Acerca de este experimento
Coloca un tapón de algodón empapado en solución de amoníaco en un extremo de un tubo largo de vidrio y otro empapado en ácido clorhídrico concentrado en el otro. Nadie impulsa los gases soplando, pero al cabo de unos minutos aparece dentro del tubo un anillo blanco de cloruro de amonio. El anillo no está en el centro: se forma más cerca del extremo del cloruro de hidrógeno, porque las moléculas más ligeras de amoníaco se mueven más rápido y se difunden más lejos en el mismo tiempo. Realiza el experimento, cambia los gases y el tubo, y compara la posición del anillo con la predicción de la ley de Graham.
Objetivos de aprendizaje
- Describe la difusión como la propagación neta de partículas desde zonas de alta concentración hacia zonas de baja concentración.
- Explica por qué el anillo se forma más cerca del extremo del cloruro de hidrógeno.
- Relaciona la velocidad de las partículas de gas con su masa molar.
- Usa la ley de Graham para predecir dónde se encuentran dos gases.
- Explica por qué la difusión a grandes distancias es lenta, aunque las moléculas de gas se muevan muy rápido.
Cómo usarlo
- 1Inicia el experimento predeterminado. ¿Dónde aparece el anillo? Mide su distancia desde cada extremo.
- 2Compara las dos curvas de concentración antes de que se forme el anillo. ¿Qué gas se ha extendido más?
- 3Sustituye el HCl por HBr. ¿El anillo se desplaza hacia el extremo del ácido o se aleja de él? ¿Por qué?
- 4Sustituye el NH₃ por metilamina. ¿Cómo cambia la posición del anillo?
- 5Reduce a la mitad la longitud del tubo. ¿Cómo cambia el tiempo que tarda en aparecer el anillo? ¿Se reduce a la mitad?
- 6Compara la posición del anillo con la predicción discontinua según la ley de Graham.
El modelo
Supuestos
- Cada gas se difunde a través del aire en reposo a lo largo del tubo. Su coeficiente de difusión disminuye con la raíz cuadrada de su masa molar, partiendo de 0,23 cm²/s para el amoníaco.
- Los tapones de algodón mantienen constante la concentración en cada extremo. Los dos gases no interfieren entre sí hasta que reaccionan.
- El anillo aparece donde el producto de las dos concentraciones alcanza por primera vez un umbral fijo. Los anillos reales pueden desplazarse unos centímetros debido a las corrientes de aire y al grado de impregnación de los tapones.
- El tubo está a temperatura ambiente. Los tiempos son tiempos reales; los botones de velocidad solo cambian la rapidez con la que avanza el reloj en pantalla.
Pruébalo en clase
- Q1Las moléculas de gas se mueven a temperatura ambiente a cientos de metros por segundo. ¿Por qué se tarda minutos en formar el anillo?
- Q2Explica, usando las masas molares, por qué el anillo se forma más cerca del extremo del HCl.
- Q3Predice dónde se formaría el anillo en un tubo de 60 cm usando NH₃ y HCl.
- Q4¿Cómo cambiaría el tiempo que tarda en formarse el anillo si se calentara el tubo?
- Q5¿Por qué debe realizarse este experimento en una campana extractora?
Preguntas frecuentes
¿Por qué la simulación no coloca el anillo exactamente donde lo predice Graham?
La ley de Graham describe cómo escapan los gases a través de un orificio diminuto. En un tubo, las moléculas se difunden por el aire y la distancia que se dispersan aumenta con la raíz cuadrada del tiempo. El anillo se forma donde ambos gases están lo bastante concentrados como para reaccionar; ese punto queda cerca de la estimación de Graham, pero no coincide exactamente con ella.
¿Cómo puedo montar el experimento real de forma segura?
Trabaja en una campana extractora, usa gafas y guantes de protección, y utiliza unas pinzas para colocar al mismo tiempo un trozo de algodón empapado en cada extremo de un tubo de vidrio seco. Tapa los extremos con tapones y mantén el tubo inmóvil y nivelado.
¿Por qué un tubo más largo tarda mucho más?
La distancia de difusión aumenta con la raíz cuadrada del tiempo. Para llegar el doble de lejos, los gases necesitan aproximadamente cuatro veces más tiempo; por eso, al duplicar la longitud del tubo, el anillo tarda aproximadamente cuatro veces más en aparecer.