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COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS GASEOSOS
María Del Mar [email protected]
Esteban García [email protected]
Santiago Reyes [email protected]
Fecha de realización: 8/05/2014Fecha de entrega: 22/05/2014
RESUMEN: Experimentalmente se analizaron algunas propiedades características de los gases como, difusión, efusión, volumen y forma indefinida mediante el comportamiento que presentan con base en sus leyes, se demostraron por medio de la observación y la experimentación que la ley de Boyle consiste en que el volumen es inversamente proporcional a la presión, es decir al aumentar la presión el volumen disminuye y viceversa. Otra ley que también se estudió fue la ley de charles que nos dice que el volumen es directamente proporcional a la temperatura y por último la ley de Graham que nos dice que velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar.
PALABRAS CLAVE: Difusión, gases, leyes.
INTRODUCCION:
Reconocer las características de los gases su comprensibilidad, difusión, volumen y forma indefinidos. Los gases tienen fuerzas de interacción mínimas por lo tanto su difusión es mayor por ende ocupar el mayor volumen posible.
Existen tres leyes basadas en el estudio de los gases pero, estas, se fundamentan en la existencia de los gases ideales los cuales tienen fuerzas atractivas y volumen despreciables; para desarrollarlas tomaron en cuenta las variables n, P, V y T, donde n= número de moles, P=presión, V=volumen y T=temperatura; las leyes establecidas son:
1. Ley de Boyle: afirma que a temperatura y numero de moles constantes, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión, expresado: V
∝ 1p
V=KP
Donde K es una constante.
2. Ley de Charles: dice que a presión y numero de moles constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura, expresado: V∝T V=TK
3. Ley de Difusión de Graham: expresa que cuando la temperatura y presión son iguales, la velocidad de difusión de los gases (v) es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular (PMG), expresado:
v∝ 1
√ PMG
Una molécula al moverse tiene una energía cinética de traslación (ET )
ET (molecula)=12mv2
Energía de traslación de un mol de moléculas gaseosas:
ET (mol)=12(PMG)v2
Donde el volumen es:
v= √ 3RTPMG
Por lo tanto se infiere la ecuación de estado para los gases ideales PV=nRT deducida por la combinación de las dos primeras leyes mencionadas y el principio de Avogadro, en donde R en la constante para los gases y su valor es 0.0820atm.L/mol.K.Las definiciones mencionadas se aplican en la realización del laboratorio comprobando cada ley con lo practicado.
METODO EXPERIMENTAL:
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1. Ley de Boyle: En un tubo de vidrio en forma de J se adiciono agua con una jeringa hasta cubrir la parte curva del tubo, se tapó la rama pequeña del tubo con un tapón que ajustó perfectamente .Es importante que las columnas de agua se queden al mismo nivel. Se midió el radio interno del tubo y la longitud de la columna de aire encerrado entre el tapón y el nivel de agua dentro del tubo hasta que alcanzó una altura de 10 o 15 cm usando unas jeringa hipodérmica, se repitió el proceso agregando cada vez agua de tal manera que la columna suba otros 10 o 15 cm hasta alcanzar el tope superior y se midió de nuevo la longitud de la columna de aire encerrado.
2. Ley de Charles: Se Tomó un Erlenmeyer de 25 mL y se le ajustó un tapón provisto de un tubo de vidrio. Se calentó 15 minutos el gas contenido en el recipiente utilizando un baño de agua (tomar su temperatura), luego se invirtió y se introdujo un Erlenmeyer en un recipiente que contenía agua fría, se aseguró que la boca del Erlenmeyer no quedara a más de 0.5cm al interior del agua, cuando el sistema estuvo a temperatura ambiente se tapó la boca del tubo y se retiró el Erlenmeyer invirtiéndolo de nuevo a su posición normal. Se midió el volumen de agua que ingresaba, se repitió el proceso a 2 ó 3 temperaturas más, incluyendo la temperatura de ebullición. Finalmente se llenó completamente el Erlenmeyer con agua y se midió el volumen, También se determinó la temperatura del agua.
3. Ley de Graham: Se colocó en dos Erlenmeyer de 25 mL, 2 mL de soluciones de amoníaco (NH3) concentrado y ácido clorhídrico (HCl) concentrado respectivamente. Se conectó los Erlenmeyers por medio de un tubo seco (Nota: esta conexión debe realizarse simultáneamente en ambos extremos) Una vez que los recipientes estuvieron en contacto se accionó el cronometro para medir el tiempo de formación del halo blanco (anillo), luego Se midió distancia de formación del producto respecto a los recipientes.
DISCUSIONES:
En el momento que se realizó el primer numeral se tuvo una dificultad y fue que el papel parafinado no era suficiente para retener el gas contenido en el tubo, se solucionó este problema situando un dedo en la boquilla por donde se escapaba el gas.Una vez se empezó a agregar agua al tubo la presión del agua aumento y se observó que el volumen de gas comenzó disminuir. No se agregó agua directamente, pues el propósito de la práctica era de observar el comportamiento del gas.
El volumen del gas disminuyo porque había una mayor presión de agua, donde teníamos el mismo número de moles pero en un espacio más pequeño, la temperatura tampoco hacías cambios significativos, esto se ve reflejado en la ley de Boyle para los gases, que nos dice “Que la presión y el volumen son inversamente proporcionales”.
