La determinación del coeficiente de expansión de los gases y de la densidad de

OBJETIVO

Determinar el coeficiente de expansión de los gases así como la densidad a través del experimento y utilizar los conocimientos adquiridos relacionados con las leyes de los gases.

INTRODUCCIÓN – RESUMEN

En esta practica demostraremos experimentalmente que los gases pueden definirse de acuerdo a los valores de sus variables como presión, volumen y temperatura; y las cuales tienen una relación entre sí, esto lo conseguiremos a través de ir variando la temperatura y calculando los cambios en el volumen del gas, de esta forma comprobaremos o negaremos la Ley de Charles – Gay Lussac.

ANTECEDENTES

COEFICIENTE DE EXPANSION DE LOS GASES

Todos los gases tienen un comportamiento casi idéntico e independientemente de su naturaleza. Este comportamiento se estudia a través de las variaciones de tres parámetros: presión. Volumen y temperatura. El estado de un gas está caracterizado por los valores que toman esos parámetros. En el caso general, ellos pueden modificarse simultáneamente, pero es usual estudiar previamente el comportamiento del gas cuando permanece constante uno de los parámetros y varían los otros dos.

El primer estudio experimental de la variación isobárica del volumen con la temperatura lo hizo J. Charles (1787)y años mas tarde lo verifico Gay Lussac (1802). La ley de Charles postula que, a presión constante, el volumen de cualquier gas se expande en la misma fracción de su volumen inicial a 0 °C por cada aumento de un grado centígrado en la temperatura. Experimentalmente Charles y Gay Lussac descubrieron que por cada aumento de un grado es la temperatura el volumen del gas se incrementaba en, aproximadamente, 1/273 de su valor a 0°C. Este valor es más o menos constante para todos los gases. Así pues un aumento de diez en la temperatura en grados centígrados hará que aumente el volumen de cualquier gas en aproximadamente 10/273 de su volumen a 0°C.

En general, la ley de Charles se puede expresar en forma de ecuación como sigue si el volumen del gas o 0°C es Vo y si el aumento fraccional en volumen por grado es v, el Coeficiente de expansion del volumen, entonces el aumento de volumen debido a un incremento de temperatura de t grados es:

Incremento fraccional en volumen incremento en

Volumen a 0°C * *

incremento en temperatura

= Vo * v * (t - o)

Si el volumen a la temperatura t es Vt, el aumento de volumen dado por la ecuación anterior es, simplemente, (Vt - Vo), de modo que:

Vt - Vo = Vo v t

O bien,

Vt= Vo ( 1 + v t)

LEY DE LOS GASES IDEALES

La ecuación de estado

La ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

Donde:

= Presión.

= Volumen.

= Moles de gas.

= Constante universal de los gases ideales .

= Temperatura en Kelvin.

Ecuación general de los gases ideales

Partiendo de la ecuación de estado:

Tenemos que:

Donde R es la constante universal de los gases ideales, luego para dos estados del mismo gas, 1 y 2:

Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles «n» es constante), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

Ley de Boyle-Mariotte

También llamado proceso isotérmico. Afirma que, a temperatura y cantidad de materia constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:

(n, T ctes.)

Leyes de Charles y Gay-Lussac

En 1802, Louis Gay Lussac publica los resultados de sus experimentos, basados en los que Jacques Charles hizo en el 1787. Se considera así al proceso isobárico para la Ley de Charles, y al isocoro (o isostérico) para la ley de Gay Lussac.

Proceso isobaro (de Charles)

(n, P ctes.)

Proceso isocoro (de Gay-Lussac)

(n, V ctes.)

Ley de Avogadro

La Ley de Avogadro fue expuesta por Amedeo Avogadro en 1811 y complementaba a las de Boyle, Charles y Gay-Lussac. Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isobaro e isotermo), el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente, de tal modo que:

(T, P ctes.)

Esta ecuación es válida incluso para gases ideales distintos.

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