Trabajo sobre los gases LEY DE BOYLE

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE HONDURAS[pic 1]

“NUESTRA SEÑORA REINA DE LA PAZ”

TRABAJO DE QUÍMICA

CAPÍTULO #12

SECCIÓN: 0802

INTRODUCCIÓN

En este trabajo especificaremos sobre las distintas leyes de gases que han sido postuladas por distintos científicos, definiremos los conceptos básicos de éstas leyes, conoceremos que términos son constantes, qué papel juega en la vida real, quiénes fueron precursores, las modificaciones o cambios que éstas sufrieron, las ecuaciones representativas de cada ley, las distintas combinaciones de ellas para generar nuevas; también detallaremos las conversiones en ciertas leyes, así como también las relaciones que existen entre ellas; son tantos aspectos a determinar y sabemos que este tema es muy extenso, pero fascinante a la vez, pero no por eso debemos dejar de investigar, ya que ese es nuestro objetivo, buscar conocimientos, para formarnos como buenos profesionales.

LEY DE BOYLE

La ley de Boyle-Mariotte, o ley de Boyle, formulada independientemente por el físico y químico anglo-irlandés Robert Boyle (1662) es una de las leyes de los gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante

La ley dice que:

La presión ejercida por una fuerza física es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante.

O en términos más sencillos:

A temperatura constante, el volumen de una masa fija de gas es inversamente proporcional a la presión que este ejerce.

Matemáticamente se puede expresar así:

PV=k

Donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante k  para poder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

ECUACIÓN REPRESENTATIVA

P1 V1 =P2 V2

Donde:

• P1= Presión inicial
• V1= Volumen inicial
• P2= Presión final
• V2= Volumen final

Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para procesos isotérmicos de una cierta masa de gas constante.

Junto con la ley de Charles, la ley de Gay-Lussac, la ley de Avogadro y la ley de Graham, la ley de Boyle forma las leyes de los gases, que describen la conducta de un gas ideal. Las tres primeras leyes pueden ser generalizadas en la ecuación universal de los gases.

EJERCICIOS 12.1

1. Un  tanque de helio gaseoso tiene un volumen de 12.0 L y una presion de 260.lb/pulg2.¿cual sera el volumen de este gas a 1atm (14.7lb/pulg2) ?

R// V = 12.0L x 260.lb/pulg = 212 L                                                                                                                                                                                                             1                  14.7lb /pulg[pic 2]

1. Un tanque de oxigeno tiene un volumen de 2.50 L y una presion de 5.00 atm.¿cual seria el volumen de oxigeno a 1atm?

R// V = 2.50L x 5.00.atm= 12.5 L                                                                                                                                                                                                 1                  1.00atm[pic 3]

LEY DE CHARLES

"Mientras la masa y la presión de un gas se mantengan constantes, el volumen del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta".

Charles descubrió que si la cantidad de gas y la presión permanecen constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo valor. Esta ley se descubrió casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que cuando charles la enuncio se encontró con el inconveniente de tener que relacionar el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de temperatura.

Fundamentos teóricos

Charles experimento con los primeros globos de hidrogeno. Invento la mayoría de los dispositivos de los globos modernos, como la cesta que se suspende y la válvula para liberar el exceso de gas

Las ideas de charles sobre el efecto de la temperatura en el volumen de un gas estuvieron probablemente influenciadas por su pasión por los globos de aire caliente, una moda popular a finales del siglo XVIII

La relación entre un volumen y la temperatura de un gas encerrada en un cilindro se mantiene en constante a 1 atm mientras que se modifica la temperatura. el volumen del gas aumenta cuando aumenta  la temperatura o disminuye si la temperatura desciende. La relación es lineal (una línea recta) muestra la dependencia lineal del volumen con la temperatura para tres gases diferentes condiciones iniciales. Las líneas tienen un punto en común que es su intersección con el eje de la temperatura. Todos los volúmenes del gas alcanzan un valor cero a una misma temperatura, aunque difieren entre si otras temperaturas. La temperatura a la que este volumen de un gas hipotético se hace cero absoluto de temperatura en la escala Celsius o cero kelvin escala absoluta o escala kelvin  

La ecuación que representa este enunciado es la siguiente: [pic 4]

                 (Con presión Y masa Constantes)

Dónde:   T1: temperatura inicial

                V1: volumen inicial

                T2: temperatura final

                V2: volumen final

NOTA: Es necesario expresar la temperatura en kelvin, ya que esta ley se refiere a temperaturas absolutas.

EJERCICIOS 12.3

¿Cuál sería el volumen final del globo del ejemplo anterior si se midiese a una temperatura de 47 C (supón que la presión no cambia)?

V2 = 2.00L X 320. K = 2.13 L

                       300. K

Un globo con un volumen de 6.25 L a 20 C, se enfrió y su volumen disminuyo a 5.44 ¿Cuál fue su temperatura Celsius final?

T2 = 293K X 5.44 L = 255K – 18 C

                     6.25

(Restando 273)

LEY DE GAY-LUSSAC

La ley de Gay-Lussac establece que la presión de un volumen fijo de un gas, es directamente proporcional a su temperatura.

• Si el volumen de una cierta cantidad de gas a presión moderada se mantiene constante, el cociente entre presión y temperatura (kelvin) permanece constante:

O también:

Donde:

• P es la presión
• T es la temperatura absoluta (es decir, medida en kelvin)
• k3 una constante de proporcionalidad

Para una cierta cantidad de gas, al aumentar la temperatura, las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por lo tanto aumenta el número de choques contra las paredes por unidad de tiempo, es decir, aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento del proceso, el cociente entre la presión y la temperatura absoluta tenía un valor constante.

EJERCICIOS 12.5

1. Si la presión manométrica de un neumático es de 32.0 lb/pulg.  ¿Cuál es la presión real?

32.0 l0 lb/pulg2 (presión manométrica) + 14.7 lb/pulg2= 46.7 lb/pulg2 (presión real)

1. Si más tarde se encontró que la presión manométrica del neumático del ejemplo 12.5 era de 34.0 lb/pulg, ¿Cuál era la temperatura del aire en el neumático?

Datos: P1 = 32.0+14.7 o 46.7 lb/pulg2

T1= 20 + 273 = 293 k,

P2= 34.0 + 14.72 = 48.7 lb/pulg

T2= 293 k x (48.7 lb/pulg2) / (46.7 lb/pulg2) =306 K = 33 C

TEMPERATURA Y PRESIÓN NORMALES  

Debido a que el volumen de u gas depende tanto de la presión como de la temperatura, el volumen pequeño de un gas a baja temperatura y alta presión puede tener la misma masa que un volumen grande del mismo gas a una temperatura más alta y una precio más baja. Las condiciones que se toman como referencia que ambas estén  en las mismas condiciones, las condiciones que se toman como referencia se conocen como condiciones estándar. La temperatura estándar es, por definición, de273k o 00C. La presión estándar se define como 1 átomo (760.torr). En conjunto se hace referencia a estas condiciones como temperatura y presión estándar.  

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