Ensayo Quimica I (Metales Y No Metales)

Objetivo general:

Comprobar experimentalmente las leyes para gases ideales.

Objetivos específicos

Comprobar experimentalmente la Ley de Boyle y Mariotte.

Comprobar experimentalmente la Ley Charles y Gay-Lussac, y determinar el cero absoluto.

Materiales y reactivos

1 Matraz Ertenmeyer de 250ml.

1 Vaso de precipitado de 2000 ml.

1 Vaso de precipitado de 1000 ml.

3 Cilindros graduados de 100, 500 y 1000 ml.

1 Termómetro.

1 Soporte universal.

1 Pinza tipo nuez.

1 Pinza de extensión.

1 Bureta de 50 ml.

1 Regla de 30 cm.

1 Tapón monohoradado.

Plancha de calentamiento.

Pinza para bureta.

Procedimiento Experimental

Ley de Boyle.

Se llena una probeta de 1000 ml con agua hasta alcanzar unos tres cuartos de su volumen total. Con la llave abierta, se invierte una bureta dentro de la probeta y se cierra la llave al llenar un cuarto de su volumen con agua. La bureta se mantiene cerrada a lo largo de todo el experimento, asegurándose de que no existan fugas.

Se obtienen tres diferentes lecturas de volumen y presión para el aire contenido para tres condiciones de posición de la bureta: una al mismo nivel del agua en el cilindro, otra a un nivel más alto y otra a un nivel más bajo. El desnivel (h) se mide con la regla. Posteriormente se halló la presión barométrica del Laboratorio y el volumen Vo para la bureta (que representa el volumen del aire contenido entre la medida de 50 ml y la llave de cierre de la bureta), y todos los datos obtenidos para demostrar la Ley de Boyle se anotaron en sus respectivas tablas de datos.

Ley de Charles.

Para esta actividad se utilizó una plancha de calentamiento, mediante la cual se calentó un matraz perfectamente seco en un baño de maría hecho con el vaso de precipitado de 1000 ml. El agua permaneció en estado de ebullición durante diez minutos aproximadamente, para luego medir su temperatura. Luego se tapó con el dedo el tubo de vidrio del tapón del matraz, y se invirtió dentro de un vaso de precipitado de 2000 ml con suficiente agua. Se quitó el dedo del tubo después de ubicarlo bajo el agua, permitiendo así que la temperatura del aire dentro del matraz se igualara con la temperatura del agua, durante un tiempo aproximado de 5 minutos.

Posteriormente se agitó el matraz de modo que se igualaran los niveles de temperatura dentro y fuera de éste, se tapó el tubo del tapón con el dedo y se le retiró del vaso de precipitado, midiendo su temperatura antes de sacarlo. Después se midió el volumen de agua dentro del matraz con el cilindro de 100 ml, y el volumen del mismo llenándolo con agua y vertiéndola en otro de 500 ml, estableciendo que el volumen final del gas seria la diferencia de éstos. Los datos obtenidos para demostrar la Ley de Charles se anotaron también en sus respectivas tablas de datos.

Datos teóricos y experimentales:

Tabla de datos obtenidos para demostrar la Ley de Boyle.

V agua (ml) h (cmH2O)

10,2 0

9,5 14,5

10,8 8,3

Tabla de medida de Vo.

Vo(ml) 2,5

Tabla de temperatura medida del agua.

Temperatura (ºC) 31 ºC

Tabla de datos teóricos.

Densidad del mercurio (g/cm3) Densidad del agua (g/cm3)

3,6 1

Tabla de datos obtenidos para demostrar la Ley de Charles.

Temperatura 1 (ºK) 373

Temperatura 2 (ºK) 305

Volumen del agua dentro del matraz (ml). 94

Volumen que contiene el matraz completamente lleno de agua (ml). 250

Tabla de datos teóricos.

Presión barométrica o de trabajo 755,39 mmHg

Presión de vapor de agua a la temperatura 2 33,70 mmHg

Resultados

Ley de Boyle.

Para h=0

Para este caso, el nivel de agua dentro de la bureta coincide en posición con el nivel de agua dentro del cilindro, justificando así el valor de la altura (h). El valor del volumen de agua dentro de la bureta obtenido fue de 10,2 ml, de esta manera el volumen de aire dentro de la bureta para esta condición (Vaire1) será la diferencia entre el volumen total de la bureta (50 ml) menos la medida del volumen de agua (LDH2O), añadiendo el volumen inicial (Vo) excelente.

V_aire1=50ml- 〖LDH〗_2 O+V_o=50ml-10,2ml+2,5ml

V_aire1=42,3ml

Para calcular la presión de aire bajo esta misma condición, es necesario aplicar un concepto ajeno al objetivo de la práctica, conocido como Ley de Dalton, el cual consiste en establecer una relación algebraica entre las diferentes presiones presentes en el experimento, es decir, la presión barométrica (Patmf), la presión de aire (Paire1), la presión del vapor de agua (PvaporH2O) y la presión que ejerce la altura de cada experimento, la cual en este caso es de cero (Ph). Para efectos del experimento la presión barométrica es igual a 755,39 mmHg y la presión del vapor de agua a la temperatura del laboratorio (31ºC) es igual a 33,70 mmHg. De esta manera se establece la siguiente igualdad.

P_atmf= P_aire1+P_(〖Vapor H〗_2 O)+P_h

Despejando la presión de aire que se desea hallar:

P_aire1= P_atmf-P_(〖Vapor H〗_2 O)-P_h

P_aire1= 755,39mmHg-33,70mmHg-0

P_aire1= 721,69mmHg

Para h=14,5 cmH20

Bajo esta condición, el volumen de agua en el interior de la bureta varía hasta 9,5 ml, por lo tanto el valor del volumen de aire también se modifica. Aplicando el mismo concepto del caso anterior, se tiene que:

V_aire2=50ml- 〖LDH〗_2 O+V_o=50ml-9,5ml+2,5ml

V_aire2=43ml

Del mismo modo, se calculó la presión de aire para el segundo caso, empleando los mismos valores de presión barométrica y de vapor de agua. Sin embargo, la presión de altura ya no es nula, y la unidad en la que está representada no es la adecuada para efectos del experimento. Por ende es necesario realizar una conversión de cmH2O a mmHg.

Primero se establece una relación de igualdad entre la presión de agua y la de mercurio, tomando en cuenta que la presión de altura es igual a la altura propiamente dicha multiplicada por la gravedad y por la densidad tanto del mercurio como del agua respectivamente. De esta manera:

P_Hg=P_(H_2 O)

h_Hg∙g∙ρ_Hg=h_(H_2 O)∙g∙ρ_(H_2 O)

h_Hg∙ρ_Hg=h_(H_2 O)∙ρ_(H_2 O)

h_Hg=(h_(H_2 O)∙ρ_(H_2 O))/ρ_Hg

A partir de esta última expresión matemática, se obtiene el factor de conversión

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