Instituto Politecnico Nacional Escuela Superior de Ingenieria Mecanica y Electrica Unidad Zacatenco Ingenieria Electrica Laboratorio de Química Aplicada Práctica No. 1 “LEYES DE LOS GASES” Grupo: 2EV2
No. Equipo:
Integrantes: -GUTIERREZ TOVAR NICK DANNY -MALDONADO ORDOÑEZ SEBASTIAN -RAMÍREZ VELÁZQUE JUAN MANUEL -TORRES MARISCAL YAIR
Fecha de Realización: 7/Septiembre/2016 Fecha de entrega: 21/Septiembre/2016 Profesor: Índice 1
Objetivo………………………………………………………………..3. Consideraciones teóricas……………………………………………….3. Material y reactivos……………………………………………………9. Desarrollo de la Práctica………………………………………………9. Cuestionario…………………………………………………………..11. Observaciones y Conclusiones GUTIERREZ TOVAR NICK DANNY………………………………….................13. MALDONADO ORDOÑEZ SEBASTIAN...………………………………….
……13. RAMÍREZ VELÁZQUE JUAN MANUEL…………………………………………
14. TORRES MARISCAL YAIR………………………………………………………………
15. Bibliografía……………………………………………………………….16 .
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Objetivo: El alumno demostrara con los datos obtenidos en el laboratorio, las leyes de Boyle, Charles-Gay Lussac y la ley Combinada del estado gaseoso. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GUTIERREZ TOVAR NICK DANNY Marco teórico: Gas ideal: se define como aquel estado de agregación de la materia el cual está caracterizado por no tener una forma definida que siempre está en constante movimiento y adopta la forma de cualquier recipiente. Ley de Boyle: establece que la presión de un gas en un recipiente cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. El volumen es inversamente proporcional a la presión: Si la presión aumenta, el volumen disminuye. Ley de charles: es una Ley de los gases que nos dice que, a presión y número de moles constantes, el volumen y la temperatura varía pero manteniendo la división V / T constante.
SEBASTIAN MALDONADO ORDOÑEZ Marco teórico: Si se infla un globo de goma, su volumen aumenta en todas direcciones, de modo que el gas, sea lo que fuere lo que transmite, lo hace en todas las direcciones. El aparato de la figura nos da la respuesta.
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Cuando se aplica una fuerza en el émbolo, agua sube en todos los tubitos, y en mismo. Como el desnivel mide la presión, y en todos es el mismo, los gases transmiten la presión. Si se mide la ejercida con el émbolo, se comprueba, además, que es igual al aumento de presión señalado por cada tubito.
el todos sube lo
En consecuencia: los gases obedecen al principio de Pascal. Esta es una de las razones de que a los líquidos y a los gases se los considera miembros de una misma familia: la de los fluidos. Podemos, pues, enunciar el principio de Pascal en forma más general: Toda presión ejercida sobre un fluido se transmite íntegramente y en todas las direcciones. Ley de boyle: Ahora veremos cómo se relaciona la presión de un gas, en función de su volumen. Un ejemplo sencillo que puede ayudarte es cuando tienes un globo inflado a temperatura ambiente y le hace fuerza con nuestra mano desde el exterior. Notaremos que la deformación del globo hace que el volumen se achique y que a su vez se observe cierta tensión sobre la pared interior del mismo. Ese cambio es consecuencia de un aumento de presión interna, lo que nos permite inferir que en un recipiente cuando disminuimos su volumen la presión aumenta. Hablando con más propiedad, definiremos que a temperatura constante, la presión que ejerce de un gas ideal es directamente proporcional al volumen que ocupa.
