Destreza / Competencia:
CN.Q.5.1.1. Analizar y clasificar las propiedades de los gases que se generan en la industria y aquellos que son más comunes en la vida y que inciden en la salud y el ambiente.
CN.Q.5.1.2. Examinar las leyes que rigen el comportamiento de los gases desde el análisis experimental y la interpretación de resultados, para reconocer los procesos físicos que ocurren en la cotidianidad.
¿En qué áreas de la vida se puede aplicar este contenido?
Conocer estos contenidos te permite entender cómo cambian la presión, el volumen y la temperatura de un gas en situaciones reales.
- Vida cotidiana: te ayudan a comprender por qué un globo se expande con el calor, una jeringa comprime aire, una llanta cambia su presión o un aerosol puede ser peligroso si se calienta.
- Desarrollo personal: fortalecen tu capacidad de predecir cambios y actuar con seguridad ante objetos que contienen gases, como balones, aerosoles, neumáticos o recipientes cerrados.
- Contexto social / académico: te permiten interpretar fenómenos relacionados con respiración, buceo, aviación, meteorología, gases comprimidos y procesos industriales, base para estudiar química, física, salud e ingeniería.
Contenidos de aprendizaje:
Anticipación
“Tres situaciones, tres leyes”
Presenta estas situaciones en la pizarra:
- Una jeringa tapada: al presionar el émbolo, el aire ocupa menos espacio.
- Un globo al sol: aumenta su tamaño al calentarse.
- Un aerosol cerrado: aumenta su presión si se calienta.
Pregunta:
- ¿Qué variable cambia: presión, volumen o temperatura?
- ¿Cuál se mantiene constante?
- ¿Qué relación observas entre las variables?
Cierra explicando que las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac permiten describir matemáticamente esos cambios.
Construcción:
Introducción:
Un gas ideal es un modelo teórico que se usa para estudiar el comportamiento de los gases. En este modelo, se considera que las partículas del gas están en movimiento constante, tienen choques elásticos y casi no presentan fuerzas de atracción o repulsión entre ellas.
Aunque en la realidad los gases no son completamente ideales, este modelo permite comprender de forma sencilla la relación entre presión, volumen y temperatura. Por eso, las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac se estudian como bases para explicar cómo cambian los gases cuando una de estas variables se mantiene constante.
LEYES DE LOS GASES IDEALES:
Las leyes de los gases ideales explican cómo se comporta un gas cuando cambian su presión, volumen o temperatura, siempre que la cantidad de gas se mantenga constante.
Estas leyes permiten comprender fenómenos como:
- por qué un globo se expande con el calor,
- por qué una jeringa aumenta la presión al reducir su volumen,
- por qué una lata puede deformarse por cambios de temperatura,
- cómo funcionan aerosoles, neumáticos y recipientes con gases.
Variables principales:
P = presión
V = volumen
T = temperatura
Importante:
La temperatura siempre debe expresarse en kelvin (K).
Conversión:
K = °C + 273
- Ley de Boyle
Fundamento
La Ley de Boyle establece que, a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión.
Esto significa que:
- si la presión aumenta, el volumen disminuye;
- si la presión disminuye, el volumen aumenta.
Fórmula:
P₁V₁ = P₂V₂
Donde:
P₁ = presión inicial
V₁ = volumen inicial
P₂ = presión final
V₂ = volumen final
Ejemplo cotidiano:
Cuando presionas el émbolo de una jeringa tapada, el volumen del aire disminuye y la presión aumenta.
Ejemplo resuelto
Un gas ocupa un volumen de 4 L a una presión de 2 atm. Si la presión aumenta a 8 atm y la temperatura se mantiene constante, ¿cuál será el nuevo volumen?
Datos:
P₁ = 2 atm
V₁ = 4 L
P₂ = 8 atm
V₂ = ?
Fórmula:
P₁V₁ = P₂V₂
Despeje:
V₂ = P₁V₁ / P₂
Sustitución:
V₂ = (2 atm)(4 L) / 8 atm
V₂ = 8 / 8
V₂ = 1 L
Respuesta:
El nuevo volumen será 1 L.
- Ley de Charles
Fundamento
La Ley de Charles establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
Esto significa que:
- si la temperatura aumenta, el volumen aumenta;
- si la temperatura disminuye, el volumen disminuye.
Fórmula:
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
Donde:
V₁ = volumen inicial
T₁ = temperatura inicial
V₂ = volumen final
T₂ = temperatura final
Importante:
La temperatura debe estar en kelvin.
Ejemplo cotidiano:
Un globo se expande cuando se calienta porque las partículas del gas se mueven más rápido y ocupan mayor volumen.
Ejemplo resuelto
Un gas ocupa 3 L a 27 °C. Si la temperatura aumenta a 127 °C y la presión se mantiene constante, ¿cuál será el nuevo volumen?
Datos:
V₁ = 3 L
T₁ = 27 °C + 273 = 300 K
T₂ = 127 °C + 273 = 400 K
V₂ = ?
