Informe-comportamientos de sistemas gaseosos

COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS GASEOSOS

Facultad de Ciencias, Departamento de Química

Universidad del valle, Cali, Colombia

12 Agosto de 2019

Resumen

A través de tres experimentos se comprobaron algunas de las leyes de los gases, tales como: la ley de Boyle que relaciona el volumen de un gas, con su presión a temperatura constante, cuando la presión aumenta, el volumen disminuye; la ley de charles que relaciona el volumen de un gas , con su temperatura a una presión constante, cuando la temperatura aumenta, el volumen aumenta y la ley de Graham, que relaciona la velocidad de difusión de un gas con su masa molecular, se determinó experimentalmente que la velocidad del HCl es mayor a la del NH3.

1. Introducción

Dependiendo de las condiciones de temperatura y presión la mayoría de las sustancias existen en alguno de los tres  estados de materia: Sólido, Líquido y Gaseoso. Las propiedades físicas de una sustancia dependen a menudo de su estado. El movimiento molecular de los gases, tema que trataremos en esta práctica, resulta ser totalmente aleatorio y las fuerzas de atracción entre sus moléculas son tan pequeñas que cada una se mueve de forma libre e independiente de las otras, sujetos a cambios de temperatura y presión, los gases se comportan en forma más previsible que los sólidos y los líquidos. Las leyes que norman este comportamiento han desempeñado una importante función en el desarrollo de la teoría atómica de la materia y la teoría cinética molecular de los gases.1

Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal. Las moléculas de un gas ideal no se atraen o se repelen entre sí, y su volumen es insignificante en comparación con el volumen del recipiente  que lo contiene. Aunque en la naturaleza no existe un gas ideal, las discrepancias en el comportamiento de los gases reales en márgenes razonables de temperatura y presión no alteran sustancialmente los cálculos. Por esto, podemos usar con seguridad la ecuación del gas ideal para resolver muchos problemas de gases.1

Con base a las tres leyes fundamentales de los gases, se pueden combinar para formar la ecuación del gas ideal, que explica la relación entre las cuatro variables, Presión, Volumen, Temperatura y Número de moles. Que se analizan y se comparan con los tres experimentos y así observar si se cumplen o no la ley de Boyle, la ley de charles y la ley de difusión de Graham.

2. Procedimiento experimental, cálculos y resultados

2.1 Ley de Boyle

Se realizó el montaje para usar el tubo en forma de J, cuyo diámetro era de 3.7mm. Se tomó una pequeña muestra de alcohol isopropílico para purgar el tubo y así asegurarse que estuviera limpio y seco. Para realizar el experimento se usó la figura 1.

Figura 1. Montaje de Tubo en forma de J.

[pic 1]

Adicionando alcohol isopropílico con un gotero hasta cubrir la parte curva del tubo y marcando sus niveles. Se tapó el otro extremo del tubo con silicona caliente. A continuación se midió con una regla de 50 cm la longitud ocupada por el gas dentro del tubo: distancia G = 160 mm. Se adicionó más alcohol con un gotero hasta llenar aproximadamente la mitad de la capacidad restante del tubo. Nuevamente se midió la distancia G = 150 mm y se midió también la longitud alcanzada por el alcohol: distancia L = 30 mm.

Se añadió otra cantidad de alcohol similar a la anterior y se midieron las distancias G = 145 mm y L = 110 mm. Se registraron los datos en la tabla 1.

Tabla 1. Longitudes del volumen ocupado por el gas y el alcohol.

Tabla 2. Cálculos

Tabla 2.1. Cálculos II

Tabla 3. Constante proporcionalidad k.

Gráfica 1.  P (mmHg) vs. 1/V (mL-1 ).

[pic 2]

2.2 Ley de Charles

Figura 2. Montaje de dispositivo para aplicar ley de charles.

[pic 3]

Usando la figura 2, en un erlenmeyer de 25 mL vacío se le acopló un tapón provisto de un tubo de vidrio y se midió su masa en conjunto, que fueron 34.82g. Posteriormente se llenó el erlenmeyer con agua y se tapó nuevamente, se secó el agua que quedó en el exterior del erlenmeyer. Al medir su masa se obtuvo un resultado de 66.42g; la temperatura del agua era de 26.6℃.

Se extrajo todo el líquido del erlenmeyer y se calentó el recipiente vacío introduciéndose y agitando constantemente en un vaso de precipitados de 250 mL con agua (que cubría casi todo el erlenmeyer) en una plancha provista de un soporte universal a 50℃. El agua contenida en el vaso alcanzó una temperatura de 51.5℃.

Se introdujo el erlenmeyer invertido en sentido vertical en un vaso con agua a temperatura ambiente y se dejó sumergido hasta el tubo y parte del corcho durante unos minutos mientras el recipiente alcanzaba la temperatura ambiente; este absorbió una pequeña cantidad de agua. Se retiró el erlenmeyer rápidamente cuidando que de su interior no se escapara el agua absorbida. Se midió la masa del erlenmeyer en conjunto con el agua alojada dentro de este y el tapón de caucho, obteniendo como resultado 37.47g.

Se repitió el procedimiento anterior, esta vez elevando la temperatura del agua contenida en el vaso a 72.0℃. Al introducir el erlenmeyer invertido en el agua a temperatura ambiente y dejar que éste absorbiera la mayor cantidad de líquido, se obtuvo una masa de 42.38g del conjunto. Finalmente, se elevó la temperatura del agua del vaso a 97.1℃. El erlenmeyer previamente calentado en baño de agua absorbió una mayor cantidad de líquido en comparación a las pruebas anteriores, cuya masa fue de 50.27g. Los resultados obtenidos se registraron en la tabla 4.

Tabla 4. Peso de erlenmeyer con agua, más la temperatura

Tabla 5. Cálculos

Tabla 5.1 Cálculos II

Gráfica 2. V (cm3) vs T (K).

[pic 4]

2.3 Ley de Graham

...