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Química 05

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QUÍMICA 05 CBC
CÁTEDRA DI RISIO

Unidad 7 - Gases

7.9. El esquema siguiente representa porciones nanoscópicas de los gases indicados, contenidos en recipientes de volumen $V = 1,00 \mathrm{~L}$, a una presión $p = 1,00 \mathrm{~atm}$ y a una temperatura $t = 0,00^{\circ} \mathrm{C}$. 




El recipiente que contiene $\mathrm{CO}_{2}$ tiene $2,688 \times 10^{22}$ moléculas. Indicar cuáles de las proposiciones siguientes es/son correcta/s: a) "La densidad $\rho\left(\mathrm{CO}_{2}\right)$ a $0,00^{\circ} \mathrm{C}$ y 1,00 atm es $1,964 \mathrm{~g} / \mathrm{L}$ " b) "Todos los recipientes contienen la misma masa de gas." c) "Los gases contenidos en los recipientes tienen la misma densidad."

Respuesta

a) La densidad de un gas puede calcularse a partir de la ecuación de estado de los gases ideales con una pequeña modificación:

La ecuación de estado es:

$P V = n R T$ , donde $P$ es la presión, $V$ es el volumen, $n$ es la cantidad de moles, $R$ es la constante de los gases ideales y $T$ es la temperatura.

Sabiendo que $m = M_m \cdot n$;  y que $\rho = \frac{m}{V}$, es decir, $V = \frac{m}{\rho}$, podemos reescribir la ecuación de estado de la siguiente forma:

$P \frac{m}{\rho} = n \cdot R \cdot T$

$P \frac{M_m\cdot n}{\rho} = n \cdot R \cdot T$

$P \frac{M_m\cdot n}{n \cdot \rho} = R \cdot T$

$P \cdot M_m = \rho \cdot R \cdot T$ (anotate esta fórmula, válida para un gas y no para una mezcla de gases) porque puede serte muy útil.


Si de acá despejo la densidad, me queda: $\rho = \frac{P \cdot M_m}{R \cdot T}$


Reemplazando los valores:

$ \rho = \frac{1 atm \cdot 44,01 \frac{g}{mol}} {0,082 \frac{atm.dm^3}{mol.K} \cdot \, 273 \, K } = 1,966 \frac{g}{dm^3}$

O sea, que sí, la afirmación a) es correcta.


Fijate que, entonces, la densidad de un gas podría calcularse con esta fórmula: $\rho = \frac{P \cdot M_m}{R \cdot T}$
-> Es importante aclarar que esta fórmula no vale para mezcla de gases, se usa solamente cuando tenemos un único gas en el recipiente.
-> Otra cosa importante es que esta misma fórmula te permite calcular fácilmente la masa molar de un compuesto gaseoso conociendo las condiciones de presión, tempetarura y volumen si tenés de dato la densidad.


Bueno, una opción es usar la fórmula y la otra es hacer los cálculos de a partes (como te muestro acá):

Sabemos que el número de moles de $CO_2$ es igual al número de moléculas dividido por el número de Avogadro ($6,022 \times 10^{23} moléculas/mol$). Así, los moles de $CO_2$ son $\frac{2,688 \times 10^{22}}{6,022 \times 10^{23}} = 0,04465  mol$. La masa molar del $CO_2$ es $44,01  \frac{g}{mol}$, por lo que la masa del gas en el recipiente es $m = n \cdot M_m = 0,04465  mol \cdot 44,01  \frac{g}{mol} = 1,98  g$. Finalmente, la densidad del gas es $\rho = \frac{m}{V} = \frac{1,98 g}{1,00 L} = 1,965 g/L$, que es bastante cercano a $1,964 g/L$. Así que, por este otro método, sin necesidad de usar la fórmula, podemos aceptar que la afirmación a) es correcta.

b) Aunque todos los recipientes contienen la misma cantidad de moles de gas (podés contar las moléculas de gas en cada uno y ver que son las mismas), la masa de gas en cada recipiente depende de la masa molar de cada gas. Si los gases en los diferentes recipientes tienen diferentes masas molares, entonces tendrán diferentes masas, a pesar de tener la misma cantidad de moles.
 La afirmación b) es incorrecta.

c) La densidad de un gas depende tanto de su masa (que es diferente para diferentes gases, como se explicó en el punto b) como de su volumen. A pesar de que todos los gases se mantienen a mismo volumen y presión, sus densidades difieren pues son afectadas por su distinta masa molar. Por ende, no todos los gases tendrán la misma densidad.

La afirmación c) es incorrecta.
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