Practica 2 Leyes De Los Gases

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniería en Control y Automatización

Laboratorio de Química aplicada

Prof. Alejandra Montes Servín

Yañez Ramirez José Antonio

Grupo: 2am5

Practica No. 2

Leyes de los gases

Equipo: 2

INDICE

OBJETIVO………………………………………………………3

CONSIDERACIONES TEORICAS………………………...…3

MATERIAL Y REACTIVOS……………………………………5

PROCEDIMIENTO……………………………………………..6

CUESTIONARIO………………………………………………..8

OBSERVACION………………………………………………..10

CONCLUSION…………………………………………………..10

BIBLIOGRAFIA ………………………………………………….10

CALCULOS……………………………………………………….11

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.

CONSIDERACIONES TEORICAS:

Leyes de los gases

Experimentos realizados con un gran número de gases revelan que se necesitan cuatro variables para definir la condición física o estado, de un gas: temperatura, T; presión, P; volumen, V, y la cantidad de gas, la cual por lo general se expresa como el número de moles, n. Las ecuaciones que expresan las relaciones entre T, P, V y n se conocen como leyes de los gases. Como el volumen se mide fácilmente, las primeras leyes de los gases que se estudiaron expresaban el efecto de una de las variables sobre el volumen manteniendo constantes las variables restantes.

Ley de Boyle

A temperatura constante, el volumen de una muestra de gas es inversamente proporcional a la presión del gas. V=constante/ P o bien P x V= constante Al aumentar la presión de una muestra de gas a temperatura constante, disminuye el volumen de esa muestra. La ley de Boyle se utiliza para calcular el nuevo volumen que ocupara una muestra de gas si se cambia su presión. También puede emplearse para calcular la presión necesaria para lograr determinado cambio de volumen, siempre que la temperatura no cambie. Entonces, la ley de Boyle establece que:

“El volumen de una cantidad fija de gas mantenida a una temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión”.

Ley de Gay-Lussac

Gay-Lussac se dedicó al estudio de las relaciones volumétricas de los gases. Para describir una cantidad fija de gas se necesitan tres variables (presión, P; volumen, V, y temperatura, T). Con la ley de Boyle, PV=k, se relacionan la presión y el volumen a temperatura constante; con la ley de Charles, V=kT, se relacionan el volumen con la temperatura a presión constante. Una tercera relación donde intervienen presión y temperatura a volumen constante es una modificación de la ley de Charles y algunas veces se llama ley de Gay-Lussac, que menciona que:

“A volumen constante, la presión de una masa fija de gas es directamente proporcional a la temperatura Kelvin”

P=Kt ó P_1/T_1=P_2/T_2

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 gas, el volumen disminuía.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).

Ley combinada de los gases

La ley general de los gases o ley combinada dice que una masa de un gas ocupa un volumen que está determinado por la presión y la temperatura de dicho gas. Estudia el comportamiento de una determinada masa de gas si ninguna de esas magnitudes permanece constante.

Esta ley se emplea para todos aquellos gases ideales en los que el volumen, la presión y la temperatura no son constantes. Además la masa no varía. La fórmula de dicha ley se expresa: (V1 * P1) / T1 = (V2 * P2) / T2 Es decir, el volumen de la situación inicial por la presión original sobre la temperatura es igual a el volumen final por la nueva presión aplicada sobre la temperatura modificada.

La presión es una fuerza que se ejerce por la superficie del objeto y que mientras más pequeña sea ésta, mayor presión habrá

A partir de la ley combinada podemos calcular la forma como cambia el volumen o presión o temperatura si se conocen las condiciones iniciales (Pi,Vi,Ti) y se conocen dos de las condiciones finales (es decir, dos de las tres cantidades Pt, Vt, Tf).

MATERIAL

1 Vaso de precipitados de 250 〖cm〗^3

1 Agitador

2 Pesas de plomo

1 Mechero

1 Anillo

1 Tecla de Asbesto

1 Jeringa de plástico graduada de 20 cm3 herméticamente cerrada

1 Termómetro

1 Pinzas de vaso de precipitado

REACTIVOS:

Aire (N2, O2, Ar, CO2, Ne, He, Kr, H2, Xe, Rn, H2O, N2O, CH4, etc.)

PROCEDIMIENTO:

PRIMERA PARTE

1.- Monte la jeringa como de muestra en la figura 1

2.- Presione ligeramente el embolo, este regresara a un volumen inicial V0 corresponda una presión inicial P0.

P0 = PDF + 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 = P0 + P pesa chica

4.- Quite la pesa pequeña y ponga la más grande, presione ligeramente y anote V2 para una presión P2.

P2 = P0 + P pesa grande

5.- Finalmente con precaución ponga las dos pesas y anote V3 para una presión P3.

P3 = P0 + P pesas juntas

SEGUNDA PARTE

1.- Monte la jeringa, procurando que el nivel de 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 T1.

3.- Continúe 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, agitando 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.

3.- Continúe calentando hasta 60 °C y ponga la pesa grande, tome el volumen V2 a la temperatura T2 y a la presión P2.

