La Química en la vida cotidiana LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA María Magdalena Hernández Barradas
ÍNDICE Tema
Página
INTRODUCCIÓN
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LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA
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¿Qué es?
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¿Qué estudia?
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ÁREAS DE ESTUDIO DEL LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA
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¿POR QUÉ EL HIELO FLOTA SOBRE EL AGUA?
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¿QUÉ OCURRE CON UN GAS EN UN PISTÓN?
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¿QUÉ OCURRE CUANDO SE CALIENTA AGUA?
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CONCLUSIÓN
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INTRODUCCIÓN El hecho de estudiar la disciplina de fisicoquímica nos abre nuevos caminos para entender sucesos que ocurren a nuestro alrededor y no encontramos una explicación rápida y eficiente. Cuando investigamos sobre los fenómenos que se observan en un laboratorio de fisicoquímica nos topamos con muchos sucesos que están ocurriendo a nuestro alrededor y no sabemos dar una explicación cuantitativa, es decir, sólo tratamos de encontrar una respuesta al suceso con investigaciones teóricas y no con experimentos basados en lo que ocurre microscópicamente. Para estos casos es indispensable leer documentos e investigaciones que nos llenen de información verdadera acerca de los casos de interés.
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA ¿Qué es? El laboratorio de fisicoquímica es un lugar que se encuentra equipado con algunos instrumentos, los cuales emplean los principios fundamentales de la física para describir a los fenómenos químicos de manera cuantitativa. La termodinámica y la cinética son las dos disciplinas que en claridad ayudan a la fisicoquímica a complementar los datos teóricos. El laboratorio de fisicoquímica es una disciplina de enseñanza experimental, es decir, basada en la manipulación de procesos los cuales se apoyan en la física, la química, las matemáticas, la termodinámica, la cinética y un sinfín de ciencias para analizar el comportamiento de los fenómenos y realizar una descripción de los mismos.
¿Qué estudia? La fisicoquímica estudia las propiedades físicas y químicas de la materia, las leyes de la interacción química y las teorías que la gobiernan. Lo principal tarea es conseguir todos los datos para así tener un soporte teórico, éstos datos son forzosos para la definición de los gases, líquidos, sólidos, soluciones y dispersiones coloidales. En seguida se establecen las relaciones de energía en las transformaciones físicas y químicas y se tratan de predecir con que magnitud y con qué velocidad se producen, determinándose cuantitativamente los factores reguladores. En este sentido deben tomarse en cuenta las variables comunes de la temperatura, presión y concentración, sino además a demás los efectos de la interacción estrecha de la materia misma en cuanto a su naturaleza y estructura
ÁREAS DE ESTUDIO DEL LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA El laboratorio de fisicoquímica tiene diversas áreas de estudio en las cuales puede indagar para obtener información sobre lo que se investiga. De las áreas más importante son: Termodinámica Termodinámica clásica Termodinámica estadística Cinética química Fisicoquímica de superficies Electroquímica
¿POR QUÉ EL HIELO FLOTA SOBRE EL AGUA? El hielo flota en el agua porque es menos denso, esto es consecuencia de la estructura del hielo, ya que forma una especie de malla la cual ocupa más espacio y es menos densa que el agua líquida. Se dice que cuando un centímetro cúbico de hielo se funde forman de agua 0.9 centímetros cúbicos. Es por esto que un pedazo de hielo flota en el agua, con una décima parte por encima de la superficie y nueve décimas partes por debajo. De la misma manera nos podemos preguntar ¿cuál es el fenómeno por el que el agua líquida es más densa que el agua sólida (hielo)? Esto se debe a las fuerzas de cohesión entre las moléculas del agua en sus diferentes estados, los cuales son sólido, líquido y gaseoso, sin olvidar que las fuerzas de cohesión entre las moléculas crean energía cinética que permite vibraciones en sus posiciones.
Cuando el agua se enfría, se contrae su volumen, como sucede en todos los cuerpos, pero al alcanzar los 4ºC cesa la contracción y su estructura se dilata hasta transformarse en hielo en el punto de congelación. Por eso el hielo es menos denso que el agua y flota sobre ella. Es por esta razón que el agua de los lagos, ríos y mares se congela desde la superficie hacia la profundidad, y esta capa de hielo superficial sirve de abrigo a los seres que viven, pues aunque la temperatura ambiental sea extremadamente baja (-50 0 -60º C), el agua de la superficie transformada en hielo mantiene constante su temperatura en 0ºC. Y el agua del fondo queda protegida térmicamente del exterior, y puede alcanzar los 4º o 5ºC, que son suficientes para la supervivencia de ciertas especies. En esta propiedad se basan los esquimales para construir sus casa de hielo (iglúes).
¿QUÉ OCURRE CON UN GAS EN UN PISTÓN? Cualquier gas que se encuentra en un recipiente ejerce una presión sobre sus paredes debido al movimiento constante de las moléculas. El movimiento continuo ocasiona que cada molécula con el rebote acelere el movimiento y así con una fuerza que se forma golpea a las paredes del recipiente. Ésta fuerza aplicada sobre una superficie es lo que conocemos como presión del gas. La definición de presión es toda aquella fuerza aplicada sobre un área o una superficie limitada, es decir, la presión es la división de la fuerza sobre el área. PRESIÓN=FUERZA/ÁREA
Si el recipiente que contiene el gas tiene un pistón, pueden ocurrir tres sucesos: 1. El primero es que el pistón tenga un equilibrio para mantener el gas sin expansión ni contracción. 2. El segundo es que el pistón se empuje hacia abajo y ejerza una presión sobre el gas contenido en el recipiente, es decir, que lo contraiga o que disminuya su volumen, lo que sucederá es que el gas comenzará a disminuir su temperatura. 3. El tercer suceso es que el pistón se empuje hacia arriba y haga expandir el gas en más volumen, lo que ocasionará es que el volumen aumente.
¿QUÉ OCURRE CUANDO SE CALIENTA AGUA? Ocurren tres fenómenos importantes cuando se calienta el agua, los cuales son los siguientes: 1. Al calentar el agua se comienza a aumenta su temperatura, esta temperatura debe llegar hasta los 100 °C para empezar a hervir (a nivel del mar). 2. Cuando se tiene una temperatura constante y se rebaza los 100 °C, entonces comenzará a evaporar el agua, es decir, cambiará de fase. 3. Si al haberse evaporado se continúa calentando, el vapor de agua aumentará su temperatura nuevamente.
CONCLUSIÓN Las respuestas que nos brinda la disciplina de fisicoquímica son de gran importancia para salir de dudas sobre diversos sucesos que ocurren en nuestro entorno, es por esto que reúne diversas ciencias para que en conjunto puedan proporcionar respuestas eficientes a todas las variables que han ido quedando. Es necesario indagar sobre todas las ciencias a las que recurre la fisicoquímica ya que de ello depende que en el laboratorio se haga un trabajo de excelencia y que se logren la hipótesis planteada. Un laboratorio es de gran importancia para la formación de un ingeniero químico ya que ahí es donde puede observar de manera experimental los diferentes fenómenos que ocurren y buscar así las variables que ocasionan el evento.