Examen de química resuelto: Gases, ley combinada y humedad absoluta (UMSA, UMSS, UAGRM)

¡Hola a todos! Qué gusto encontrarnos nuevamente por aquí en Bits de Ciencia. Hoy traemos un problema clásico y sumamente interesante de química que aparece frecuentemente en los exámenes de ingreso a la universidad (como en la UMSA, UMSS y UAGRM): ¡el estudio del estado gaseoso, la ley combinada de los gases y los conceptos de humedad absoluta!

Imagina que estás inflando un globo en un día caluroso o midiendo el aire atrapado sobre la superficie del agua en un recipiente cerrado. Las condiciones cambian de temperatura y presión, y el agua comienza a evaporarse aportando humedad al sistema. ¿Cómo podemos calcular la presión de vapor que ejerce ese líquido y la humedad absoluta del aire? ¡Vamos a desglosarlo paso a paso con analogías muy sencillas, como si estuviéramos charlando en la pizarra!

Comprendiendo los Conceptos Clave: Ley Combinada y Humedad

Para no perdernos en las fórmulas, repasemos rápidamente las herramientas teóricas que utilizaremos hoy:

Ley Combinada de los Gases: Esta ley nos permite relacionar cómo cambian el volumen, la presión y la temperatura absoluta de una muestra de gas cuando pasa de un estado inicial a uno final. Agrupa las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac mediante la conocida expresión:
\[\frac{P_1 \cdot V_1}{T_1} = \frac{P_2 \cdot V_2}{T_2} \implies V_1 \cdot P_1 \cdot T_2 = V_2 \cdot P_2 \cdot T_1\]
Humedad Absoluta (\(H\)): Se define como la relación existente entre la masa del vapor de agua y la masa del gas seco presente en la mezcla:
\[H = \frac{\text{Masa del vapor de agua}}{\text{Masa de gas seco}}\]
Humedad Relativa: Es la relación porcentual entre la presión del vapor de agua en el aire y la presión de vapor de agua saturado a esa misma temperatura.

Planteamiento del Problema

Analicemos con atención el enunciado oficial del ejercicio que resolveremos hoy:

«Se tiene una muestra de \(80\) mL de gas seco (aire) medido a \(17^\circ\text{C}\) y a \(600\) milímetros de mercurio (mmHg). Esta muestra se recogió sobre agua y llegó a ocupar un volumen de \(84\) mL a \(25^\circ\text{C}\) y \(600\) mmHg. Calcular: a) La presión de vapor. b) La humedad absoluta».

Recuerda siempre transformar las temperaturas Celsius a Kelvin sumando \(273.15\) antes de aplicar cualquier fórmula de gases.

Diagrama de Flujo del Proceso de Resolución

Para visualizar cómo interactúan las condiciones iniciales del gas seco, la recolección sobre agua, la ley combinada y el cálculo de la presión de vapor y la humedad absoluta, observa el siguiente esquema lógico:

           [ Inicio: Análisis de Gases Húmedos y Ley Combinada ]
                                │
        [ Datos Iniciales: V1 = 80 mL, T1 = 17°C, P1 = 600 mmHg (aire seco) ]
        [ Datos Finales: V2 = 84 mL, T2 = 25°C, P_total = 600 mmHg (colectado sobre agua) ]
                                │
             ┌──────────────────┴──────────────────┐
             │ Fase 1: Aplicar la Ley Combinada    │
             │ de los Gases para hallar el volumen │
             │ del gas seco en las condiciones     │
             │ finales (V2_seco)                   │
             └──────────────────┬──────────────────┘
                                │
             ┌──────────────────┴──────────────────┐
             │ Fase 2: Aplicar la Ley de Dalton de │
             │ Presiones Parciales para hallar la  │
             │ Presión de Vapor del agua (Pv)      │
             └──────────────────┬──────────────────┘
                                │
             ┌──────────────────┴──────────────────┐
             │ Fase 3: Calcular las masas de vapor │
             │ de agua y de gas seco utilizando la │
             │ ecuación de los gases ideales       │
             └──────────────────┬──────────────────┘
                                │
             ┌──────────────────┴──────────────────┐
             │ Fase 4: Calcular la Humedad Absoluta│
             │ (H = masa vapor / masa gas seco)    │
             └──────────────────┬──────────────────┘
                                │
            [ Obtener Resultados Finales (Presión de Vapor y Humedad) ]
                                │
                          [ FinProceso ]

Explicación en Video Paso a Paso

Este tema es muy interesante, y por ello lo vamos a ver a detalle. Tenemos muchísimos problemas preparados para que puedas conocer todos los casos típicos de los exámenes de admisión universitaria. Para ver el desarrollo completo en la pizarra, el uso de la ley combinada y la resolución algebraica paso a paso, te comparto el video explicativo en nuestro canal oficial de YouTube: