos compuestos, no reaccionan espontáneamente entre sí. Cuando colocamos la tableta en agua, se inicia la efervescencia, que se debe a la reacción entre el bicarbonato de sodio y el ácido cítrico, como producto de esta reacción química, se forma: bióxido de carbono, citrato de sodio y agua Procedimiento: 1. Prepara un vaso con una pequeña cantidad de agua. 2. Prepara un reloj segundero o un cronómetro, para medir el tiempo. 3. Deposita la tableta de Alka-Seltzer® en el interior del vaso. 4. Tomar el tiempo desde el momento en que se deposita la tableta, hasta el momento en que se desaparece. 5. Observar y anotar el tiempo. Resuelve las siguientes preguntas: a) ¿Cuánto tiempo tardó en desaparecer la tableta? __________________________________________________ b) ¿Qué tiempo es el que medimos?, ¿la desaparición de reactantes o la aparición de productos? __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ c) Define la velocidad de reacción a partir de estos datos. __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Actividad: 3
  • 47. 47 BLOQUE 2 Velocidad de reacción. En la vida real puede ser importante conocer a qué velocidad se lleva a cabo una reacción. El tiempo en que se tarda en hornear unas galletas con chispas de chocolate depende de la velocidad con que el polvo de hornear (bicarbonato o carbonato ácido de sodio) se descompone a 350°F: La velocidad de reacción es la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactivos. Una explosión es un ejemplo de una reacción rápida, la formación de petróleo a partir de la materia orgánica descompuesta es un ejemplo de una reacción lenta. Para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles por segundo (mol/s). Existen diversas maneras de medir en el laboratorio la velocidad de reacción, pueden ser observando un cambio de color, la obtención de un precipitado, variación en la conductividad eléctrica, entre otros. Factores que afectan la velocidad de reacción. A través de la experimentación, los químicos han determinado que la velocidad de una reacción depende de diferentes factores: 1. La naturaleza química de los reactivos 2. La concentración de los reactivos 3. El grado de subdivisión de los reaccionantes 4. La temperatura de la reacción 5. La presión 6. La presencia de catalizadores La naturaleza química de los reactivos La naturaleza de los reaccionantes no es un factor cinético en sí, sino un factor termodinámico que está relacionado con la estructura misma de la sustancia y con su tendencia a reaccionar. Una sustancia tiene una naturaleza propia que no puede ser alterada o manipulada por un experimentador para que la reacción sea más rápida o más lenta, depende del grado de ionización de la sustancia y de su estructura atómica, en base a esto se deduce que:  Reacciones entre iones en disolución son rápidas.  Reacciones de compuestos covalentes suelen ser lentas.  Reacciones homogéneas entre líquidos o gases son rápidas.  Reacciones entre sólidos son lentas.  Reacciones heterogéneas, la velocidad aumenta al aumentar la superficie de contacto entre los reactivos. Concentración de los reactivos Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones, aumentando así los choques eficases.
  • 48. 48 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Por ejemplo, en la reacción: La velocidad es directamente proporcional a la concentración de N2O5; esto quiere decir que si se duplica la concentración de los reactivos la velocidad de la reacción aumentará al doble, y que si la concentración se triplica, la velocidad también se triplicará. Grado de subdivisión de los reaccionantes El grado de subdivisión de un material está relacionado con su área superficial; mientras más dividido se encuentre un material, mayor será el área de superficie expuesta, este factor es importante en una reacción debido a que al aumentar el grado de subdivisión de un reactivo, aumenta también la rapidez de la reacción química, porque el área superficial es mayor y puede reaccionar al mismo tiempo. Ejemplo: un dado de hierro que se sumerge en un ácido sólo reaccionará por la zona expuesta al ácido, es decir por el exterior. Si partimos ese dado en dos tendremos ahora una nueva superficie a exponer y si seguimos partiendo los trozos tendremos cada vez más superficie que se puede exponer al ácido y por tanto aumentaremos la velocidad de reacción. Por tanto también podemos afirmar que las reacciones serán más rápidas en estado líquido y más aún en estado sólido. Temperatura de la reacción Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las moléculas y su energía, por lo que no sólo aumenta las probabilidades de choque, al moverse más rápido, sino que estos choques serán más energéticos y por tanto más eficaces. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de aumento en la temperatura, la velocidad se duplica. Esto explica que para evitar la putrefacción de los alimentos los metemos en la nevera o en el congelador y por el contrario, si queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una cazuela puesta al fuego. Presión Sólo afecta si los reactivos o los productos son gases. Las sustancias gaseosas tienden a ocupar el volumen total del recipiente que los contiene, al aumentar la presión disminuye el volumen, por lo tanto las moléculas se aproximan más, por lo que se incrementa la frecuencia de choques o colisiones, trayendo por lo tanto una mayor velocidad de reacción. Una disminución en la presión, aumenta el volumen, separando las moléculas, ocasionando que disminuyan las colisiones, por lo tanto una disminución en la velocidad de reacción.
