ESTADO GASEOSO

OBJETIVOS

Objetivo general Comprobar experimentalmente las leyes que rigen el estado gaseoso.

Objetivos específicos Realizar mediciones de presión utilizando manómetros en U. Estudiar el comportamiento de un gas y comprobar en forma practica el cumplimiento de las leyes

empíricas desarrolladas por Boye, Charles y Gay Lussac Generar un gas en condiciones controladas y recogerlo sobre agua, utilizando para ello en eudiómetro. Realizar medidas de magnitudes comunes en forma correcta y confiable. Calcular experimentalmente el valor de la constante R y comparar el valor hallado con el valor

bibliográfico. Realizar el tratamiento de datos con énfasis en promedios aritméticos y errores absoluto y relativo

FUNDAMENTO TEORICO.-Los sistemas materiales gaseosos se caracterizan desde un punto de vista MACROSCOPICO por:

Su homogeneidad

Su pequeña densidad, respecto de líquidos y sólidos;

La ocupación de todo el volumen del recipiente que los contiene;

la espontánea difusión de un gas en otro, dando soluciones.

La estructura de los gases es interpretada por la teoría cinético-molecular (MICROSCOPICO):

La sustancia, en estado gaseoso, está constituida por moléculas muy separadas entre sí, como corresponde a su baja densidad.

Las moléculas están animadas de perpetuo movimiento, trasladándose en línea recta en todas las direcciones y sentidos dentro del volumen ocupado.

Hay choques de las moléculas contra las paredes del recipiente y también entre si (choques intermoleculares).

Ley de boyle

El volumen de una masa definida de gas, a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión.En otras palabras, la presión varía en proporción inversa con el volumen y la interpretación matemática del comportamiento es:

Ley de Boyle

La aplicación de la ley de Boyle a dos estados, (1) y (2) permite aseverar que:

Ejemplo de una curva isotermica

Ley de charlesDe : una masa constante de gas a presión constante.El volumen de una masa definida de gas, a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta.En otras palabras, el volumen varía en proporción directa con la temperatura:

La interpretación matemática del comportamiento es:

Ley de Charles

La aplicación de la ley de Charles a dos estados, (1) y (2) permite aseverar que:

Ley de gay lussacLa presión de una masa definida de gas, a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta.En otras palabras, la presión varía en proporción directa con la temperatura:

La interpretación matemática del comportamiento es:

Ley de Gay Lussac

La aplicación de la ley de Charles a dos estados, (1) y (2) permite aseverar que:

Condiciones normales

Se conoce como condiciones normales de la materia gaseosa, a ciertos valores arbitrarios (acordados universalmente), de presión y temperatura, los que son:

T = 273 K ó t = 0 °C

P = 1 atm = 760 mmHg

En estas condiciones el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es de 22.4 litros (valor igual a V 0 en la ley de Charles). Al volumen ocupado por un mol de sustancia se denomina volumen molar.

Vapor

Sustancia en estado gaseoso. Los términos de vapor y gas son intercambiables, aunque en la práctica se emplea la palabra vapor para referirse al de una sustancia que normalmente se encuentra en estado líquido o sólido, como por ejemplo agua, benceno o yodo. Se ha propuesto restringir el uso del término a las sustancias gaseosas que se encuentren por debajo de su punto crítico (la máxima temperatura a la que se puede licuar aplicando una presión suficiente) y hablar de gas por encima de la temperatura crítica, cuando es imposible que la sustancia exista en estado líquido o sólido. Esencialmente, el uso de los términos es arbitrario, porque todas las sustancias gaseosas tienen un comportamiento similar por debajo y por encima del punto crítico.

Cuando se confina el vapor emitido por una sustancia a cualquier temperatura, ejerce una presión conocida como presión de vapor. Al aumentar la temperatura de la sustancia, la presión de vapor se eleva, como resultado de una mayor evaporación. Cuando se calienta un líquido hasta la temperatura en la que la presión de vapor se hace igual a la presión total que existe sobre el líquido, se produce la ebullición. En el punto de ebullición, al que corresponde una única presión para cada temperatura, el vapor en equilibrio con el líquido se conoce como vapor saturado; es el caso, por ejemplo, del vapor de agua a 100 °C y a una presión de 1 atmósfera. El vapor a una temperatura superior al punto de ebullición se denomina vapor sobrecalentado, y se condensa parcialmente si se disminuye la temperatura a presión constante.