La expresión de este comportamiento de los gases en Física se conoce con el nombre de ley de Boyle-Mariotte y matemáticamente se expresa por esta fórmula: donde los subíndices i y f indican, respectivamente, las condiciones iniciales y finales del proceso. Ejemplo: En el recipiente de abajo, el volumen es de 45 litros y la presión inicial es la atmosférica, ósea, 1 atm. 4
Ley de charles gay – Lussac a presión constante: En 1787, el físico francés Jacques Charles reflota un viejo postulado enunciado en 1699 por el francés Guillaume Amontons (1663-1705). Éste había observado que el volumen de un gas, a presión constante, disminuía a medida que bajaba la temperatura. La misma comprobación fue realizada cinco años después por Joseph GayLussac (1778-1850). Amontons queda en el olvido, y la ley se conoce hoy como ley de Charles y Gay-Lussac. Su enunciado es el siguiente: El volumen de una determinada masa gaseosa, a presión constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
V=volumen y T=temperatura
Ley de charles gay – Lussac a volumen constante: Luego de varios experimentos, Charles y Gay-Lussac llegaron a la conclusión de que a volumen constante, la presión aumenta con el aumento de temperatura. La ley de Charles y Gay-Lussac establece que: La presión de una determinada masa gaseosa a volumen constante es directamente proporcional a su temperatura absoluta. 5
P=presión y T=temperatura
Ejemplo: Cuando se calienta agua en una olla de presión, el volumen no varía, por lo que aumenta la presión del vapor de agua hasta que el exceso sale por la válvula de seguridad (de lo contrario, explotaría). Ecuación general de los gases ideales: La ley de Boyle y las leyes de Charles y Gay-Lussac pueden relacionarse matemáticamente mediante la ecuación de estado del gas ideal, que resulta útil cuando se quiere modificar las tres magnitudes, siempre que la masa del gas permanezca constante y la temperatura se exprese en escala Kelvin. Hasta ahora hemos visto las siguientes situaciones particulares, llamando a cada una según el científico que las estudió. Ahora las tres se pueden unificar en una sola fórmula. La ecuación general del estado gaseoso es una combinación de las ecuaciones antes mencionadas, donde nuevamente las variables a encontrar son la presión, temperatura o volumen del gas, cuando se tiene un cambio entre dos variables. La expresión matemática, o fórmula de la ecuación general del estado gaseoso, es la siguiente:
RAMIREZ VELAZQUEZ JUAN MANUEL Marco teórico: Ley de Boyle
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El estudio de los gases, y en particular del aire, atrajo la atención de los físicos del siglo XVII y más concretamente la del irlandés Robert Boyle (1627-1691). Las experiencias que le permitieron establecer su conocida ley consistieron, básicamente, en añadir mercurio a un tubo acodado suficientemente largo abierto por un extremo y provisto de una llave en el otro. Con la llave abierta vertía mercurio y su nivel en las dos ramas del tubo se igualaba (principio de los vasos comunicantes). A continuación cerraba la llave y añadía sucesivamente cantidades de mercurio iguales, con lo cual, la presión a la que estaba sometido el gas encerrado en el otro extremo del tubo, aumentaba en igual proporción. Mediante sucesivas medidas de la distancia entre los dos niveles alcanzados por el mercurio en ambas ramas del tubo, observó que la disminución del volumen del gas guardaba cierta relación con el aumento de presión. Si doblaba el peso de mercurio, el volumen se reducía a la mitad, si lo triplicaba se reducía a la tercera parte y así sucesivamente. Un análisis cuidadoso de tales resultados experimentales le permitió, finalmente, enunciar su ley. Vincula: volumen y presión De: una masa constante de gas a temperatura constante. “El volumen de una masa definida de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”. Ley de charles Vincula: volumen y temperatura absoluta De: una masa constante de gas a presión constante. “El volumen de una masa definida de gas, a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta”. Para una misma masa de gas a presión constante el volumen, es proporcional a su temperatura absoluta. Si aumenta la temperatura: • Aumenta la velocidad molecular promedio • Aumenta las fuerzas de las colisiones. Para que la presión permanezca constante es necesario que aumente el volumen de modo que el número de moléculas por unidad de volumen disminuye y la frecuencia de las colisiones disminuya. Así cuando se aumenta la temperatura del gas a P constante y aumenta el volumen. Ley de gay Lussac Vincula: presión y temperatura absoluta. 7
