Practica De Laboratorio "GAS IDEAL Y PROCESOS TERMICOS"

OBJETIVO:

Analizar el modelo de gas ideal con respecto a variaciones de volumen , temperatura y presión.

Calcular la cantidad de aire y su densidad en función de la presión y la temperatura.

INTRODUCCION:

Gases ideales

Según el diagrama de fases, la mayor parte de los elementos químicos y las sustancias pueden existir en tres estados, esto es: sólido, líquido y gaseoso. Y cada uno de nosotros puede muy fácilmente determinar esos estados solo observando el comportamiento cuando nos enfrentamos a una sustancia.

Cada uno de los estados, ha sido estudiado durante años por los hombres de ciencia, con el objetivo de determinar las leyes físicas que puedan predecir su comportamiento con el cambio de las circunstancias que lo rodean. En este caso nos ocuparemos de los gases.

Empezaremos por definir que es un gas.

Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven libremente sin interacciones. La presión ejercida por el gas se debe a los choques de las moléculas con las paredes del recipiente. El comportamiento de gas ideal se tiene a bajas presiones es decir en el límite de densidad cero. A presiones elevadas las moléculas interaccionan y las fuerzas intermoleculares hacen que el gas se desvíe de la idealidad.

Las leyes de los gases ideales

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las principales variables de un gas en base a las experiencias de laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T).

1.- La ley de Boyle - Mariotte: Esta ley dice que, si se mantiene la temperatura constante, cuando se aumenta la presión de un gas ideal, desdeP1 hasta P2 su volumen disminuye en la misma proporción desde V1 a V2. Esta condición expresada matemáticamente es:

P1 . V1 = P2 . V2.

El significado de la ley en la práctica es, por ejemplo, que cuando se reduce a la mitad el volumen que ocupa un gas, su presión se duplica, y vice versa. Es decir P es inversamente proporcional a V o también P es proporcional a 1/V a temperatura constante.

Entonces ¿qué sucede si aumentamos al doble la cantidad de gas que está confinado a un volumen fijo?. De acuerdo a la ley de Boyle-Mariotte la presión también se duplica ya que equivale a haber reducido a la mitad el volumen del gas. Llamemos n a la cantidad de gas (que usualmente se expresa en moles) de modo que esta ley también puede enunciarse matemáticamente, si el volumen es fijo, como:

P es proporcional a n

2.- La ley de Gay-Lussac: Según esta ley, si se mantiene la presión constante, el volumen del gas aumentará en la misma proporción en que aumente su temperatura absoluta (T):

Igual que para la ley anterior se puede enunciar matemáticamente, si no cambia el volumen, como:

V es proporcional a T

3.- La ley de Charles: Esta ley dice que si se mantiene el volumen constante, la presión de un gas aumenta en la misma proporción en la que aumenta su temperatura absoluta:

Lo que dicho en otras palabras significa que P es proporcional a T si el volumen no cambia.

En resumen tenemos:

P es proporcional a 1/V

P es proporcional a T

P es proporcional a n

Si combinamos las tres leyes en una sola expresión:

(Expresión 1)

Para convertir la expresión de proporcionalidad anterior a una igualdad debemos introducir una constante de modo que:

(Expresión 2)

La constante ha sido determinada experimentalmente, se llama constante del gas ideal, o constante universal de gases y se representa como R de modo que finalmente tenemos:

(Expresión 3)

Donde R = 0.0821 L‧atm/K‧mol

La expresión 3 se denomina ecuación de gases ideales e indica matemáticamente la relación entre presión, temperatura, volumen y cantidad de gas para gases ideales.

Note que para usar la expresión, la temperatura debe estar en K, el volumen en litros y la cantidad de gas en moles, de esta forma la presión resulta en atmósferas.

PROCESOS TERMICOS

Los procesos termodinámicos comprenden el comportamiento y relación que se da entre las temperaturas, presión y el volumen es importante en diversos procesos industriales.

SISTEMA TERMODINAMICO:

Es una parte del universo que se separa con la finalidad poderla estudiar. Para ello se aísla de los alrededores a través de límites o fronteras, de tal manera que todo lo que se encuentra fuera de lo delimitado se denomina alrededores.

a) Frontera:

Es el limite que separa al sistema de lo alrededores, casi siempre son paredes que pueden ser diatérmicas o adiabáticas.

b) Pared diatérmicas:

Es una conductora de calor, ésta permite el intercambio de calor entre el sistema y sus alrededores y al revés.

c) Pared adiabática:

Es caracterizada por NO permitir la interacción térmica del sistema con los alrededores. Es construida de materiales no conductores del calor como porcelana o asbesto.

d) Equilibrio termodinámico:

Se alcanza cuando después de cierto tiempo de poner en contacto un sistema de baja temperatura con otro sistema a mayor temperatura se iguala, por lo tanto existe un intercambio de calor, las propiedades de presión, densidad y temperatura cuando se encuentran en este punto dejan de variar.

e) Energía interna ( Ei):

Es la energía contenida en el interior de las sustancias. Es la suma de energía cinética y potencial de las moléculas individuales que la forman. La mayoría de las veces se cumple cuanto mayor sea la temperatura de un sistema también lo será su energía interna.

La energía interna se hace presente en las sustancias combustibles y es proporcional a la masa.

PROCESO ISOTERMICO:

Se presenta cuando la temperatura del sistema, permanece constante independientemente de los cambio de presión o volumen que sufran.

Este proceso se rige por la ley de Boyle-Mariotte de Robert Boyle (1626-1691), Físico Químico irlandés conocido por sus experimentos acerca de las propiedades de los gases

y Edme Mariotte (1620-1684), Físico Francés que descubrió la ley que relación la presión y el volumen de los gases a temperatura constante.

Si

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