A temperaturas y presiones normales, la presión de vapor de los sólidos es pequeña y suele ser despreciable. Sin embargo, la presencia de vapor de agua sobre el hielo demuestra su existencia. Incluso en los metales, la presión de vapor puede ser importante a temperatura elevada y presión reducida. Por ejemplo, la rotura del filamento de wolframio de una bombilla (foco) incandescente se debe fundamentalmente a la evaporación, que implica un aumento de la presión de vapor. Cuando se calienta una solución de dos sustancias volátiles, como agua y alcohol, el vapor resultante contiene ambas sustancias, aunque generalmente en proporciones distintas de las de la solución original. Normalmente se evapora primero un porcentaje mayor de la sustancia más volátil; este es el principio de la destilación.

Gas húmedoSe entiende por gas húmedo a la mezcla homogénea de gas seco y el vapor de un líquido. Los gases húmedos tienen las siguientes características:

- Se recogen generalmente sobre un líquido no volátil.- Tiene una aplicación de la ley de Dalton de las presiones parciales.- Se obtiene este gas burbujeando a través de un líquido.- Las moléculas arrastradas en forma de vapor son recolectadas como moléculas de gas y de líquido

vaporizado.

Humedad absolutaHumedad absoluta es la relación entre la masa de vapor y la masa del gas seco, contenidos en una masa de gas húmedo.

Humedad relativaLa humedad relativa es la relación entre la presión de vapor que contiene una masa de aire y la que contendría si estuviese saturado a la misma temperatura.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.-Medidas de presión.-

Ley de Boyle

Ley de Charles

Ley de Gay Lussac

Determinación de la constante R

MATERIALES Y REACTIVOS.-

Materiales

ITEM MATERIAL CARACT. CANTIDAD ITEM MATERIAL CARACT. CANTIDAD

1 Manómetro en U 4 9Aparato CENCO

para gases 1

2Termómetro de

mercurio 0-100 ºC 1 10Tubo generador

de gases 1

3Aparato para Leyes

de Charles y Gay Lussac

1 11 Jarro metálico 1

4 Eudiómetro 50 cm3 1 12Vaso de

precipitados de 1000 cm3

1000 cm3 1

5 Regla 50 cm 1 13Tapón de goma

con una perforación

1

6 Soporte universal 1 14Tubo de vidrio en

forma de U 1

7 Pinza porta bureta 1 15 Hornilla 1

8 Vernier 1 16

Reactivos

ITEM REACTIVO CARACTERÍSTICA1 Ácido p.a.2 Magnesio en p.a3 Zinc p.a

DATOS EXPERIMENTALES.-

Medidas de PresiónPresión manométrica (mm) Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4

Liquido manométrico agua 39 63 132 164

Liquido manométrico aceite 43 71 142 179

Liquido manométrico mercurio 3 4 9 11

Ley de BoyleDiámetro del tubo: 6.1 [mm]

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4 Alumno 5

Temperatura ambiente[ºC] 21 21 21 21 21

Presión manométrica Δh [mmHg] 109 120 129 137 150

Altura del gas h [mm] 263 260 257 251 247

Ley de Charles

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Presión constante [mmHg] 495 495 495 495

Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9

Volumen[cm3] 13.05 14.64 14.75 15.2

Ley de Gay Lussac

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Volumen constante [cm3] 13.05 13.05 13.05 13.05

Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9

Presión manométrica [mm Hg] -57 -24 5 35

Determinación de la constante R

Experiencia 1 Experiencia 2Masa de Mg [mg] 0.022 0.022

Volumen de H2 [cm3] 23.3 23

Presión manométrica [mm agua] 173 194

Temperatura[ºC] 22 22

CALCULOS.-

Medidas de Presión

Cálculo del valor promedio como el más representativo

Presión manométrica (mm) Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Liquido manométrico agua 39 63 132 164Liquido manométrico aceite 43 71 142 179Liquido manométrico mercurio 3 4 9 11Presion atm. La Paz (mm agua) 6732 6732 6732 6732Presion atm. La Paz (mm aceite) 7086.31 7086.31 7086.31 7086.31Presion atm. La Paz (mm Hg) 495 495 495 495

PROMEDIOPresion Abs. (mm agua) 6771 6795 6864 6896 6831.5Presion Abs. (mm aceite) 7129.31 7157.31 7228.31 7265.31 7195.06Presion Abs. (mm Hg) 498 499 504 506 501.75

Si:

Ley de Boyle.-

Diámetro del tubo: 6.1 [mm]

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4 Alumno 5Temperatura ambiente[ºC] 21 21 21 21 21Presión manométrica Δh [mmHg] 109 120 129 137 150Altura del gas h [mm] 263 260 257 251 247

Calculo de la presión absoluta para cada presión manométrica.

