Densidad, Ley de Charles y Ecuación de Estado

TITULO: Densidad, Ley de Charles y Ecuación de Estado

FECHA: 28 de Abril del 2013 (Domingo)

OBJETIVOS GENERALES:

• Tener un conocimiento más claro sobre aquellos parámetros que debemos tener en cuenta al momento de realizar las prácticas para evitar algún inconveniente.

• Medir el volumen, la masa y calcular la densidad de algunos líquidos y sólidos.

• Observar el efecto del aumento de la temperatura sobre el volumen de un gas confinado en un recipiente, deduciendo le relación grafica temperatura absoluta-volumen a partir de los datos obtenidos.

• Reconocer las variedades de materiales, equipos e implementos usados en el laboratorio.

• Informar al personal acerca de las normas de seguridad que se deben tener presente dentro del laboratorio en el momento de realizar las debidas prácticas.

MARCO TEORICO

LABORATORIO 2

Trabajamos 3 temas

TEMAS ASIGNADOS

DENSIDAD

Toda la materia posee masa y volumen, sin embargo la masa de sustancias diferentes ocupan distintos volúmenes, Por ejemplo: notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así,

Como en el Sistema Internacional, la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr. /c.c.).

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

“La densidad del agua es 1 gr. /cc, esto quiere decir que 1 litro de agua equivale igualmente a un 1 kilogramo de agua”

LEY DE CHARLES

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.

A presión constante, el volumen se dobla cuando la temperatura absoluta se duplica.

La ley fue publicada primero por Gay Lussac en 1803, pero hacía referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relación había sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.

Por otro lado, Gay-Lussac relacionó la presión y la temperatura como magnitudes directamente proporcionales en la llamada "La segunda ley de Gay-Lussac".

Volumen sobre temperatura: Kelvin

O también:

Dónde:

V es el volumen.

T es la temperatura absoluta (es decir, medida en Kelvin).

k2 es la constante de proporcionalidad.

Además puede expresarse como:

Dónde:

= Volumen inicial

= Temperatura inicial

= Volumen final

= Temperatura final

Despejando T₁ se obtiene:

Despejando T₂ se obtiene:

Despejando V₁ es igual a:

Despejando V₂ se obtiene:

Un buen experimento para demostrar esta ley es el de calentar una lata con un poco de agua, al hervir el agua se sumerge en agua fría y su volumen cambia.

ECUACIÓN DE ESTADO

En física y química, una ecuación de estado es una ecuación constitutiva para sistemas hidrostáticos que describe el estado de agregación de la materia como una relación matemática entre la temperatura, la presión, el volumen, la densidad, la energía interna y posiblemente otras funciones de estado asociadas con la materia.

Las ecuaciones de estado son útiles para describir las propiedades de los fluidos, mezclas, sólidos o incluso del interior de las estrellas. Cada substancia o sistema hidrostático tiene una ecuación de estado característica dependiente de los niveles de energía moleculares y sus energías relativas, tal como se deduce de la mecánica estadística.

Analizando el comportamiento de los gases que se puede observar en los diagramas PνT o Pν, se han propuesto muchos modelos matemáticos distintos que se aproximan a dicho comportamiento. Sin embargo, estos modelos no pueden predecir el comportamiento real de los gases para todo el amplio espectro de presiones y temperaturas, sino que sirven para distintos rangos y distintas sustancias. Es por eso que, según las condiciones con las cuales se esté trabajando, conviene usar uno u otro modelo matemático.

En las siguientes ecuaciones las variables están definidas como aparece a continuación; se puede usar cualquier sistema de unidades aunque se prefieren las unidades del Sistema Internacional de Unidades:

P = Presión (atmósferas)

V = Volumen

n = Número de moles

ν = V/n = Volumen molar, el volumen de un mol de gas

T = Temperatura (K)

R = constante de los gases (8,314472 J/mol•K) o (0,0821 atm•L/gmol•K)

DESARROLLO DE LOS EXPERIMENTOS EN EL LABORATORIO

PARTE I – LÍQUIDOS

Generalidades

Las propiedades físicas de la materia, son aquellas que pueden medirse y observarse sin que afecte la naturaleza o composición original de las sustancias porque su estructura molecular no cambia durante su medición. Toda propiedad que se pueda medir es una magnitud; las magnitudes que se miden directamente con un patrón de referencia se denominan fundamentales y las que se miden a partir de las fundamentales se llaman derivadas. Aquí medaremos el volumen, la masa y la densidad de líquidos y gaseosos.

Densidad de líquidos: Con agua Etanol

Densidad. Es una propiedad física de las sustancias que relacionan su masa con el volumen se representa con la letra D, para determinar la densidad de un sólido o un líquido es necesario tener la masa y el volmen.

Su formula

D = M / V

Las unidades de masa son gramos, sobre unidades de volumen ( cm3 , ml )

D = g / cm3

Volumen

El volumen es el espacio que ocupa una porción de materia. La unidad del volumen es el metro cúbico ( m3 ). En las prácticas el metro cúbico es demasiado para trabajar con líquidos, por esto se utiliza el litro, que es la unidad de patrón de volumen en el sistema métrico

1L = 1000 cm.3

1L = 1000 ml

1 cm. 3 = 1 ml

Masa: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Se ha establecido como estándar de referencia el kilogramo ( Kg. ), la unidad de masa de mayor uso en el estudio de la química es el gramo ( g. ),

1 Kg. = 1000 g.

1 g. = 1000 mg.

Determinamos el volumen usando la balanza para su masa.

Después de tener su volumen masa calculamos la densidad aplicando la fórmula

D = M / V

1. Pesamos una probeta limpia y seca en una balanza de precisión con aproximación a 0.01g Registre la masa pesada: 111.92g

2. Añadimos 5mL de agua usando una de las pipetas y volvimos a pesar la probeta (teniendo cuidado de no derramar el líquido por la parte exterior de las paredes).

116.71 g

Usamos siempre la misma pipeta para cada líquido con el fin de no contaminarlos entre sí.

3. Repetimos el procedimiento incrementando el volumen en fracciones de 5mL cada vez hasta completar 25mL(cm3.) de agua y después con etanol. Pesamos nuevamente cada fracción de volumen añadido. El último peso fue para el volumen de 25mL.

4. Vaciamos y limpiamos la probeta. Repetimos el procedimiento para los dos líquidos. Registrando cada uno de los pesos obtenidos.

Resultados de los Procedimientos

5. Registramos los datos en la siguiente tabla para cada uno de los líquidos ensayados.

Materiales Medidos

Volumen

(V)

Probeta + Agua

Probeta vacía (g)

Liquido

Densidad

(D) = m/v

Masa (M)

5 ml 116.71 gr 111.92g 4.79 g 0.95 g/cm3

10 ml 121.67 gr 111.92g 9.75g 0.975 g/cm3

15 ml 126.18 gr 111.92g 14.26g 0.9507 g/cm3

20 ml 130.84 gr 111.92g 18.92g 0.946 g/cm3

25 ml 135.53 gr 111.92g 23.61g 0.945 g/cm3

Densidad Promedio 0.9534 g/cm3

Materiales Medidos

Volumen (v)

Probeta vacía (g)

Probeta +Etanol

Liquido

Densidad

(D) = m/v

Masa (M)

5 ml 111.92g 115.97g 4.05 g 0.81 g/cm3

10 ml 111.92g 119.94g 8.02 g 0.802g/cm3

15

...