UNIVERSIDAD DE LA SABANAFACULTAD DE INGENIERIA

INFORME LABORATORIO IIISOLIDOS, LIQUIDOS Y GASES

INTEGRANTES:

German Buitrago

Manuela Jiménez

Sebastián Alborta

FECHA REALIZACIÓN: 28 de Noviembre del 2015

FECHA ENTREGA: 2 de Noviembre del 2015

RESUMEN

En el presente trabajo se observó y analizo las propiedades físicas de las partículas

que componen los sólidos, líquidos y gases. Estos tres estados de la materia presentan, en

sus partículas, diferentes características que se relaciona con las fuerzas intermoleculares

existentes en cada uno de estos estados. De esta manera se realizaron dos experiencias en

los cuales se pudo ver y reconocer algunas de las propiedades físicas de las sustancias en

diferentes estados de la materia y como estas influyen en el cambio de estado y la forma en

la que están compuestas las sustancias.

La primera experiencia se basó en observar y evaluar las diferentes presionas de un

sistema y como estas lo afectan. Para esto se realizó el siguiente procedimiento: En una

botella llena de agua se introdujo un gotero que tenía 1/3 de su capacidad llena con agua.

Posteriormente se tapó la botella con una estructura formada por un tapón que tenía

introducido una manguera, la cual estaba conectada a una jeringa. Finalmente se debía

presionar ligeramente el embolo de la jeringa y se observaba que pasaba con el gotero

introducido en la botella.

La segunda experiencia se basó en observar y analizar los cambios de estado de la

materia y cuáles son las variables que lo afectan. En esta ocasión se concentró en el proceso

de sublimación, el cual es el cambio de estado de solido a gas. Para esto se dividió la

experiencia en dos partes: La primera consistía en colocar un pedazo de hielo seco en un

envase de plástico, al cual se le había atado previamente un cordel; para luego ver lo que

pasa al introducir agua caliente el envase y elevarlo por medio del cordel. La segunda parte

consistió en adicionar hielo seco y un poco de agua caliente a un globo y luego amarrarlo.

De esta manera se puede ver como el globo se comienza a inflar por sí solo, por lo tanto,

también, se inflo un globo de forma normal para comparar los resultados.

OBJETIVO GENERAL

Reconocer algunas de las propiedades Físicas de las sustancias en sus diferentes estados de la materia

FUNDAMENTO TEORICO

La materia es todo lo que tiene una masa y ocupa un lugar en el espacio. Esta se

presenta en el mundo en tres estados físicos o estados de agregación diferentes: Liquido,

gaseoso y sólido. Estos estados existen dadas diferentes condiciones que tienen relación

con la temperatura, la presión y las fuerzas intermoleculares que presentan las partículas de

esta. Por lo que en el presente trabajo se va a analizar y a estudiar las propiedades de

cada uno de los estados de la matera, al igual que, las variables que intervienen en los

cambios de estado.

Los tres estados de la materia tienen diferentes propiedades, las cuales están

relacionadas con las fuerzas intermoleculares que representan cada uno de ellos. Estas son

fuerzas de atracción y repulsión de las moléculas, que determinan tanto propiedades

químicas como físicas.

El estado sólido de la materia se caracteriza por:

Dilatarse y contraerse con el cambio de temperatura. Tener estructuras cristalinas, lo cual indica que la distribución periódica de

las partículas en los sólidos está limitada por caras planas paralelas. Tener fuerzas de atracción intermolecular muy altas, lo cual hace que:

- Las partículas que componen este tipo de sustancias ocupen posiciones

casi fijas - Tengan un movimiento reducido a simples vibraciones. - Las partículas se dispongan de una manera ordenada que - Su volumen y forma se mantengan constantes.- No se puedan comprimir. - Las partículas tienen una mayor colisión entre ellas, por lo que ejercen

una mayor presión.

El estado líquido de la materia se caracteriza por:

Dilatarse y contraerse con el cambio de temperatura Tener fuerzas de atracción intermolecular menores que los sólidos pero mayor que

los gases, lo cual hace que:- Tengan un volumen constante pero una forma variable que se adapte a su

recipiente.

- Las posiciones de sus partículas no son rígidas, por lo que se pueden

mover con mayor libertad. - Las partículas tiene menos colisiones entre ellas que en el estado

gaseoso, por lo que su presión es menor.- Tienen propiedades de fluidez y viscosidad.- Son poco comprensibles.

