COMPORTAMIENTOS DE SISTEMAS GASEOSOS

COMPORTAMIENTOS DE SISTEMAS GASEOSOS

Departamento de Química.

Realizado el 27 de Febrero del 2019.

Entregado el 13 de Marzo de 2019.

           Esta práctica comprobó el comportamiento de los gases, a partir de las leyes de Boyle, Charles-Lussac y de Graham, para esto se realizaron 3 experimentos, el primero consistió en usar un tubo en J con ácido propílico, para medir un cambio de volumen en función de la presión, el segundo utilizó el calor sensible de un Erlenmeyer, para medir la relación entre volumen y temperatura de un gas, y el tercero se basó en medir el tiempo de difusión del gas  y el gas . Los resultados que se obtuvieron de los anteriores experimentos, son que en el primero por el cambio de la presión, afectó inversamente el volumen, en el segundo, que a medida que el erlenmeyer tenía mayor temperatura, también era mayor el líquido condensado dentro y en el tercero, se observó que los gases tienen diferentes velocidades para difundirse en un espacio.[pic 1][pic 2]

           Palabras clave: Gas ideal;  temperatura, presión, volumen, difusión.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades físicas de la materia dependen de su estado, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Este último, es el más simple, al menos a nivel molecular, debido a que el movimiento molecular de los gases es completamente aleatorio y la fuerza de atracción de sus moléculas es tan débil que prácticamente cada molécula se mueve de forma libre e independiente, a menos que el gas esté sometido a alta presión. En consecuencia, tienen la propiedad de adoptar la forma de los recipientes que los contienen, de mezclarse completamente con otros gases cuando están encerrados en el mismo recipiente y tienen mayor compresibilidad que los otros dos estados. La primera propiedad mencionada, hace referencia a la indefinición de forma y volumen del gas, la segunda se refiere a la difusión de gases  y la tercera a la compresibilidad.

La ley de Boyle establece que: “a una temperatura constante el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión”1, es decir, que si a temperaturas constantes se aumenta la presión (P) a un gas, el volumen (V) de este disminuye, pero, si por el contrario le disminuimos la presión, entonces su volumen aumenta, con esto también se observa la indefinición del volumen. Esta ley, se establece matemáticamente por la siguiente ecuación:

             o     o             [pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

donde  es una constante. [pic 7]

La ley de Charles dice que el volumen de una masa fija de gas depende tanto de la temperatura (T) como de la presión. Entonces, si la presión se mantiene constante, el volumen debe incrementarse con un aumento de temperatura, esto quiere decir que la relación volumen-temperatura es directamente proporcional. Matemáticamente, esta ley se puede expresar de la forma:

                         o                 [pic 8][pic 9][pic 10]

Es importante aclarar, que para la anterior ley, la temperatura debe ser expresada en Kelvin (K). Puesto que, 0 K es el cero absoluto, la escala Kelvin no tiene temperaturas negativas2.

La ley de difusión de Graham establece las velocidades de difusión de los gases es inversamente proporcional a las raíces cuadradas de sus respectivas masas molares, es decir que, si la masa molar del gas  aumenta, la velocidad cuadrática media (VCM)3 del gas disminuye, y  viceversa.  Matemáticamente, se expresa:

                 o            [pic 11][pic 12][pic 13]

La ley de Boyle, la ley de Charles-Lussac y el principio de Avogadro, forman la ecuación de gases ideales , donde el principio de Avogadro es la interpretación de las proporciones de los volúmenes de gases en reacciones químicas. [pic 14]

                                                [pic 15][pic 16]

donde  es la constante de los gases y su valor es: 0.08206 .[pic 17][pic 18]

Finalmente, en este informe se presentará los resultados de una serie de experimentos con el fin de entender el comportamiento de los gases, también se comprenderá las relaciones que tienen la temperatura, el volumen, la presión y la cantidad (,mol) de un gas, para ello se realizará tres experimentos: ley de Boyle, ley de Charles-Gay Lussac y ley de Graham.[pic 19]

PROCEDIMIENTO

Para la ley de Boyle, primero se adicionó alcohol Isopropílico a un tubo de vidrio en forma de J, cuando ya estuvo cubierta la parte curva del tubo, se tapó con silicona el lado corto. Segundo,  por el extremo abierto, se añadió poco a poco más líquido hasta alcanzar el enrase, tomando las respectivas  mediciones. Luego, para la ley de Charles-Gay Lussac, primero se midió la masa del conjunto: erlenmeyer y tapón con tubo, luego, se midió nuevamente, con agua; una vez medida esta masa, se coloca el erlenmeyer vacío a baño María. Cuando el recipiente tuvo la temperatura deseada, se invirtió y se colocó en el agua a temperatura ambiente, se dejó ahí hasta que el recipiente tomó la misma temperatura, se repitió las anteriores mediciones con 3 temperaturas distintas. Finalmente, para la ley de Graham, primero se agregó en dos erlenmeyer  la misma cantidad de solución de Amoníaco y ácido clorhídrico, respectivamente, segundo, se tapó con un tubo en C inmediatamente y tercero, con el cronómetro se tomó el tiempo que demoró en formarse el anillo blanco en el tubo.  

DATOS Y CÁLCULOS

Tabla 1. Ley de Boyle.

Figura 1.

[pic 33]

Figura 1. El lado izquierdo corresponde al lado corto y el derecho al lado más largo. Se aprecia el cambio de volumen por la presión del lado izquierdo.

Tabla 2. Ley de Charles.

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