Los globos flotan por una razón: El gas dentro del globo es menos denso que el aire que lo rodea; esto hace que el globo flote. Podemos conseguir una menor densidad de dos formas. Una forma es calentar el gas en el globo. La temperatura es realmente la energía cinética promedio de las partículas que componen una sustancia, por lo tanto, las partículas más calientes se mueven más rápido, chocando con más fuerza con las paredes del globo, empujando las paredes hacia afuera. Como las paredes se empujan hacia afuera, el globo ocupa más volumen para la misma masa: menos denso.
La segunda forma de obtener un globo con menos densidad es tener una masa menor para cada partícula. El principio de Avogadro dice que a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gas tienen partículas iguales. Si eliges un gas con menor masa por partícula, puedes tener un gas menos denso. La forma en la que determinamos la masa de una partícula es usando su masa molar que se indica en la tabla periódica.
Cuando alguien usa la expresión de que algo es más ligero que el aire se refiere a que es menos denso que la atmósfera terrestre. El aire tiene una densidad de 1,29 gramos por litro. Esto se debe a varios factores, siendo la atracción gravitacional uno de ellos. Nos vamos a centrar en las masas molares de las sustancias químicas que componen el aire, que está compuesto de varias sustancias químicas: oxígeno, argón y, sobre todo, nitrógeno. Hay algunos otros en concentraciones muy bajas.
La fórmula química de una sustancia indica los elementos y las cantidades de cada elemento en una sustancia. El bromo y el etano son gaseosos a temperatura ambiente. El gas bromo tiene una fórmula química de Br2, lo que significa que su masa molar puede calcularse como el doble de la masa de un mol de bromo monoatómico. La masa es 159,8 g/mol. Sin embargo, la masa molar del etano C2H6 es de 30,07 g/mol. Dado que el aire se compone principalmente de nitrógeno, N2, la masa molar del aire es cercana a 28,01 g/mol, pero más pesada.
Por lo tanto, un globo de etano podría flotar, no tan alto como un globo de helio, sino de una manera aburrida, como un globo un día después de haber sido inflado. Un globo de boro, mucho más pesado, caería al suelo entre una pluma y una pelota de goma. Para un gran globo, necesitas algo super ligero, como hidrógeno.
Los primeros científicos como Robert Boyle utilizaron las leyes de los gases para abrir el camino a la química. Pudieron usar gases que a menudo reaccionan más rápido que líquidos o sólidos porque hay más contacto entre varias partículas.
Pudieron notar que si se juntaban dos masas de diferentes gases, reaccionarían dejando la misma cantidad de material aunque se convirtiera en algo nuevo. A esto se le llama ley de conservación de la materia. La materia nunca se crea ni se destruye, simplemente cambia de forma de una cosa a otra.
Entonces, si se agregan dos moles de hidrógeno gaseoso (H2), 8 g, a 1 mol de oxígeno gaseoso (O2), 32 g, el resultado será 40 g de agua. Esto tiene que medirse en forma de masa o volumen, porque las partículas son demasiado numerosas para contarlas.
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