El estado gaseoso de la materia se caracteriza por:

Dilatarse y contraerse con el cambio de temperatura. Formado por un número reducido de partículas pequeñas, si se toma en

relación con la distancia de separación de cada una de ellas. Existe una gran variación de volumen que experimente al cambiar las

condiciones de temperatura y presió. La fuerza de atracción intermolecular es muy débil, lo cual causa que:

- La sustancia no tenga forma ni volumen fijo.- El gas adopta la forma y tamaño del lugar que ocupa.- Es comprimible.- Se difunde y tiende a mezclarse con facilidad.- Las partículas tiene menos colisiones entre ellas, por lo que su presión

es menor - Sus partículas se mueven con mayor libertad y al azar.- Las distancias entre las partículas son muy grandes.

La materia se encuentra compuesta por partículas las cuales permanecen en

constante movimiento, según la teoría cinética molecular. En esta teoría se indica que las

partículas que componen la materia actúan de manera independiente la una de la otra, es

decir que tienen su propia energía y velocidad que causa que estas se encuentren en

constante movimiento en cualquier estado de la materia. Este estado de movimiento

depende directamente de la temperatura a la que se encuentra la sustancia, puesto que

cuando se aumenta la temperatura se caliente la sustancia y hace que las partículas se

muevan con una mayor velocidad y por lo tanto adquieren una energía cinética mayor.

Este incremento de la energía cinética de las partículas causa que la materia cambie

de estado. Un cambio de estado es cuando a una sustancia con una temperatura y presión

determinada se le cambia una de estas dos variables, haciendo que esta pase de un estado de

la materia; física, solido, líquido y gaseosa; a otra.

Existen seis cambios de los estados los cuales son:

- Fusión: cambio de estado de solido a liquido- Solidificación: cambio de estado de líquido a sólido.- Condensación: cambio de estado de gaseoso a liquido- Vaporización: cambio de estado de líquido a gaseoso (ebullición y

evaporación).- Sublimación: cambio de estado de solido a gaseoso- Sublimación inversa: cambio de estado de gaseoso a sólido.

La temperatura a la que ocurre los cambio de estado, la fusión o la

vaporización de una sustancia es un valor constante e independiente de la cantidad

1.0 Esquema sobre el comportamiento de las partículas en los tres estados de la materia

de la sustancia (masa), puesto que según la ley de la conservación de la materia esta

no se crea ni se destruye solo se transforma. A estas temperaturas se las denomina

punto de fusión y punto de ebullición y se los puede caracterizar como propiedades

de la materia. De esta manera a los puntos de ebullición y fusión se los puede

graficar y ubicar en las gráficas de curvas enfriamiento o calentamiento.

Ejemplo de una gráfica de curva de calentamiento.

En el momento en el que se da un cambio de estado se produce energía en

forma de calor, denominado cantidad de calor. Para calcular esta energía se toma en

cuenta la masa de la sustancia y el calor latente (constante a la que ocurre el cambio

de materia de cada sustancia). No se toma en cuenta la temperatura a la que ocurre

esta porque esta permanece constante. De esta manera se desarrolló una ecuación

para calcular el calor producido en el cambio de estado, el cual es:

Q=m×L

En donde Q es la cantidad de calor cuantificada en cal, kcal, J o kJ; m la masa

cuantificada en kg o g y L el calor latente.

Por otro lado, también se puede producir energía en forma de calor con un

aumento de temperatura sin que cambie el estado de la materia de esta. En este caso

se va a dar un cambio de temperatura hasta que esta llegue a un equilibrio final. A

este tipo de calor se lo denomina capacidad calórica, al cual para calcular este calor

producido se toma en cuenta la masa, la variación de temperatura y una contante

denominada calor específico; como se puede ver en la siguiente ecuación.

q=m×c×∆T

Donde q es la capacidad calórica cuantificada en cal, kcal, J o kJ; m la masa

cuantificada en kg o g; ∆T la variación de temperatura medida en K o C y c el

calor especifico de la sustancia.

Además de la temperatura la presión también influye en los cambios de

estado, en espacial de los gases, ya que un cambio de presión hace que las partículas

que componen una sustancia se separen (disminución de presión) o se unan

(aumento de presion) más haciendo que estas ganen o pierdan velocidad y por

consiguiente energía en forma de calor, lo cual hace que se dé un cambio de estado.

Para calcular la presión a la que se da este cambio se desarrolló la siguiente

ecuación:

lnP1P2

=∆hvapR

×T 1−T 2T 1×T 2

En donde P1 es presión inicial, P2 es presión final, R es la constante de los gases,

T1 es temperatura inicial, T2 es temperatura final y ∆hvap es la entalpia de

vaporización.

