Leyes de los gases ideales.

LEYES DE LOS GASES IDEALES[pic 4]

José Guzmán 1, Mary Ortega1, Kelly Pacheco1 & Cristian Turizo1

1Estudiantes del Programa de Licenciatura en Biología y Química, Facultad de Ciencias de la Educación, Universidad del Atlántico Km 7 Antigua vía Puerto Colombia

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Resumen:

Las leyes de los gases son generalizaciones empíricas que describen el comportamiento de los mismos en determinadas condiciones experimentales. En este caso, se determinó de manera cuantitativa la relación entre presión y volumen para un gas ideal. Para esto, se realizó un montaje, en el cual se utilizó un kitasato, al que se le adicionó agua coloreada hasta sus 2/3 partes, además de un tubo capilar y una jeringa. De lo cual, se obtuvo el volumen de la jeringa y la altura del líquido en el capilar, entonces se realizaron una serie de cálculos, para así, hallar la presión y el volumen del aire. Lo anterior, nos permitió plantear la relación inversamente proporcional entre la presión y el volumen, qué es lo que establece la ley de Boyle.

Palabras claves: Gases, presión, volumen,  jeringa.[pic 6]

Introducción

Los gases difieren significativamente de los sólidos y los líquidos en varios aspectos. Por ejemplo, un gas se expande espontáneamente hasta llenar su recipiente y además es muy comprensible: cuando se aplica presión a un gas, su volumen disminuye fácilmente. Mientras, que los líquidos y los sólidos no se expanden para llenar sus recipientes y tampoco son fácilmente compresibles (Brown et al., 2004). Por su parte, todos los gases están conformados por moléculas reales, que se encuentran frecuentemente confinadas en recipientes reales y se miden mediante instrumentos reales; pero, el comportamiento de los gases reales en ciertas condiciones es casi idéntico al de los gases ideales (un gas teórico), debido a que éstos obedecen a ciertas leyes que se pueden expresar mediante ecuaciones simples (Hepler, 1969). Cabe resaltar, que bajo condiciones moderadas de temperatura y presión, los gases reales se comportan como gases ideales, pero si la temperatura es muy baja o la presión es muy alta, entonces las propiedades de los gases reales se desvían considerablemente de las propiedades de los gases ideales (Daub, W. & Seese, W., 2005).

Así mismo, en esta práctica de laboratorio se comprobó la ley de Boyle, la cual establece que “a temperatura constante y para la misma masa de gas, las presiones son inversamente proporcionales a los volúmenes”. La fórmula es la siguiente:

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Todo esto, con los objetivos de reconocer las propiedades de los gases y determinar de manera cuantitativa la relación entre presión y volumen para un gas ideal.

Metodología

Se  Adicionó un volumen exacto de agua al kitasato hasta sus 2/3 partes y posteriormente se le añadió dos gotas de azul de metileno, para así,  visualizar más fácilmente la columna de líquido. Las lecturas se iniciaron con un volumen conocido de aire en la jeringa y señalando con el marcador el tope de la columna de líquido en el capilar. Posteriormente, se midió la altura de la columna (hc) hasta la superficie del líquido en el kitasato, se introdujo  0.50 ml el émbolo de la jeringa y seguidamente se marcó el nuevo tope del líquido en el capilar. Cabe resaltar, que lo anterior se repitió cada 0.50 ml hasta obtener  3 lecturas. Finalmente, se midió la distancia entre marcas para estimar la altura de la columna cada vez que se disminuyó el volumen en la jeringa.

Resultados

Los datos obtenidos mediante la realización del experimento, fueron los siguientes:

Tabla 1. Valores del volumen de la jeringa (Vj) y de la altura del capilar (hc).

Posteriormente, se halla la presión del aire  (Pa) por medio de la siguiente fórmula:

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Luego, se calcula el volumen del aire (Va) empleando:

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En dónde:

Ve= Volumen del kitasato, ml
Vj = Lectura de volumen en la jeringa, ml
Vl = Volumen de agua en el kitasato, ml
Vc= Volumen del capilar dentro del kitasato

Con respecto a estos valores, en la práctica se obtuvo:

Ve= 150 ml
Vl = 90 ml

Sin embargo, nos falta el volumen del capilar dentro del kitasato  (Vc), el cual se halla a través de la siguiente fórmula:

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r= Radio del capilar = 0.1 cm
h= Altura de la columna de agua en el capilar

Por lo que se obtiene:

Tabla 2. Valores del volumen de la jeringa (Vj), de la altura del capilar (hc) y del volumen del capilar dentro del kitasato.

Entonces, ahora sí es posible hallar el volumen del aire:

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Figura 1. Pa Vs 1/Va.

Luego, hallamos  para cada dato:[pic 20]

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Ahora se procede a organizar los valores obtenidos:

Tabla 3. Valores del volumen del aire (Va), 1/volumen (1/Va) y la presión del aire (Pa).

De lo anterior, se obtiene la gráfica que relaciona la presión del aire (Pa) con el inverso del volumen (1/Va) (ver figura 1).

Para comprobar la ley de Boyle se utilizó la siguiente ecuación:

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