LABORATORIO DE TERMODINAMICA PRACTICA Nº5 “Comportamiento de los gases”

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DIVISION DE CIENCIAS E INGENIERIAS

LABORATORIO DE TERMODINAMICA

PRACTICA Nº5 “Comportamiento de los gases”

Objetivos.

1. Observar el comportamiento general en las variables de presión, volumen y temperatura para un gas.
2. Observar la dependencia entre variables termodinámicas Temperatura, Presión y Volumen.

Fundamento teórico.

El comportamiento de los gases es tema de estudio desde hace varios siglos hasta el momento (1). Boyle fue uno de los primeros en llevar a cabo experimentos para analizar el comportamiento de los gases, estos los podemos resumir en tres leyes de donde podremos ver comportamiento cualitativo entre las variables de , presión, volumen y temperatura, respectivamente (2) (3) (4). [pic 2]

Ley de Boyle: A temperatura constante  “La presión es inversamente proporcional al volumen”[pic 3]

Ley de Gay-Lussac: A volumen constante  “La presión es directamente proporcional a T”. [pic 4]

Ley de Charles-Gay-Lussac: a presión constante  “El volumen que ocupa un gas es directamente proporcional a T”. [pic 5]

Ley del Ideal: Los gases ideales relación sus variables termodinámicas mediante la ecuación de estado  donde  es la constante del gas ideal y   es el número de moles del gas (1). [pic 6][pic 7][pic 8]

Para verificar el comportamiento y/o relación de las variables termodinámicas aislaremos un gas en donde mantendremos constante el número de moles y estaremos variando simultáneamente {}, ver Fig. 1.  [pic 9]

Si confinamos un gas en un recipiente de forma cilíndrica como se muestra en la Fig. 5.1, entonces,  de manera que el volumen dependerá de la altura (longitud del cilindro en donde está contenido el gas), la temperatura  se puede medir directamente con un termómetro que se encuentre en el gas, y la presión se estima con una igualdad de presiones ya que hay equilibrio, así  (2) (3) (4), donde ,  y , son la presión del gas, atmosférica e hidrostática, respectivamente y  en la altura de la columna de agua medida desde el nivel  inferior á el nivel del agua dentro de la probeta. Por tanto, al medir  podremos conocer la presión y el volumen.[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17]

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Fig. 5.1 Montaje para comportamiento de los gases, mediremos las {T, P y V} del gas atrapado en la probeta.

Material.

• Multímetro con termopar (Termómetro)
• Probeta graduada
• Regla o cinta métrica
• Matraz de Kitasato
• Manguera
• Cuba (depósito para agua)
• Pistola de aire caliente (Secadora para cabello) (El alumno la debe traer)

Desarrollo Experimental

1. Para confinar un gas, inducimos la reacción química . De la cual atrapamos el H2 en una probeta. Colocar la probeta llena con agua e invertida como se muestra en la Fig. 5.2, e inducir la reacción química ver Fig. 5.3[pic 19]

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1. Ahora retiramos la manguera de la reacción y tendremos nuestro gas confinado y colocar un termopar dentro, hasta la parte del gas (no debe tocar las paredes), por facilidad el termopar se puede colocar antes de llenar la probeta con agua e invertirla ver Fig. 5.1. Esperar 5 minutos a que el sistema alcance el equilibrio térmico con el medio ambiente.  
2. Usar una pistola de aire caliente (o bien secadora de cabello) para aumentar la temperatura del gas y tomar lecturas simultáneamente de la temperatura y altura  y , ver Fig. 5.1. Nota: grabar un video te puede facilitar la toma de datos.  [pic 24][pic 25]

Resultados.

Primero se presenta la primera tabla donde se recopila los datos de la primera vez que mis compañeros realizaron el experimento y la reacción del Zn y el HCl, mis compañeros agregaron demasiado  HCl (1 ml), por lo que, todo el volumen en la bureta disminuyo y no se pudo medir.

Tabla 1.1: Mediciones de volumen fallida

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