EXPERIENCIA I

Método experimental

a. Materiales Botella de 1.5 L Manguera plástica de 3mm de diámetro interno Jeringa plástica de 20cm3 Tapón de caucho horadado para botella de plástico. Gotero de plástico

b. Reactivos Agua

c. Procedimiento

1. Llenar la botella de plástico con agua hasta que esta alcance el borde de la botella.2. Llenar con agua 1/3 de la capacidad del gotero.3. Tapar el gotero e introducirlo invertido dentro de la botella de manera que este flote.4. Conectar un lado de la manguera con la jeringa.5. Introducir y conectar el otro lado de la manguera con el tapón de caucho.6. Posicionar el embolo de la jeringa aproximadamente a la mitad de su recorrido.7. Tapar la botella con una estructura previamente hecha del tapón del caucho.8. Presionar ligeramente el embolo y observar que ocurre con el gotero.

A continuación se muestre un esquema del sistema de la experiencia I para un mayor entendimiento del procedimiento.

Experiencia 1.

Resultados

1.3 Procedimiento1.2 Procedimiento1.1 Procedimiento

Al presionar la jeringa el gotero descendía hasta el fondo de la botella. Sin embargo cuandose jalaba el embolo de la jeringa el gotero subía otra vez y se quedaba flotando en la parte superior de la botella.

EXPERIENCIA II

Parte 1.

Método experimental

a. Materiales

Tarro de plástico Cordel Alfiler

b. Reactivos Agua Hielo seco (CO2)

c. Procedimiento

1. Con el alfiler hacer dos agujeros, en lados opuestos en el tarro de plástico, cerca delfondo de este.

2. Atar el cordel a la parte superior del tarro de plástico.3. Colocar en pedazo de hielo seco dentro del tarro de plástico.4. Añadir agua caliente a tapar el tarro de plástico. 5. Elevar el tarro de plástico, utilizando el cordel.

A continuación se muestre un esquema del sistema de la parte 1 de la experiencia II para unmayor entendimiento del procedimiento.

Parte 1 de la experiencia 2.

Resultados

Parte 2.

Método experimental

2.1 Procedimiento: se agregó agua caliente 2.2 Procedimiento: el hielo seco comenzó a evaporarse

2.4 Procedimiento: El vapor comenzó a salir con más rapidez por los huecos.

2.3 Procedimiento: se agregó agua caliente tapo el tarro de plástico

a. Materiales Globos Embudo

b. Reactivos Agua Hielo seco (CO2)

c. Procedimiento

1. Adicionar pedazos de hielo seco a un globo, utilizando un embudo.2. Añadir al globo con hielo seco un poco de agua caliente. 3. Amarrar y cerrar el globo.4. Observar como el globo empieza a inflarse por sí solo.5. Inflar otro globo de manera normal.6. Comparar ambos globos.

Resultados

El globo inflado con Hielo seco (CO2) tiene un tamaño más pequeño y más pesado

DISCUSIÓN

En la experiencia I se pudo observar como el gotero se movía gracias a los cambios

de presión que generaba el aumento y la sustracción de agua en la botella producida por la

jeringa. Cuando aumenta el agua en la botella el gotero descendía, ya que aumentaba la

densidad de la botella, haciendo que el ambiente en el que se encontraba el gotero sea más

denso y este al ser un objeto menos denso se iba para abajo y como consecuencia la presión

3.1 Procedimiento: el globo negro fue inflado con el hielo seco y el globo amarillo fue inflado de manera normal

general de todo el sistema aumentaba. Se puede decir que aumentaba la densidad de la

botella por un aumento de agua, ya que este representa aumento de masa y en si u aumento

de partículas en un sistema que tiene un volumen constante, lo cual hace que las partículas

que lo componen tengan un menor espacio y libertad de movimiento, lo cual hace que la

densidad aumente. En cambio en el momento en el que se sustraía agua de la botella, se le

estaba sustrayendo partículas al sistema, por lo que las partículas que restaban en la botella

tenían más espacio y libertad de movimiento, haciendo que la presión disminuya y que el

gotero suba hacia el punto menos denso del sistema, es decir la parte superior del sistema.

Por otro lado de la experiencia II se pudo observar dos fenómenos. El primero es el

proceso de cambio de estado, por medio de la sublimación del hielo seco. El segundo la

disminución de la presión por medio del cambio del volumen.

