Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica Departamento de Ingeniera Elctrica Laboratorio de Qumica Leyes de los Gases 2EM5 Equipo numero 3 Villalobos Fuentes Carlos Arstides Acosta Racine Jorge Ivn Montes Rojas Elas Mrquez Ponce Miguel ngel Profesora: Arcelia Sahagn Victorino 2 OBJETIVO:3 CONSIDERACIONES TERICAS3 PRESIN ATMOSFRICA3 RELACIN ENTRE PRESIN Y VOLUMEN: LEY DE BOYLE4 RELACIN ENTRE TEMPERATURA Y VOLUMEN: LEY DE CHARLES-GAY LUSSAC4 RELACIN ENTRE CANTIDAD Y VOLUMEN: LEY DE AVOGADRO5 ECUACIN DE LOS GASES IDEALES6 TEORA CINTICA MOLECULAR6 MATERIAL Y SUSTANCIAS7 DESARROLLO DE LA PRCTICA7 PRIMERA PARTE7 OBSERVACIONES8 CONCLUSIN9 SEGUNDA PARTE9 OBSERVACIONES9 CONCLUSIN9 TERCERA PARTE9 OBSERVACIONES9 CONCLUSIN10 TABLAS, GRAFICAS Y RESULTADOS10 CONCLUSIONES11 BIBLIOGRAFA11 3 Leyes de los Gases Objetivo: Elalumnodemostraraconlosdatosobtenidosenellaboratorio,lasleyesdeBoyle, Charles-Gay Lussac y la ley Combinada del estado Gaseoso.Consideraciones Tericas Losgases son importantesya que se encuentran en la vida cotidiana, simplemente nuestra atmosfera esta compuesta por una mezcla de gases a la que llamamos aire, esta determina el clima y el Oxigeno del aire mantiene la vida. Muchos compuestos moleculares tambin son gases como el Cianuro de Hidrogeno que es altamente toxico y el Cloruro de hidrogeno. Los gases tienen caractersticas muy diferentes a las de los lquidos y slidos, por ejemplo ungasseexpandehastallenarunrecipienteporlotantoeltamaodelrecipientese convierte en su volumen, cosa que no se da en los lquidos y slidos. Las propiedades de los gases estn relacionadas con la presin, la temperatura, el volumen ylacantidaddemateriaexpresadaenmoles,estaspropiedadesprincipalmentesedebena que las molculas individuales estn relativamente separadas. Presin atmosfrica Laatmosfera,comotodalamateria,esatradahaciaelcentrodelaTierraporatraccin gravitacional,losgasesejercenunapresinsobrecualquiersuperficieconlaqueestnen contacto,porlotantoelpesodelaatmosferaejercepresinsobrecualquierobjetoenla Tierra,estapresinatmosfricadependedelaaltitudydelascondicionesclimatolgicas. EstamatemticamentedefinidacomoFuerza/rea.Lapresinatmosfricapuedeser medidamedianteunbarmetroyaqueestavariadeacuerdoallugardondeunose encuentre. La presin atmosfrica estndar es de 1 atm = 760 mmHg = 1.01325 x 10^5 Pa = 101.325 kPa. 4 Relacin entre presin y volumen: Ley de Boyle El primero en investigar la relacin entre presin y volumen fue Robert Boyle, quien resume sus observaciones y establece que el volumen de una cantidad dada de un gas a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presin. Esto lo podemos se puede observar en los globos aerostticos que al aumentar su altura el globo se expande mas debido a que la presin es menor, por lo contrario cuando el volumen de un gas disminuye la presin aumenta. La ley de Boyle se puede expresar en trminos matemticos como PV=constante. El valor de la constante depende de la temperatura y de la cantidad de gas en la muestra. La grafica de P como funcin de V de la figura presenta el tipo de curva que siempre se obtiene para determinada cantidad de gas a una temperatura fija v Relacin entre temperatura y volumen: Ley de Charles-Gay Lussac La relacin entre el volumen de un gas y la temperatura fue descubierta en 1787 por Jacques Charles que en trminos de la escala Kelvin, la ley se puede expresar de la siguiente manera: El volumen de una cantidad fija de gas a una presin constante, es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Esto tambin se puede observar en un globo aerosttico donde al calentar el aire dentro del globo este se expande. 5 La ley de Charles se puede expresar en la forma siguiente V/t = constante. El valor de la constante depende de la presin y de la cantidad de gas. Observe tambin que se puede predecir que el gas tendr un volumen cero a -273.15C, desde luego nunca se satisface esta condicin debido a que todos los gases se licuan o solidifican Relacin entre cantidad y volumen: ley de Avogadro Cuando aadimos gas a un globo este se expande y este no solo es afectado por la presin y temperatura del globo hay otra variable que influye. La hiptesis de Avogadro dice: Volmenes iguales de gases a la misma temperatura y presin, contienen igual cantidad de molculas. Para esto supongamos que tenemos 3 gases Ar, N2 y H2. De acuerdo a Avogadro, estos recipientes a 1 atm y 0C contienen 6.02*10^23 molculas que ocupan aproximadamente un volumen de 22.4lt Por lo tanto la ley de Avogadro dice: El volumen de un gas a temperatura y presin constantes es directamente proporcional al numero de moles Cada gas tiene la misma presin, temperatura, volumen y numero de molculas. Lo que difiere es la masa del gas debido al diferente peso molecular de cada gas.