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4 Alumno 5Presión Manométrica. (mm Hg) 495 495 495 495 495Presión manométrica. (mm Hg) 109 120 129 137 150Presión Absoluta. (mm Hg) 604 615 624 632 645

Calculo del volumen del gas con la ayuda de la fórmula del volumen de un cilindroDiámetro del tubo: 6.1 [mm]

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4 Alumno 5Altura del gas h [mm] 263 260 257 251 247

Volumen [mm3] 7686.08707 7598.41307 7510.73907 7335.39108 7218.49242

Con los datos de presión absoluta y volumen, calcular la constante de Boyle KB

Realizar un gráfico Presión vs. VolumenP 604 615 624 632 645V 7686.08707 7598.41307 7510.73907 7335.39108 7218.49242

Realizar un gráfico Presión vs. 1/VP 604 615 624 632 6451/V 0.00013011 0.00013161 0.00013314 0.00013633 0.00013853

Como la pendiente es la constante de boyle:

Ley de Charles.-

Calculo de la temperatura absoluta para cada juego de datos.

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Temperatura 21 32.9 42.6 55.9Temperatura Absoluta (oK) 294 305.9 315.6 328.9

Con los datos de temperatura absoluta y volumen calcular la constante de Charles KCH.

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Presión constante [mmHg] 495 495 495 495

Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9

Volumen[cm3] 13.05 14.64 14.75 15.2

Realizar un gráfico Volumen vs. Temperatura relativa (ºC). En este grafico prolongar la recta hasta volumen 0 para encontrar el valor de cero absoluto de temperatura.

Realizar un gráfico de Volumen vs. Temperatura absoluta (ºK).

Como la pendiente es la constante :

Ley de Gay Lussac.-

Calcular la temperatura absoluta para cada juego de datos.

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Volumen constante [cm3] 13.05 13.05 13.05 13.05Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9Presión manométrica [mm Hg] -57 -24 5 35

Alumno 1 Alumno 2 Alumno 3 Alumno 4Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9Temperatura Absoluta (oK) 294 305.9 315.6 328.9Presión manométrica [mm Hg] -57 -24 5 35Presión Absoluta [mm Hg] 438 471 500 530

Con los datos de temperatura absoluta y presión calcular la constante de Gay Lussac KG.

Realizar un gráfico Presión vs. Temperatura relativa (ºC). En este grafico prolongar la recta hasta presión 0 para encontrar el valor de cero absoluto de temperatura.

Presión Absoluta 438 471 500 530Temperatura [ºC] 21 32.9 42.6 55.9

Realizar un gráfico de Presión vs. Temperatura absoluta (ºK).

Presión Absoluta 438 471 500 530Temperatura Absoluta (K) 711 744 773 803

Determinación de la Constante R Calcular el número de moles de H2 producidos a partir de la masa de Mg, considerando que 1 mol de H2

se obtiene a partir de 1 at-g de Mg.

Calcular la presión del H2 seco. Considerar que el gas obtenido es húmedo y que se debe restar la P v* a

la temperatura del sistema de la presión del gas húmedo para obtener la presión del gas seco.

Calcular con ayuda de la ecuación de estado la constante R experimental.

Calcular el error absoluto y relativo en cada caso tomando como referencia los valores bibliográficos.

OBSERVACIONES.- Se pudo ver que al momento de realizar mediciones, cada estudiante tiene diferente apreciación, por esta razón es que se tiene mucha variación entre medidas y resultados.

CONCLUSIONES.-Las mediciones a realizarse se deben realizar con la máxima concentración posible, además de que en el momento de realizar el experimento de la reacción del magnesio y el ácido clorhídrico se lo debe realizar con mucho cuidado ya que esta reacción es muy rápida, casi instantánea. Y además de que el magnesio es muy valioso en el laboratorio y se trata de no desperdiciarlo.