10.8: Densidad de gas

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¿Por qué se hunde dióxido de carbono en el aire?

Cuando ejecutamos una reacción para producir un gas, esperamos que suba al aire. Muchos estudiantes han realizado experimentos donde se forman gases como el hidrógeno. El gas puede quedar atrapado en un tubo de ensayo mantenido boca abajo durante la reacción. El dióxido de carbono, por otro lado, se hunde cuando se libera. El dióxido de carbono tiene una densidad mayor que el aire, por lo que no se elevará como el gas hidrógeno.

Densidad de gas

Como saben, la densidad se define como la masa por unidad de volumen de una sustancia. Dado que todos los gases ocupan el mismo volumen por mol, la densidad de un gas en particular depende de su masa molar. Un gas con una masa molar pequeña tendrá una densidad menor que un gas con una masa molar grande. Las densidades de gas se reportan típicamente en\(\text{g/L}\). La densidad del gas se puede calcular a partir de la masa molar y el volumen molar.

Globos llenos de helio flotante. — Figura\(\PageIndex{2}\): Los globos llenos de gas helio flotan en el aire debido a que la densidad del helio es menor que la densidad del aire. (Crédito: Fotógrafo: Warren Denning, cortesía de Pioneer Balloon Company; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Congrats_bqt.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Gas Density

¿Cuál es la densidad del gas nitrógeno en STP?

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

\(\ce{N_2} = 28.02 \: \text{g/mol}\)
\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\)

Desconocido

densidad =? g/L

La masa molar dividida por el volumen molar produce la densidad del gas a STP.

Paso 2: Calcular.

\[\frac{28.02 \: \text{g}}{1 \: \text{mol}} \times \frac{1 \: \text{mol}}{22.4 \: \text{L}} = 1.25 \: \text{g/L}\nonumber \]

Cuando se configura con un factor de conversión, la\(\text{mol}\) unidad se cancela, dejando\(\text{g/L}\) como unidad en el resultado.

Paso 3: Piensa en tu resultado.

La masa molar de nitrógeno es ligeramente mayor que el volumen molar, por lo que la densidad es ligeramente mayor que\(1 \: \text{g/L}\).

Alternativamente, se puede determinar la masa molar de un gas si se conoce la densidad del gas en STP.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Molar Mass from Gas Density

¿Cuál es la masa molar de un gas cuya densidad está\(0.761 \: \text{g/L}\) en STP?

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

\(\ce{N_2} = 28.02 \: \text{g/mol}\)
\(1 \: \text{mol} = 22.4 \: \text{L}\)

Desconocido

masa molar =? g/mol

La masa molar es igual a la densidad multiplicada por el volumen molar.

Paso 2: Calcular.

\[\frac{0.761 \: \text{g}}{1 \: \text{L}} \times \frac{22.4 \: \text{L}}{1 \: \text{mol}} = 17.0 \: \text{g/mol}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

Debido a que la densidad del gas es menor que\(1 \: \text{g/L}\), la masa molar es menor a 22.4.

Resumen

Se describen cálculos que muestran conversiones entre masa molar y densidad para gases.

Revisar

¿Cómo se calcula la densidad?
¿Cómo se calcula la masa molar?
¿Cuál sería el volumen de 3.5 moles de un gas?