6 Ecuacin de los gases ideales Un gas ideal es un gas hipottico, cuyo comportamiento en cuanto a presin, volumen y temperatura, esta descrito completamente por esta ecuacin. Que sale gracias a las leyes anteriores, sabemos que: Ley de Boyle V es proporcional a 1/P (n, T, constantes) Ley de Charles V es proporcional a T (n, P, constantes) Ley de Avogadro V es proporcional a n (P, T, constantes) Con esto sabemos que el Volumen es proporcional a (n*T)/P y si llamamos R a la constante de proporcionalidad que tenemos formulamos la siguiente ecuacin. PV=nRT R la deducimos usando las condiciones normales y al utilizarla siempre debemos usar las unidades correctas. Teora cintica molecular Estas ecuaciones anteriores explican el como se comportan los gases mas sin embargo no explican el porque. Con la teora cintica molecular podremos entender mejor las propiedades fsicas de los gases. 1.Los gases constan de gran numero de molculas que se encuentran en constante movimiento y al azar. 2.El volumen de las molculas es despreciable en comparacin con el volumen total. 3.Las fuerzas de atraccin y repulsin de las molculas es despreciable 4.Las colisiones entre las molculas de los gases son totalmente elsticas. 5.La energa cintica promedio de los gases es proporcional a su temperatura absoluta La teora cintica nos ayuda a comprender la presin que es en si el choque de las molculas de gas contra el recipiente que lo contiene. La temperatura absoluta que es igual a la energa cintica del gas, en otras palabras es la velocidad de las molculas del gas. Por lo tanto la disminucin de espacio como el aumento de la temperatura alteran la presin que ejercen los gases sobre una superficie. 7 Material y Sustancias Material: 1 Vaso de precipitados de 250 ml 1 Agitador 2 Pesas de Plomo 1 Mechero 1 Anillo 1 Pinza universal 1 Tela de asbesto 1 jeringa de plstico graduada de 10 ml hermticamente cerrada 1 Termmetro 1 Pinzas para vaso de precipitados Datos: PDF = 585 mmHg m Embolo = 8g D int = 1.81 cm 760 mmHg =1.013x10^6 dinas/cm^2 P = f/A = m * g /A Desarrollo de la prctica Primera Parte 1.Mante la jeringa como se indica en la figura 1. 2.Presione ligeramente el embolo, ste regresar a un volumen inicial V0 correspondiente a una presin inicial P0. 8 P0 = P DF + P PDF = 585 mmHg * ( 1.013x10^6 dinas/cm^2 / 760 mmHg) = 779743.42 Dinas / cm^2 P0=(8g * 981 cm/s^2)/(*.91^2cm) + 779743 Dinas / cm^ = 782760.08 Dinas /cm^2 3.Ponga arriba del embolo la pesa mas pequea y con precaucin presione ligeramente el embolo regresara a su volumen V1 correspondiente a una presin P1. P1 = P0 + P pesa 1 P1 = 782760.08Dinas/cm^2 + ((211.5g * 981 cm/s^2)/(*.91^2cm)) = 862513.0237 Dinas/cm^2 4. Quite la pesa pequea y ponga la mas grande, presione ligeramente y anote V2 para una presin P2. P2= P0 + P pesa 2 P2 = 782760.08Dinas/cm^2 + ((401.5g * 981 cm/s^2)/(*.91^2cm)) = 933970.1529 Dinas/cm^2 5.Por ltimo, con precaucin ponga las 2 pesas y anote V3 para una presin P3. P3 = P0 + P pesa 1 y 2 P3 = 782760.08Dinas/cm^2 + (((211.5g+ 401.5)* 981 cm/s^2)/(*.91^2cm)) = 1013723.097 Dinas/cm^2 Observaciones Cada ves que la presin aumenta el volumen disminuye. En otras palabras cada ves que la fuerza aplicada al embolo es mayor, hace que el volumen disminuya. 