Al hielo seco de lo puede describir como CO2 en su estado sólido, al cual se lo

encuentra en temperaturas muy bajas. Es por esto que en el momento en el que se le coloco,

en ambos casos de la experiencia II, agua al hielo seco se dio un aumento de temperatura y

por consiguiente se dio un cambio de estado de solido a gaseoso en segundos

(sublimación).

En el caso de la primera parte de la experiencia se pudo ver que en el momento en el

que se tapó la botella y se la alzo por medio del cordel el gas de CO2 transformado

comenzó a salir con gran rapidez y fuerza por los huecos previamente hechos. Esto se debe

a que al subir la botella se redujo la presión de afuera de esta y por consiguiente el gas de

adentro de la botella con el objetivo de reducir la presión hasta estar igual que la de afuera

busco expandir su volumen para que así sus partículas se puedan mover en un mayor

espacio y con mas libertad, haciendo que la presión disminuya. Como la botella se

encontraba cerrada, el único medio por el que el gas podía aumentar su volumen era

saliendo por uno de los dos huecos, este comenzó a salir con una rapidez y fuerza muy alta

hasta que pudo alcanzar la presión de afuera del ambiente.

En el caso de la segunda parte de la experiencia, el globo comenzó a inflarse por si

solo, porque, el gas transformado del hielo seco, basándose en las propiedades del estado

gaseoso, ocupo todo el volumen del contenedor en el que estaba (el globo). Luego gracias a

que la forma y el volumen del globo el moldeable el gas siguieron expandiéndose con el

objetivo de disminuir la presión en la que se encontraba en un principio.

Finalmente al comparar los dos globos se pudo ver que el globo inflado por

nosotros mismo era más liviano y se demoraba más en caer al piso, por lo que se puede

decir que el CO2 del hielo seco es mucho más denso que el CO2 producido por nosotros,

al tener este mas masa.

CONCLUCIONES

Cuando la masa aumenta y el volumen se mantiene constante; la presión del sistema va a incrementar.

Cuando se disminuye el espacio y la libertad de movimiento de las partículas en una sustancia, la presión de esta aumenta.

Mientras más concentrado está el gas más presión va a tener. Un sistema siempre va a encontrar una forma de liberar presión de sus sustancias,

por medio del cambio de volumen. El CO2 puro (hielo seco) es más denso que el CO2 producido por un ser humanos,

al tener este mas materia. Mientras más presión exista en un objeto más cercano se va a encontrar este de la

superficie de la tierra. El proceso de sublimación es un cambio de estado entre solido a gas que se puede

dar en segundos con un aumento muy grande de la temperatura.

CUESTIONARIO

Experiencia I

1. Explique en términos de densidad, cómo varía la masa del tubo con respecto a la botella.Como el volumen del tubo es constante, la densidad por ende aumentara. La densidad aumenta al igual que su presión.

2. Explique en términos de Boyle, los cambios de presión y volumen.Cuando existe menor volumen se va a genera más presión, por lo tanto en el experimento se evidencia esta ley. En el experimento se puede evidenciar esta ley enel momento que se disminuye el volumen y por ende la presión aumentara.

3. Cuando se presionan las paredes de la botella por su parte exterior, la presión se transmite a todo el sistema ¿Con qué nombre se conoce este fenómeno?Este fenómeno es conocido como el principio de Pascal.

4. ¿Qué similitud puede haber entre este experimento y el funcionamiento de un submarino?El principio es muy parecido pues el submarino para hundirse y luego volver a salir a la superficie utiliza aire y agua. Cuando se va a hundir utiliza el peso del agua y para volver a salir libera el agua con grandes presiones de aire.

Experiencia II

1. En términos de equilibrio sólido-gas, cómo explica lo ocurrido.El hielo seco tiene un punto de fusión muy bajo y por lo tanto en el momento que seagregó una temperatura mayor al sistema este paso a evaporarse, a este proceso se ledenomina sublimación.

2. ¿Por qué los agujeros no deben estar alineados con el centro del tarrito?Si los huecos están centrados va a existir una liberación de la presión.

3. ¿Por qué el diámetro de los agujeros debe tenerse en cuenta?El diámetro de los agujeros debe tenerse en cuenta para que no permita la liberacióndel gas adentro.

4. ¿Por qué el globo inflado con CO2 desciende al piso en lugar de elevarse?El peso del CO2 permite que ocurra esto por su peso.

5. ¿Por qué puede ser muy peligroso hacer este experimento dentro de una botellade vidrio?Utilizar una botella de vidrio puede ser muy peligroso porque puede explotar y en elmomento que explote puede causarle daños a las personas a su alrededor.

BIBLIOGRAFIA

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