De: una masa constante de gas a volumen constante. “La presión de una masa definida de gas, a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta”. Experiencias semejantes realizadas manteniendo constante el volumen y estudiando la variación de la presión con la temperatura permitieron al químico francés establecer la que se conoce como Ley de Gay Lussac: a volumen constante, la presión de un gas aumenta proporcionalmente al incremento de temperatura, siendo la constante de proporcionalidad la misma para todos los gases. La ley del gas ideal Las leyes de Boyle-Mariotte , de Charles y de Gay-Lussac sobre el comportamiento de los gases, aunque son aplicables dentro de una buena aproximación a los gases existentes en la naturaleza, son tanto más imprecisas cuanto mayor es la densidad, la presión o la temperatura del gas. Por ello los gases que cumplen con exactitud dichas leyes físicas se denominan gases perfectos o ideales. Es posible combinar las leyes de los gases en una sola ecuación sencilla si la temperatura se expresa en la escala absoluta o Kelvin. El producto de la presión por el volumen, dividido por la temperatura absoluta, en el estado inicial, es igual al producto de la presión por el volumen, dividido por la temperatura absoluta, en el estado final, siempre que la masa del gas sea constante.
TORRES MARISCAL YAIR Marco teórico: Gas ideal: es el comportamiento que presentan aquellos gases cuyas moléculas no interactúan entre si y se mueven aleatoriamente. En condiciones normales y en condiciones estándar, la mayoría de los gases presentan comportamiento de gases ideales. Ley de Boyle Si se reduce la presión sobre un globo, éste se expande, es decir aumenta su volumen, siendo ésta la razón por la que los globos meteorológicos se expanden a medida que se elevan en la atmósfera. Por otro lado, cuando un volumen de un gas se comprime, la presión del gas aumenta. El químico Robert Boyle (1627 - 1697) fue el primero en investigar la relación entre la presión de un gas y su volumen. 8
Ley de Charles Cuando se calienta el aire contenido en los globos aerostáticos éstos se elevan, porque el gas se expande. El aire caliente que está dentro del globo es menos denso que el aire frío del entorno, a la misma presión, la diferencia de densidad hace que el globo ascienda. Similarmente, si un globo se enfría, éste se encoge, reduce su volumen. La relación entre la temperatura y el volumen fue enunciada por el científico francés J. Charles (1746 - 1823), utilizando muchos de los experimentos realizados por J. Gay Lussac (1778 - 1823).
Material 1 Vaso de Precipitados de 250 cm 1 Agitador 2 Pesas de Plomo 1 Mechero 1 Anillo 1 Tela con Asbesto 1 Jeringa de Plástico Graduada de 20 cm herméticamente cerrada 1 Termómetro 1 Pinza para Vaso de Precipitados
Reactivos Aire( N 2 ,0 2 , Ar , CO2 , Ne , He , Kr , H 2 , Xe , Rn , H 2 O , N 2 O ,CH 4 , etc . ¿
Datos
PDF =585 mmHg M embolo=8 g
∫ ¿=1.82 cm D¿ 760 mmHg=1.013x10-6 dinas/cm^2 P=F/A=m*g/ A embolo
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Desarrollo Experimental Primera Parte: 1.-Monte la Jeringa. 2.-Presione ligeramente el embolo, este regresara a un volumen inicial Vo correspondiente a una presión inicial Po. Po=P Df + Pembolo 3.-Ponga arriba del embolo la pesa más pequeña y con precaución presione ligeramente; el embolo regresara a su volumen V1, correspondiente a una presión P1. P1=Po + PPesa 1 4.-Quite la pesa pequeña y ponga la pesa más grande, presione ligeramente y anote V2 para una presión P2. P2=Po + PPesa 2 5.-Finalmente, con precaución ponga las dos pesas y anote V3 para una presión P3. P3=Po + P Pesa1 y 2 Segunda Parte: 1.-Monte la jeringa como se indica en la, procurando que el nivel del agua este arriba del volumen de aire de la jeringa. Presione ligeramente y tome el volumen V0 correspondiente a una temperatura T0 que será la temperatura ambiente del agua, para una presión P0 constante. 2.-Calentar y agitar constantemente hasta 40°C, presione ligeramente y anote el volumen V1 correspondiente a una temperatura T1. 3.-Continue calentando, agitando y anotando los volúmenes a temperatura de 60°C, 80°C y temperatura de ebullición del agua. Tercera Parte: 1.-Se inicia de igual forma que la segunda parte. 2.-Caliente hasta 40°C y ponga la pesa chica, oprima ligeramente y tome el volumen V1 correspondiente a la temperatura T1 y a la presión P1.