  • 49. 49 BLOQUE 2 Presencia de un catalizador en una reacción Un catalizador es una sustancia que modifica la rapidez de una reacción química sin que ella misma se consuma en el proceso o sufra algún cambio químico. Esta variación de velocidad se debe a que los catalizadores hacen que la reacción vaya por un camino que necesita menos energía. Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir, cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la reacción. Existen dos tipos de catalizadores: - Catalizadores positivos: Que aceleran la rapidez de una reacción. - Catalizadores negativos: Que disminuyen la rapidez de una reacción. La utilización de catalizadores en nuestra vida diaria es muy amplia, como podemos verlo en los siguientes ejemplos: Uno de los catalizadores más importantes de la naturaleza es la clorofila, durante el proceso de fotosíntesis; también las diferentes enzimas que se utilizan en la digestión de los alimentos, como la ptialina en la saliva que cataliza la ruptura de moléculas grandes. En la industria los catalizador que se utilizan para reducir las emisiones tóxicas de los vehículos y reducir el problema de la contaminación ambiental. Estos catalizadores están provistos en su interior de unas pequeñas esferas recubiertas de metal que puede ser paladio o platino y que actúan como sustancias catalizadoras. También las enzimas que son catalizadores se utilizan en la industria alimentaría como en la elaboración de vinagre con alcoholes producido por un microbio vivo (Acetobacter aceti), la fermentación alcohólica, la adición de una enzima para eliminar la lactosa, en la producción de productos deslactosados, entre otros.
  • 50. 50 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Cierre En equipo realicen los siguientes experimentos y resuelvan lo que se indica en cada caso. Factores que afectan la velocidad de reacción Objetivo: Observar cómo influyen la temperatura, la naturaleza química de los reactivos, la concentración, el tamaño de la partícula y la presencia de un catlizador en la velocidad de reacción. Material y reactivos: 4 vasos de precipitados de 20 ml 1 Termómetro 1 probeta de 10 ml Un cronometro 2 jeringas de 10 ml Alka-Seltzer® Agua Vinagre (CH3COOH) Agua oxígenada (H2O2) Dioxido de manganeso (MnO2) Procedimiento: La reacción que se observará en los siguientes experimentos es la reacción del bicarbonato presente en la tableta de Alka-Seltzer® con agua para formar acido carbónico,que se descompone en: Efecto de la temperatura: - Corte la tableta de Alka-Seltzer® a la mitad. - En un vaso de precipitado coloque la mitad de la tableta de Alka-Seltzer® y en otro coloque la otra mitad. - Caliente en un vaso de precipitado, aproximadamente 10 ml de agua a unos 80°C, y en otro coloque 10 ml de agua fría (a unos 10°C). - Succione con una jeringa 5 ml de agua caliente y con la otra jeringa succione 5 ml de agua fría. - Agregue al mismo tiempo, a cada uno de los vasos que contiene el Alka-Seltzer®, el agua caliente en uno y el agua fría en el otro. - Con el cronómetro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido. - Anote el tiempo de cada reacción. Efecto de la naturaleza química de los reactivos: - Prepare dos vasos que contengan una mitad de Alka-Seltzer® cada uno. - Agregue con una jeringa al mismo tiempo 5 ml de agua a una mitad de la tableta y 5 ml de vinagre a la otra mitad. - Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido. - Anote sus resultados. Actividad: 4
  • 51. 51 BLOQUE 2 Efecto de la concentración de uno de los reactivos: - Coloca en un vaso de precipitado la mitad de la tableta de Alka-Seltzer®, y en otro vaso una tableta completa. - Agrega 10 ml de agua a cada uno al mismo tiempo. - Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido. - Anote sus observaciones. Efecto del tamaño de partícula: - Prepare, dos vasos que contengan una mitad de Alka-Seltzer® cada uno, en uno coloca la mitad completa y en el otro vaso coloque la mitad de la tableta pulverizada. - En cada vaso agregue con una jeringa al mismo tiempo 5ml de agua. - Con el cronometro mida el tiempo que tarda en disolverse el sólido. - Anota tus resultados. Efecto de la presencia de un catalizador: Se observará la descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia y ausencia de un catalizador: - En dos vasos de precipitado, coloque en cada uno 3ml de agua oxigenada comercial. - En uno de ellos coloque una pastilla de bióxido de manganeso (MnO2) y observe lo que sucede. (En caso de no tener pastillas, utilice directamente una pequeña cantidad de MnO2 en polvo). - Cuando termine la reacción, retire la pastilla de MnO2 y devuélvala al profesor. Cuestionario: 1. En la parte experimental del efecto de la temperatura, ¿cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido y porque? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. Explica cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental del efecto de la naturaleza de los reactivos y por qué. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 4 (continuación)
  • 52. 52 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Evaluación Actividad: 4 Producto: Experimentos. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Reconoce los factores que afectan la velocidad de reacción. Compara la velocidad de reacción al modificar los factores que la afectan. Pone en práctica los conocimientos adquiridos. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente 3. Explique cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental del efecto de la concentración de uno de los reactivos y por qué. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4. Explique cuál de las dos reacciones se llevó a cabo más rápido en la parte experimental del efecto del tamaño de la partícula y por qué. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 5. ¿Cuál es la reacción que se lleva a cabo en la parte experimental del efecto de un catalizador? ¿Por qué? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 4 (continuación)
  • 53. 53 BLOQUE 2 Evaluación Actividad: 5 Producto: Cuestionario. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Identifica ejemplos cotidianos donde se muestra la velocidad de reacción. Distingue los cambios en la velocidad de reacción en distintos fenómenos cotidianos. Resuelve con seguridad cada uno de los cuestionamientos. Coevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Con base a lo revisado en esta secuencia, y mediante a una consulta bibliográfica resuelve lo que se solicita a continuación. 1. Busca ejemplos de situaciones cotidianas donde se pueda apreciar la velocidad de reacción. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2. ¿Qué arde más rápidamente, un tronco entero o cortado en trozos pequeños? Justifica tu respuesta mediante la teoría de las colisiones. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3. De tu experiencia diaria menciona cuando menos tres ejemplos de reacciones donde se incrementa su velocidad al variar la temperatura, y da una breve explicación. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4. Recopila información sobre los aditivos alimentarios, y utilízala para: a) Describir la relación entre la catálisis química y la conservación de los alimentos. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ b) Encontrar ejemplos de conservantes bacteriostáticos, antioxidantes, estabilizadores, colorantes, humectantes, neutralizadores y agentes afirmadores, señalando qué función desempeñan, y cuáles son los códigos con los que se identifican en las etiquetas de los alimentos. _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ Actividad: 5
  • 54. 54 EXPLICA LA VELOCIDAD DE REACCIÓN Y EL EQUILIBRIO QUÍMICO . Secuencia didáctica 2. Equilibrio químico y constante de equilibrio. Inicio Evaluación Actividad: 1 Producto: Respuesta breve. Puntaje: Saberes Conceptual Procedimental Actitudinal Define conceptos. Demuestra sus conocimientos previos en cinética, equilibrio y reacciones químicas. Aprecia sus conocimientos previos. Autoevaluación C MC NC Calificación otorgada por el docente Responde lo que conoces cada uno de los siguientes conceptos. Cinética química _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Reacción reversible __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Catalizador __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Reacción irreversible __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Equilibrio químico __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Concentración molar __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Reacción endotérmica __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Reacción exotérmica __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ Actividad: 1
  • 55. 55 BLOQUE 2  Desarrollo Reacciones reversibles e irreversibles. Hay reacciones químicas en las que los productos resultantes reaccioinan entre sí para generar sustancias de partida. Estos tipos de reacciones se denominan reacciones reversibles. En cambio, hay otras reacciones quíimicas en las que los productos obtenidos en ellas no tienen tendencia a reaccionar entre sí para generar las sustancias de que proceden. Estos tipos de reacciones se denominan reacciones irreversibles. En las ecuaciones químicas correspondientes a las reacciones reversibles se emplea una doble flecha que indica el sentido de las dos reacciones, las cuales se estan llevando a cabo simultaneamente. A la reacción que va de reactantes a productos se le conoce como reaccion directa, mientras que, a la que va de productos a reactantes, se le denomina reacción inversa. Ejemplos: Las reacciónes de síntesis del amoniaco es una reacción reversible: el hidrógeno (H2) se combina con el nitrógeno (N2) formándoser amoniaco (NH3), reacción directa, pero éste se descompone regenerando las sustancias de partida, hidrógeno y nitrógeno, reacción inversa. La ecuación química correspondiente a esta reacción reversible es: Un ejemplo cotidiano de reacciones reversibles, lo observamos cuando reacciona un antiácido y el ácido clorhídrico del jugo gástrico: Otro ejemplo sería lo observado en las pilas recargables, las que, una vez agotadas pueden ser recargadas nuevamente haciendo pasar una corriente eléctrica a través de ellas. Un ejemplo de reacción irreversible sucede en la reacción del cloruro de sodio (NaCl) con el nitrato de plata (AgNO3), por que los productos de la misma, nitrato de sodio (NaNO3) y cloruro de plata (AgCl), no reaccionan entre sí regenerando los reactivos de partida, ésta ocurre sólo hacia la derecha. También observamos una reacción irreversible cuando el peróxido de hidrógeno (H2O2), se aplica en una herida, se descompone y se forma agua más oxígeno. Las burbujas de oxígenon gaseoso se escapan, lo que impide que nuevamente se forme H2O2.