Prerrequisitos
- Fuerzas de dispersión de London: la única fuerza intermolecular en hidrocarburos apolares; aumenta con el tamaño/masa molar
- Ecuación de los gases ideales: PV=nRT (R en el cuadernillo de datos); todas las unidades deben ser coherentes con las del cuadernillo (Pa, m3, K)
- El modelo de gas ideal falla a presión alta (volumen molecular no despreciable) y temperatura baja (fuerzas intermoleculares significativas)
Los cuatro primeros alcanos de cadena lineal son gaseosos a temperatura ambiente. El punto de ebullición aumenta progresivamente del metano al propano. El propano tiene un punto de ebullición de 231 K.
a
Explique por qué el punto de ebullición aumenta al ir del metano al propano.
[2]
b
Explique por qué el volumen que ocupa una muestra de propano aumenta bruscamente cuando la muestra se calienta desde 200 a 250 K a presión constante.
[2]
c
Calcule el volumen, en dm3, que ocupan 6,45 g de propano gaseoso a 100 kPa y 15 grados C.
[2]
d
Resuma por qué el volumen que ocupa el propano gaseoso a una presión muy elevada es mayor que el valor calculado usando PV = nRT.
[2]
Pistas progresivas
- 1General - separa las 4 preguntas: dos son 'explique' conceptual (a,b), una es cálculo con la ecuación de gases ideales (c), y la última conecta con las limitaciones del modelo ideal (d).
- 2Apartado a) - el único tipo de fuerza intermolecular presente entre moléculas de alcano es la fuerza de dispersión de London; su intensidad aumenta con el tamaño de la molécula/número de electrones.
- 3Apartado b) - 200 a 250K cruza la temperatura de ebullición del propano (231K): el salto de volumen tan brusco indica un cambio de estado (vaporización), no solo expansión térmica de un gas.
- 4Apartado c) - convierte todo a unidades coherentes: T en Kelvin (15C=288K), y usa la masa molar del propano (C3H8, Mr=44,11) para hallar moles: n=m/M. Luego aplica V=nRT/P.
- 5Apartado d) - a presión muy alta, las moléculas están muy juntas: el volumen propio de las moléculas (que el modelo ideal considera despreciable) deja de ser insignificante frente al volumen total del gas.
Teoría básica
- Fuerzas de dispersión de London: la única fuerza intermolecular en hidrocarburos apolares; aumenta con el tamaño/masa molar.
- Ecuación de los gases ideales: PV=nRT (R en el cuadernillo de datos); usa unidades del SI (Pa, m3, K).
- El modelo de gas ideal falla a presión alta (volumen molecular no despreciable) y temperatura baja (fuerzas intermoleculares significativas).
Refuerzo
Libro — Chemistry 2023 Oxford - Estructura 1.5, gases ideales.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos 2025 - ecuación de los gases ideales, constante R. Examen: EXAMENES AÑOS ANTERIORES/2024/NOV 24/Chemistry_paper_2__SL_Spanish.pdf, pregunta 1(a); mark scheme en la misma carpeta.
Vídeo —
↗ — «»
Apartado a) —
El propano es un hidrocarburo apolar, así que la única fuerza intermolecular presente es la fuerza de dispersión de London. Al aumentar el tamaño molecular de metano a propano, aumenta el número de electrones y la superficie de contacto entre moléculas, lo que intensifica las fuerzas de dispersión - se necesita más energía (mayor temperatura) para separarlas, así que el punto de ebullición aumenta.
Apartado b) —
Entre 200 y 250K el propano cruza su punto de ebullición (231K): el salto brusco de volumen corresponde al cambio de estado líquido->gas (vaporización), no a una simple expansión térmica - el gas ocupa un volumen mucho mayor que el líquido para la misma cantidad de sustancia.
Apartado c) —
Mr(C3H8) = 3x12,01 + 8x1,01 = 44,11 g/mol. n = 6,45/44,11 = 0,1463 mol. T = 15+273 = 288K. V = nRT/P = (0,1463x8,31x288)/100000 = 3,49x10⁻³ m3 = 3,49 dm3.
Apartado d) —
A presión muy alta las moléculas de gas están mucho más juntas entre sí; el volumen propio de las moléculas del propano, que el modelo de gas ideal supone despreciable, deja de serlo frente al volumen total ocupado por el gas - por eso el volumen real es mayor que el predicho por PV=nRT.