CUESTIONARIO:

1.- Llene la tabla de datos y resultados siguientes:

Primera parte

P( dinas/cm2) V (cm3) PV (erg)

782761.88 10 7827618.8

856902.84 9 7712125.56

923497.58 8 7387980.64

997638.61 7.5 7482289.57

Segunda parte

T °C T °K V (cm3) V/T (cm3/K)

20 293 10 0.0341

40 313 10.5 0.0335

60 333 11 0.0330

80 353 11.2 0.0317

100 373 12 0.0321

Tercera parte

T °C T °K V (cm3) P (dinas/cm2) PV/T (erg/K)

40 313 10 856902.84 27377.08

60 333 9.5 923497.58 26346.02

2.- Con los datos obtenidos de la primera y segunda parte, construya las gráficas V-P y T-V, indicando el nombre de cada una de ellas

3.- De la primera parte, analizando la gráfica, si el gas se expande, su presión 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 de PV, V/T Y PV/T, ¿Por qué no son constantes?

Por qué en los tres casos algo varía como es la presión, el volumen o la temperatura, y por eso no puede llegar a ser constante.

Observaciones:

Pudimos observar que al tener una temperatura constante, al aumentar la presión disminuye, así como al tener presión constante, si aumentamos la temperatura el volumen también aumenta.

Conclusión:

Al realizar esta práctica pudimos comprobar las leyes de los gases ideales, tanto la de Boyle, Charles y la de los gases combinados. Pudimos ver que al utilizar las ecuaciones correspondientes de cada ley se comprueba lo que cada ley enuncia.

Bibliografía:

Fundamentos de química

Morris Hein, Susan Arena

Thomson

Pág. Consultada: 261, 267, 268, 270, 271, 273, 275

Química (ciencia central)

Theodore L. Brown

Pearson

Pág. Consultada: 318, 319, 320

CALCULOS:

Primera parte

Datos:

PDF = 585 mmHg

Membolo = 8 g.

Dint = 1.82 cm

Mpesa chica =196.5 g

Mpesa grande =373 g

Mpesas juntas = 569.5 g

V0 = 10 cm3

V1 = 9 cm3

V2 = 8 cm3

V3 = 7.5 cm3

Aembolo = π r2 = π (0.91 cm)2 = 2.60 cm2

Pembolo = F/A = (m g)/A = (8 g (981 cm⁄(s^2)))/(2.60 〖cm〗^2 ) = 3018.46 dinas/〖cm〗^2

Ppesa chica = (196.5 g (981 cm⁄(s^2)))/(2.60 〖cm〗^2 ) = 74140.96 dinas/〖cm〗^2

Ppesa grande = (373 g (981 cm⁄(s^2)))/(2.60 〖cm〗^2 ) = 140735.76dinas/〖cm〗^2

Ppesas juntas = (569.5 g (981 cm⁄(s^2)))/(2.60 〖cm〗^2 ) = 214876.73 dinas/〖cm〗^2

PDF = 585 mmHg (〖1.013x10 〗^(6 dinas/〖cm〗^2 )/(760 mmHg) ) = 779743.42 dinas/〖cm〗^2

P0 = PDF + Pembolo

P0 = 779743.42 + 3018.46 = 782761.88 dinas/〖cm〗^2

P1 = P0 + Ppesa chica

P1 = 782761.88 + 74140.96 = 856902.84dinas/〖cm〗^2

P2 = P0 + Ppesa grande

P2 = 782761.88 + 140735.7 = 923497.58dinas/〖cm〗^2

P3 = P0 + Ppesas juntas

P3 = 782761.88 + 214876.73 = 997638.61 dinas/〖cm〗^2

P0 V0 = K1

782761.88dinas/〖cm〗^2 (10 cm3) =7827618.8 erg

P1 V1 = K1

856902.84dinas/〖cm〗^2 (9 cm3) = 7712125.56 erg

P2 V2 = K1

923497.58dinas/〖cm〗^2 (8 cm3) = 7387980.64 erg

P3 V3 = K1

997638.61dinas/〖cm〗^2 (7 cm3) = 7482289.57 erg

Segunda parte

Datos:

T0 = Tagua = 20°C = 293 °K

T1 = 40 °C = 313 °K

T2 = 60 °C = 333 °K

T3 = 80 °C = 353 °K

T4 = 100 °C = 373 °K

V0 = 10 cm3

V1 = 10.5 cm3

V2 = 11 cm3

V3 = 11.2 cm3

V4 = 12 v

v_0/T_0 = K2

( 〖10 cm〗^3)/(293 °K) = 0.0341 〖cm〗^3/k

v_1/T_1 = K2

( 〖10.5 cm〗^3)/(313 °K) = 0.0335 〖cm〗^3/k

v_2/T_2 = K2

( 〖11 cm〗^3)/(333 °K) = 0.0330 〖cm〗^3/k

v_3/T_3 = K2

( 〖11.2 cm〗^3)/(353 °K) = 0.0317 〖cm〗^3/k

v_4/T_4 = K2

( 〖12 cm〗^3)/(373 °K) = 0.0321〖cm〗^3/k

Tercera parte

Datos:

T1 = 40 °C = 313 °K

T2 = 60 °C = 333 °K

V1 = 10 cm3

V2 = 9.5 cm3

P1 = 856902.84dinas/〖cm〗^2

P2 = 923497.58dinas/〖cm〗^2

(P_1 V_!)/T_1 =k

(856902.84 dinas/〖cm〗^2 (10 〖cm〗^3))/(313 °K) = 27377.08 erg/K

(P_2 V_2)/T_2 =k

(923497.58 dinas/〖cm〗^2 (9.5 〖cm〗^3))/(333 °K) = 26346.02erg/K

...