Practica quimica gases COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS GASESOSOS

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Práctica N. 7        COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS GASESOSOS

1.  OBJETIVOS

1. Estudiar algunas propiedades características de los gases como difusión, volumen y forma indefinidos.
2. Explicar el comportamiento de los gases con base en las leyes fundamentales (Ley de Boyle, Ley de Charles - Gay Lussac y Principio de Avogadro), que relacionan las diferentes variables: n (número de moles), P (presión), V (volumen) y T (temperatura).
3. Reconocer la importancia del estado gaseoso, en particular del aire para la supervivencia de varias especies sobre la superficie terrestre.

2.  FUNDAMENTO TEÓRICO

En general, la fortaleza del enlace entre átomos o moléculas define los tres estados fundamentales de la materia, sólido, líquido y gaseoso. El último se caracteriza por no tener forma ni volumen definidos, como consecuencia de las mínimas fuerzas de interacción entre las moléculas que forman el sistema gaseoso; esta concepción justifica una de las principales propiedades de los gases, "la difusión”, que es mucho mayor que en sólidos y líquidos. Por difusión, el gas trata de ocupar el mayor volumen posible, esto explica porque un olor agradable o desagradable es rápidamente percibido en un espacio mayor.

Para el estudio de este importante estado de agregación de la materia, se considera la existencia de gases reales e ideales. En los primeros se considera que hay fuerzas atractivas entre las moléculas (fuerzas que son las responsables de que el gas se licue) y que estas ocupan volumen. En los gases ideales, por el contrario, las fuerzas atractivas entre las moléculas al igual que el volumen ocupado son despreciables.

La mayoría de ecuaciones para determinar el comportamiento de un sistema gaseoso se han realizado con base en la definición de gases ideales, sin embargo, a temperaturas elevadas (atracciones intermoleculares mínimas) y presiones bajas (máximo volumen ocupado), los gases reales tienden a comportarse idealmente, por lo cual podemos utilizar las mismas fórmulas bajo estas condiciones.

Para describir el comportamiento de un sistema gaseoso se requieren cuatro variables, n, P, V y T; la variación de estas propiedades manteniendo alguna variable constante, ha dado lugar a las leyes fundamentales de los gases:

1. Ley de Boyle: Experimentalmente encontró que “el volumen de un gas a temperatura y número de moles constantes es inversamente proporcional a la presión”. Matemáticamente se expresa de la siguiente forma:

1.    1/P                   V = K/P                 PV =  K                    PoVo = PfVf

1. Ley de Charles: Establece que “a presión y número de moles constante, el volumen de un gas varía de forma directa con la temperatura del sistema”. Matemáticamente se expresa por:

1.     T                    V = KT                   V/T = K                    Vf To= VoTf   

1. Ley de Difusión de Graham: Dice que “a igual temperatura y presión, la velocidad de difusión (V) de los gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de sus pesos moleculares (M). Por definición se tiene que la velocidad es igual a distancia (r), sobre tiempo (t) en segundos.

        rA / tiempo  / rB / tiempo V [pic 2]A         

La ecuación de estado para los gases ideales PV = nRT resulta de la combinación de las leyes de Boyle, Charles-Gay Lussac y el principio de Avogadro, de donde R es la constante de los gases y su valor corresponde a 0.0820 atm.L/mol.K

3.  MATERIALES Y REACTIVOS          

4.  PROCEDIMIENTO

1.  Ley de Boyle: En un tubo de vidrio en forma de J, adicionar agua hasta cubrir la parte curva del tubo, y tapar la rama pequeña del tubo con un tapón perfectamente ajustado. Medir el radio interno del tubo y la altura de la columna del aire encerrado entre el tapón y el nivel de agua dentro del mismo (PV = K), tal y como se muestra en la parte izquierda de la Figura 1.

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Figura 1. Ilustración de la ley de Boyle

Agregar por la parte abierta del tubo una cantidad suficiente de agua hasta que la columna de agua suba 30 cm, medir la nueva altura del aire encerrado para hallar su volumen y medir la altura de la columna de agua desde la nueva referencia, para hallar la presión que ejerce ésta sobre la columna de aire. Realizar una segunda adición de agua (alrededor de otros 30 cm), para lograr otra relación de PV = K (observar la parte derecha de la Figura 1). Registrar los datos tal como se sugiere en la tabla 2 (Tabla 2. Datos de la ley de Boyle. Ver sección de

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