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3.-Continue calentando hasta 60°C y ponga la pesa grande, tome el volumen V2 a temperatura T2 y presión P2.
Cuestionario: 1.- Llene la tabla de datos y resultados siguiente: Primera Parte P(dinas/cm^2) 867,924.05 928,572.44 1,017,096.49
V(cm^3) 16.5 16 15
PV(erg) 14,320,746.83 14,857,159.04 15,256,447.35
Segunda Parte T °C 22
T °K 295.15
V cm^3 17 11
V/T cm^3/K 0.0575
40 60 80 100
313.15 333.15 353.15 373.15
18 19 19.5 20
0.0574 0.0570 0.0538 0.0535
Tercera Parte T °C
T °K
V (cm^3)
40 60
313.15 333.15
17.5 18
P(dinas/cm ^2) 867,924.05 928,572.44
PV/T (erg/K) 48,502.86 50,170.50
2.- Con los datos obtenidos de la primera parte y segunda parte, construya las gráficas de V-P y T-V, indicando el nombre de cada una de ella. P
Relacion V-P
1050000 1000000 950000 900000 850000 800000 750000 14.8 V
15
15.2
15.4
15.6
12
15.8
16
16.2
16.4
16.6
Relacion T-V
V 20.5 20 19.5 19 18.5 18 17.5 17 16.5 16
T
15.5 290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
3.- De la primera parte, analizando la gráfica, si el gas se expande, su expresión tendrá que: Disminuir. 4.- De la segunda parte, analizando la gráfica, para que un gas se expanda, su temperatura tendrá que: Aumentar. 5.- Analizando las tablas de resultados, los valores PV, V/T y PV/T, ¿Por qué no son constantes? Por qué las condiciones a las que se exponen los gases varían. GUTIERREZ TOVAR NICK DANNY Observación: Es importante tener en cuenta que la temperatura es un factor muy importante que va a dar un valor a la presión ya que la presión varía con respecto a esta, lo mismo pasa con la el volumen, ya que este vario con relación al peso. Conclusión: Como conclusión hago referencia a la jeringa que contenía oxígeno y este era su volumen dentro de ella, al momento en que el agua subía la temperatura, la presión aumentaba.
MALDONADO ORDOÑEZ SEBASTIAN 13
Observación: En la práctica no. 1 encontramos que tuvimos que montar una jeringa de 20cm3 la cual presionamos en repetidas ocasiones para calcular los valores de la presión, volumen o temperatura con diferentes condiciones como pesos colocados en su embolo de la jeringa los datos encontrados los aplicaremos a las leyes de Boyle, Charles – Gray Lussac y la ley combinada del estado gaseoso. En la primera parte de la práctica ya con la jeringa colocada procedemos a tomar nota de los valores de P0 el cual sale de la suma de la presión que ya hay y varia respecto donde estemos en el mundo mas la del embolo luego colocamos una pesa sobre el embolo la de menor masa registramos la presión como P1 el resultado de la presión que ya hay y la masa de la pesa hacemos lo mismo pero con la pesa de mayor masa a la cual registramos como P2 con los valores obtenidos te das cuenta que cuando hay un peso mas grande en el embolo de la jeringa la presión aumenta aunque sea mínimo repetimos pero ahora con ambas pesas registrando P3 reafirmando lo que se dice a mayor presión menor volumen el que se observa mediante la jeringa que esta graduada. En la segunda parte montamos la jeringa, pero con ahora dentro de un matraz el cual contiene agua al nivel de agua que tiene la jeringa al cual registraremos los valores iniciales de Volumen V 0 , Temperatura T 0 , y Presión
P0
luego procedemos a encender un machero colocándolo
de bajo procurando registrar los datos cuando la temperatura del agua haya subido a 40°C presionamos el embolo y anotamos los valores de V 1 y T 1 observando que a una mayor temperatura incrementa el volumen aunque sea mínimo continuamos la práctica calentando el matraz con el agua hasta que llegue a los 60°C, 80°C y 100°C para los cuales hicimos las anotaciones correspondientes las cuales nos expresa que a una mayor temperatura incrementa el volumen.
