Practica 2 Química Aplicada Esimez

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniería en Control y Automatización

Laboratorio de Química Aplicada

Practica no.2: Leyes de los gases

2AM3 No. De equipo: 5

Profesor: Abel Betanzos Cruz

Fecha realizada: 9 de enero de 2015

OBJETIVO:

El alumno demostrara con los datos obtenidos en el laboratorio, las leyes de Boyle, Charles-Gay Lussac y la ley combinada del estado gaseoso.

Consideraciones teóricas:

LEYES DE LOS GASES

Las leyes de los gases son producto de incontables experimentos que se realizaron sobre las propiedades físicas de los gases durante varios siglos.

Cada una de las generalizaciones en cuanto al comportamiento macroscópico de las sustancias gaseosas representa una etapa importante en la historia de la ciencia. En conjunto, tales generalizaciones han tenido un papel muy destacado en el desarrollo de muchas ideas de la química.

Relación presión – volumen: Ley de Boyle

En el siglo XVII, Robert Boyle estudio en forma sistemática y cuantitativa el comportamiento de los gases. En una serie de experimentos, Boyle analizo la relación que existe entre la presión y el volumen de una muestra de un gas. Los datos típicos que Boyle recabó se muestran en la tabla:

Relaciones típicas entre presión y volumen obtenidas por Boyle

P(mmHg) 724 869 951 998 1230 1893 2250

V(unidades arbitrarias) 1.50 1.33 1.22 1.18 0.94 0.61 0.58

PV 1.09x103 1.16x103 1.16x103 1.18x103 1.2x103 1.2x103 1.3x103

Observe que a medida que la presión (P) aumenta a temperatura constante, el volumen (V) de una cantidad determinada de gas disminuye.

Es evidente que existe una relación inversa entre presión y volumen de un gas a temperatura constante. A medida que la presión aumenta, el volumen ocupado por el gas disminuye. Por lo contrario, si la presión aplicada disminuye, el volumen ocupado por el gas aumenta. Esta relación se conoce como la ley de Boyle, según la cual: la presión de una cantidad fija de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen del gas.

Podemos escribir una expresión matemática que muestre la relación inversa entre la presión y el volumen Pα 1/V

Donde el símbolo α significa proporcional a. Se puede cambiar α por el signo de igualdad y escribir P=k1 x 1/V

Donde k1 es una constante de proporcionalidad. La ecuación es una expresión matemática de la ley de Boyle, podemos organizar la ecuación para obtener PV=K1

Esta forma de la ley de Boyle establece que el producto de la presión y el volumen de un gas a temperatura y cantidad del gas constante es una constante.

Para una muestra de un gas bajo dos conjuntos de condiciones distintas a temperatura constante, tenemos P1 V1 =P2 V2.

Relación temperatura-volumen: Ley de Charles y de Gay-Lussac

La ley de Boyle depende de que la temperatura del sistema permanezca constante. Pero suponga que cambia la temperatura. ¿Cómo afectara el cambio dela temperatura al volumen ya la presión de un gas? Veamos por principio de cuentas el efecto de la temperatura sobre el volumen de un gas. Los primeros investigadores que estudiaron esta relación fueron los científicos franceses Jacques charles y Joseph Gay Lussac. Sus estudios mostraron que, a una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse. Las relaciones cuantitativas implicadas en estos cambios de temperatura y volumen del gas resultan ser notablemente congruentes. Por ejemplo, observamos un fenómeno interesante cuando estudiamos la relación entre temperatura y volumen a varias presiones. A cualquier presión dada, la gráfica de volumen en relación con la temperatura es una línea recta. Al extender la recta del volumen cero, encontramos que la intersección en el eje de temperatura tiene un valor de -273.15°C.

En 1848, lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identifico la temperatura de -273.15 °C como el cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja posible. Tomando el cero absoluto como un punto de partida, estableció entonces una escala de temperatura absoluta, conocida como escala de temperatura Kelvin.

En la escala Kelvin, un Kelvin es igual a la magnitud a un grado Celsius. La única diferencia entre la escala de temperatura absoluta y la de Celsius es la posición del cero.

Los puntos importantes de las dos escalas se comparan del siguiente modo:

Escala Kelvin Escala Celsius

Cero absoluto 0K -273015°C

Punto de congelación del agua 273.15 K 0°C

Punto de ebullición del agua 373.15K 100°C

El volumen de un gas ideal varía directamente con la temperatura absoluta. Es decir, V dividido entre T es constante cuando n y P se mantienen constantes

V α T o bien V/T=K con n y P constantes

Con n y P constantes, el volumen de un gas ideal cambia proporcionalmente conforme su temperatura absoluta se modifica. Si se duplica la temperatura absoluta, el volumen también lo hace.

Ley combinada del estado gaseoso

Esta ley es una combinación de las leyes de charles y Gay Lussac y se expresa matemáticamente: P_(1 V_1 )/T_1 = P_(2 V_2 )/T_2

Esta ley nos habla de que el volumen en una muestra de gas es directamente proporcional a la temperatura e inversamente proporcional a la presión.

Ley de los gases ideales

Esta se establece bajo el principio, hipótesis o ley de Avogadro y nos dice que a volúmenes iguales de distintos gases bajo las mismas condiciones de temperatura estos gases contienen la misma cantidad de moles o moléculas.

El volumen es proporcional al número de moléculas o moles (n)

El volumen es inversamente proporcional a la presión

Ley de Avogadro (P y T constantes ) V α n

Ley de Boyle (n y T constantes) V α 1/P

Ley de Charles (n y P constantes) V α T

Podemos combinar las tres expresiones a una sola ecuación maestra para el comportamiento de los gases:

V α nT/P

V = R nT/P

PV =nR T

Material Reactivos

1 Vaso de precipitados de 250 cm3 Aire (N2, O2, Ar, CO2, Ne, He, Kr, H2, Xe, Rn, H2O, N2O, CH4, etc.)

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