Fórmula:
V₁ / T₁ = V₂ / T₂
Despeje:
V₂ = V₁T₂ / T₁
Sustitución:
V₂ = (3 L)(400 K) / 300 K
V₂ = 1200 / 300
V₂ = 4 L
Respuesta:
El nuevo volumen será 4 L.
- Ley de Gay-Lussac
Fundamento
La Ley de Gay-Lussac establece que, a volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
Esto significa que:
- si la temperatura aumenta, la presión aumenta;
- si la temperatura disminuye, la presión disminuye.
Fórmula:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Donde:
P₁ = presión inicial
T₁ = temperatura inicial
P₂ = presión final
T₂ = temperatura final
Importante:
La temperatura debe estar en kelvin.
Ejemplo cotidiano:
Un aerosol o una lata cerrada pueden aumentar su presión interna si se calientan, porque el gas dentro no puede expandirse.
Ejemplo resuelto
Un gas tiene una presión de 1,5 atm a 300 K. Si la temperatura aumenta a 450 K y el volumen se mantiene constante, ¿cuál será la nueva presión?
Datos:
P₁ = 1,5 atm
T₁ = 300 K
T₂ = 450 K
P₂ = ?
Fórmula:
P₁ / T₁ = P₂ / T₂
Despeje:
P₂ = P₁T₂ / T₁
Sustitución:
P₂ = (1,5 atm)(450 K) / 300 K
P₂ = 675 / 300
P₂ = 2,25 atm
Respuesta:
La nueva presión será 2,25 atm.
Comparación de las tres leyes:
Comparación de las leyes
de los gases ideales
Haz clic en cada tarjeta para voltearla
Idea clave
Las leyes de los gases ideales muestran cómo cambian presión, volumen y temperatura cuando una de estas variables permanece constante.
- Boyle: presión y volumen cambian en sentido contrario.
- Charles: volumen y temperatura cambian en el mismo sentido.
- Gay-Lussac: presión y temperatura cambian en el mismo sentido.
SIMULADOR:
https://phet.colorado.edu/sims/html/gases-intro/latest/gases-intro_all.html?locale=es
Consolidación:
AIC: Resuelve los siguientes ejercicios. Recuerda convertir la temperatura a kelvin cuando esté en grados Celsius.
A. Ley de Boyle
- Un gas ocupa 6 L a 2 atm. Si la presión aumenta a 3 atm, ¿cuál será el nuevo volumen?
- Un gas tiene un volumen de 10 L a 1 atm. Si el volumen disminuye a 5 L, ¿cuál será la nueva presión?
- Un gas ocupa 8 L a 4 atm. Si la presión baja a 2 atm, ¿qué volumen ocupará?
B. Ley de Charles
- Un gas ocupa 2 L a 300 K. Si la temperatura aumenta a 450 K, ¿cuál será el nuevo volumen?
- Un globo tiene un volumen de 5 L a 27 °C. Si se calienta hasta 87 °C, ¿cuál será su nuevo volumen?
- Un gas ocupa 12 L a 200 K. Si su volumen aumenta a 18 L, ¿cuál será la nueva temperatura?
C. Ley de Gay-Lussac
- Un gas tiene una presión de 2 atm a 300 K. Si la temperatura aumenta a 600 K, ¿cuál será la nueva presión?
- Un gas dentro de un recipiente cerrado tiene una presión de 1 atm a 25 °C. Si la temperatura sube a 125 °C, ¿cuál será la nueva presión?
- Un gas tiene una presión de 4 atm a 400 K. Si la presión baja a 2 atm, ¿cuál será la nueva temperatura?
D. Ejercicio mixto
- Identifica qué ley se aplica y resuelve:
Un gas ocupa 3 L a una presión de 5 atm. Si la presión disminuye a 1,5 atm y la temperatura permanece constante, ¿cuál será el nuevo volumen? - Identifica qué ley se aplica y resuelve:
Un globo ocupa 4 L a 20 °C. Si la temperatura aumenta a 80 °C y la presión permanece constante, ¿cuál será el nuevo volumen? - Identifica qué ley se aplica y resuelve:
Un gas dentro de un recipiente cerrado tiene una presión de 1,2 atm a 300 K. Si la temperatura aumenta a 500 K y el volumen permanece constante, ¿cuál será la nueva presión?
Sugerencia Rúbrica
RÚBRICA: Banco de ejercicios
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1AWYMzSl6BPYz6TqUBBPIPP3pYw_eSEPDg9uTExkgh7s/edit?gid=0#gid=0
NEE – Agregar el tipo de adaptaciones curriculares
Principio II: Pautas 6.1 – 6.3 – 6.4
Principio III: Pautas 7.1 – 8.1 – 9.1
ALUMNO 1: Constante monitoreo. Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 2: Constante monitoreo, Dar tiempo adicional para el desarrollo de la actividad y se reduce el número de ejercicios o se modifican los ejercicios con un nivel de dificultad reducido, de acuerdo con sus necesidades académicas.
ALUMNO 3: Constante monitoreo. Corroborar que el contenido entregado en clase haya sido comprendido por la estudiante mediante retroalimentación.