En la tercera parte se inicia igual que la segunda calentamos a 40°C pero colocamos la pesa de menor masa y realizamos las anotaciones de V 1 correspondiente a T 1 y a P1 las cuales nos dicen que a una 14
mayor temperatura mayor presión pero aumenta el volumen dependiendo de la de la fuerza de la presión repetimos pero hasta los 60°C y colocar la pesa de mayor masa anotando los valores V 2 , T 2 P2
y
los cuales nos afirman lo dicho en la práctica.
Conclusión: Analizamos mediante los datos obtenidos en cada una de las partes de la primera practica con las leyes de Boyle, Charles – Gay Lussac y la ley del combinada del estado gaseoso que como en el primer paso una presión ejercida sobre el embolo que genera que el volumen sea comprimido así sucede en cada una de los pasos con la temperatura es al revés cuando aumenta la temperatura el volumen tiende a incrementar de acuerdo a la temperatura que esté sometida, en la tercera parte se coloca las pesas junto con el mechero calentando el matraz donde la presión es incrementada con las pesas y la temperatura que el volumen aumente.
RAMÍREZ VELÁZQUE JUAN MANUEL Observación: El volumen inicial de la jeringa se mantiene constante, siempre y cuando no se hagan cambios de temperatura o presión sobre él, al modificar estas variantes el volumen del gas empieza a modificarse, si aumenta la presión el volumen disminuye, el gas comprimido dentro de la jeringa se reduce ya que se ve afectado directamente por la presión, en caso de que aumentemos la temperatura el volumen empieza aumentar ya que también se ve afectado directamente por esta. Conclusión: Los gases se ven afectados por el entorno que les rodea y siempre están bajo una presión atmosférica o del planeta, estos pueden cambiar conforme a las condiciones a las que se les exponga, ya sea que aumente o reduzca su volumen, puede ser manipulado modificando las variantes que le afectan.
TORRES MARISCAL YAIR Observación:
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El volumen de la jeringa variaba ya que entre mayor peso se le aplicaba el volumen disminuía, la temperatura también afecta al proceso, ya que cuando la temperatura subía la presión también aumenta. Conclusión: Mediante esta práctica pude comprobar la teoría de los gases ideales, obtuvimos experimentalmente cálculos prácticos como la presión parcial, el volumen y la temperatura que había en el agua, el volumen que contenía la jeringa que era oxígeno, comprobamos que el volumen del gas varia con la presión. Por lo tanto podemos afirmar que el volumen del gas varía inversamente a la presión si hay una temperatura constante.
BIBLIOGRAFIA: 16
-Atkins, P. y Jones, L. “Principios de Química. Los caminos del descubrimiento”. Editorial Panamericana. 2006. -Chang, R. “Química”. McGraw-Hill Interamericana de México, S.A. de C. V. México. 1999. -QUÍMICA I Polimodal FÍSICA II Polimodal CONSULTORA Enciclopedia Temática Ilustrada Tomo 10 El Mundo Físico. Dickson T. R.; Introducción a la Química; Primera Edición, México; 1982; Publicaciones Culturales.
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