9 Conclusin La presin es inversamente proporcional al volumen. Segunda Parte 1.Monte la jeringa como se indica en la figura 2, procurando que el nivel del agua este arriba del volumen del aire del la jeringa. Presione ligeramente y tome su volumen V0 correspondiente a una temperatura0 que ser la temperatura ambiente del agua, para una presin P0 constante. 2.Calentar y agitar constantemente hasta 40C, presione ligeramente y anote el volumen V1 correspondiente a una T1. 3.Contine calentando, agitando y anotando los volmenes a temperatura de 60C, 80C y temperatura de ebullicin del agua. Observaciones Al aumentar la temperatura el volumen aumenta. En otras palabras la presin ejercida por el gas aumenta.Conclusin El volumen es directamente proporcional a la temperatura Tercera Parte 1.Se inicia de igual forma que la segunda parte. 2.Caliente, agitando hasta 40C y ponga la pesa chica, oprima ligeramente y tome el volumen V1 correspondiente a una T1 y a la presin P1. 3.Contine calentando hasta los 60C y ponga la pesa grande, tome el volumen V2 a la temperatura T2 y a la presin P2. Observaciones Al aumentar la temperatura y ejercer una presin sobre el gas este mantuvo su volumen y cuando se aumento la temperatura y la presin sigui, manteniendo su volumen. 10 Conclusin Prueba nuestras conclusiones anteriores, donde la presin es inversamente proporcional al volumen y que la temperatura es directamente proporcional al volumen. Tablas, graficas y Resultados P (dinas/cm^2)V (cm^3)PV (erg) 782760.08 dinas/cm^212 cm^39393120.96 erg 862513.02 dinas/cm^211 cm^39485643.22 erg 933970.15 dinas/cm^210 cm^39339701.5 erg 1013723.09 dinas/cm^29 cm^39123507.8 erg T ( C )T ( K )V (cm^3)V/T (cm^3 / K ) 18 C291 K9 cm^3.0309 cm^3 / K 40 C313 K9.2 cm^3.0293 cm^3 / K 60 C333 K10 cm^3.0300 cm^3 / K 80 C353 K10.5 cm^3.0297 cm^3 / K 95 C368 K11 cm^3.0298 cm^3 / K T ( C )T ( K )V (cm^3)P (dinas/cm^2)PV/T ( erg / K) 40 C313 K8.5 cm^3862513.02 dinas/cm^2 23422.87 erg / K 60 C333 K8.5 cm^3933970.15 dinas/cm^2 23840.07 erg / K *Graficas anexadas en la prctica De la primera parte, analizando la grafica, si el gas se expande, su presin tendr que: disminuir De la segunda parte, analizando la grafica, para que un gas se expanda, su temperatura tendr que: aumentar 11 Analizando las tablas de resultados, los valores PV, V/T y PV/T Por qu no son constantes? Debido a la falta de la exactitud dentro de nuestras mediciones observables.Observaciones Al momento de realizar la prctica existieron varios problemas con la exactitud de nuestras medidas Conclusiones Las leyes de Charles, Avogadro y Gay-Lussac no se cumplieron en su totalidad debido a la falta de exactitud en las medidas observables y porque se trabajo con la ecuacin de los gases ideales. Pero todos nuestros resultados tienden a un numero por lo tanto pienso que se tuvo xito en demostrar estas leyes aunque no se hayan cumplido al pie de la letra. Bibliografa Atkins, P. W., Jones, L., & Gismondi, M. I. (2006). Las propiedades de los gases. Principios de qumica: los caminos del descubrimiento (3a. ed., pp. 125 - 150). Buenos Aires: Mdica Panamericana. Brown, T. L., Garca, H. J., & Garca, R. L. (2004). Gases. Qumica: la ciencia central (5a ed., pp. 368 - 402). Mxico: Pearson Educacin.