En otras palabras a mayor presión menor volumen, y viceversa. Cabe notar que si la presión aumenta por un factor, el volumen debe de disminuir por el mismo factor, si no lo hace por el mismo no se cumpliría la ley.
Por último el numeral final, donde se vio la aplicación de la Ley de Graham, que nos habla de la velocidad de difusión de un gas.
Al calentar el gas contenido en Erlenmeyer, aumento la energía cinética de translación de las moléculas la cual dice que por naturaleza las partículas se mueven a través del espacio y por ende adquieren energía de translación, en la práctica que se realizó las moléculas salieron por un tubo atravesado en el tapón esto provocada un vacío y al bajar el Erlenmeyer e introducirlo en el recipiente con agua fría, está lleno el vacío de las moléculas que salían a causa de la temperatura ya que aumentaba la energía cinética de las moléculas. A medida que se aumentó la temperatura se incrementó al cantidad de agua que llenaba el vacío y esto obedece a la ley de Charles, donde observamos que el volumen y la temperatura son directamente proporcionales, a presión constante.
Se trabajó con dos líquidos altamente volátiles a temperatura ambiente, HCL y NH3, calculando el peso molecular de cada compuesto tenemos que el HCL es más pesado que el NH3 , por eso en el momento en que ambos líquidos empiezan a evaporar el gas de NH3 viajara más rápido en la misma cantidad de tiempo que el gas de HCL, esto explica porque el alveolo se formó más cerca del extremo de salida del gas de HCL.
Con lo cual se confirma la ley de Graham, donde se explica que la velocidad de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz de su peso molecular.Un gas más pesado tendrá una velocidad de difusión más lenta (En este caso el HCL) y un gas más liviano por ende será más rápido (En este caso el NH3). Cabe notar que la ley de Graham también aplica para la velocidad de Efusión.
CONCLUSIONES:
Finalizada la práctica se se concluyó:
En circunstancias correctas un gas disminuye (o aumenta) su volumen respecto a otros dos factores,
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siendo estos la presión (A la cual es inversa) y la temperatura (a la cual es directa).
Un gas es más velos cuando es más ligero, y esto tiene lógica como se puede observar en las carreras de atletismo donde no precisamente los corredores más grandes o con mayor masa muscular son los que corren más rápido, sino los más delgados.
También se concluyó que a medida que calentamos un gas este va a generar un vacío si tiene un tapón en la tapa de este genera un vacío y que entre más se caliente más vacio se va a generar pues el volumen de gas que contiene será mayor, (Donde vemos reflejada de manera idónea la ley de Charles).
DATOS Y RESULTADOS:
Tabla 1. Ley de BoyleMedida Columna de agua (h) Columna de aire (ha) Presión del Sistema
L (cm) V (cm³) L (cm) V (cm³) Presión1 5.1 0.0016cm³ 5.1 0.00116cm³ 763.72 15.1 0.0074cm³ 8.4 0.0099cm³ 770.43 26.1 0.0081cm³ 9.1 0.0070cm³ 778.64 37.3 0.001cm³ 19.6 0.0061cm³ 786.1
La ley de Boyle se cumplió efectivamente ya que a medida que se aumentaba la presión por la adición de agua se reducía el volumen del gas, se logró con dificultad a causa del papel parafinado, este no era suficiente para retener el gas, principal factor que afecto el desarrollo correcto de la práctica, se debe tener en cuenta que el cual al cual se le aplique la presión debe estar bien sellado. También la temperatura y el número de moles deben ser constantes.
Tabla 2. Ley de Charles
MedidaVolumen de agua que ingresa (mL)
Volumen gas (mL) Temperatura °K
K
1 2.9 22.1 300.7 0.072 5.3 19.7 303.15 0.063 12 13 309.25 0.04
La ley de Charles se cumple según la teoría, la cual afirma que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura, esto lo observamos cuando el volumen que de agua que entra al Erlenmeyer es mayor cada vez más
debido a la temperatura que también lo es.
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS:
1. ¿Porque el mercurio es una sustancia más adecuada para usar en el barómetro del agua?
R/ El Mercurio es las sustancia más adecuada porque es un elemento que a temperatura ambiente está en estado líquido, y su densidad es 13.6 veces mayor que la del agua. El barómetro de mercurio se apoya en el peso de una columna de mercurio, como así si funcionara con otro líquido sería la presión que genera la columna de ese líquido. Es decir, se utiliza el mercurio porque es un líquido de alta densidad para reducir el tamaño del barómetro.
2. ¿Por qué la densidad de un gas es mucho menor que la de un líquido o sólido. En condiciones atmosféricas? ¿Cuáles son las unidades normales usadas para expresar la densidad de los gases?
R/ Esto es provocado por la característica principal de los gases su capacidad de dispersión y difusión, por lo tanto ellos siempre ocupan el mayor volumen posible, esto hace que su densidad sea menor ya que las moléculas están muy separadas a diferencia del estado líquido y sólido. La unidad de medida para expresar densidad de gases es gramos/litro, esto indica que por cada litro hay n cantidad de gramos (donde n puede ser cualquier número).
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3. Describa como utilizaría la ley de Graham para determinar experimentalmente el peso molecular de una especie gaseosa.
R/ Como sabemos que la velocidad es inversamente proporcional al peso molecular, según la ley de Graham, podemos despejar el peso molecular en función del volumen.
V= 1√ PMG
V 2= 1PMG
PMG= 1V 2
BIBLIOGRAFIA:
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