COMPORTAMIENTO P-V-T DEL AIRE ATMOSFERICO I.-OBJETIVOS: 1.-Comprobar la variación simultánea de la presión, volumen y temperatura para un gas que se comporta idealmente. 2.-Comprobar la ecuación combinada de los gases ideales con el equipo P-V T utiliando aire aire atmos!"rico. atmos!"rico. #.-$eterminar en n%mero de moles moles de aire atmos!"rico inicial inici al y el n%mero de moles promedio de aire atmos!"rico con la ecuación de la &ey Combinada de los gases y porcenta'es de error. (.-)e*alar lo aprendido despu"s de construir las +iguras P-V- T vs,PV vs yPVTvs.
II.-REVISIÓN BIBLIOGRAFICA La ley de los gases deales /s la ecuación de estado del estado del gas ideal, ideal, un gas 0ipot"tico !ormado por partculas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos c0oques son per!ectamente elásticos conservación conservación de momento y momento y energa cin"tica. cin"tica. &a energa cin"tica es directamente proporcional a la temperatura en un gas ideal. &os gases reales que reales que más se aproiman al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos monoatómicos en en condiciones de ba'a presión y alta temperatura. /n 13(4, el qumico 5an qumico 5an 6aptist van van 7eltmont creó 7eltmont creó el vocablo gas gas,, a partir del t"rmino griego 8aos desorden para de9nir las g"nesis caractersticas del an0drido carbónico. carbónico. /sta denominación se etendió luego a todos los cuerpos gaseosos y se utilia para designar uno de los estados de la materia. &a presión e'ercida por una !uera !sica es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, siempre y cuando su temperatura se mantenga constante o en t"rminos más sencillos: ; temperatura constante, el volumen de una masa 9'a de gas es inversamente proporcional a la presión que este e'erce.
la constante ! para poder 0acer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la 9gura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
EC"ACIÓN DE ESTADO /l estado de una cantidad de gas se determina por su presión, volumen y temperatura. &a !orma moderna de la ecuación relaciona estos simplemente en dos !ormas principales. &a temperatura utiliada en la ecuación de estado es una temperatura absoluta: en el sistema )> de unidades, 8elvin, en el sistema imperial, grados ?an8ing.
Fo#$a %o$&' &a ecuación que describe normalmente la relación entre la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad en moles de un gas ideal es:
$ónde: •
? @ constante universal de gases
•
V @ volumen de gas en litros &
•
•
T @ temperatura del gas, debe medirse en escala Aelvin A P @ presión absoluta del gas
; continuación se*alamos los principales valores de la constante universal de gases ? que se utilian al aplicar la ecuación universal. )olo dependen de las unidades de presión que se deben emplear.
Valo#es de R , si la presión se epresa en: •
;tmós!era B ? @ .42 atm & A mol
•
Ailopascal B ? @ 4.# APa & A mol
•
mm7g ó Torr B ? @ 32.( mm7g & A mol
Veamos las otras !ormas de epresar la ecuación universal:
$ónde: •
m @ masa del gas en gramos gr
•
< @ masa molar del gas, epresado en gmol
/n !unción de la densidad $ @ m V tenemos: P< @ $?T /sta %ltima epresión nos indica que la densidad del gas es inversamente proporcional a la temperatura y directamente proporcional a la presión. )i aumentamos la presión, el volumen disminuye, por lo que la densidad aumentaD si aumentamos la temperatura el volumen aumenta, por lo tanto la densidad disminuye.
Vol($e' Mola#: /s el volumen que ocupa 1 mol-g de un gas a una determinada presión y temperatura. )u valor no depende de la naturalea del gas, es decir que si se tiene el valor de la presión y temperatura se conoce el volumen molar.
$e la ecuación universal tenemos: PV @ n?T )i n @ 1 mol B V @ Vm Por lo tanto la ecuación universal quedara:
E)al(a%*' de la +($edad del a#e a$,e'e 7ay varios modos de estimar la cantidad de vapor en el aire ambiente, cada una de ellas con aplicación en una ciencia o t"cnica espec9ca. )e detallan en:
($edad a,sol(a
&a 0umedad absoluta es la masa total de agua eistente en el aire por unidad de volumen, y se epresa en gramos por metro c%bico de aire. &a 0umedad atmos!"rica terrestre presenta grandes Euctuaciones temporales y espaciales. /l cálculo es:Mw, por metro c%bico de aire,
Va
($edad es/e%01%a &a 0umedad espec9ca mide la masa de agua que se encuentra en estado gaseoso en un 8ilogramo de aire 0%medo, y se epresa en gramos por 8ilogramo de aire.
Ra2*' de $e2%la &a raón de mecla o #ela%*' de $e2%la , es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire medido en gramos de vapor por 8ilogramo de aire seco g8g. /n la práctica es muy seme'ante a la 0umedad espec9ca, pero en ciertas aplicaciones cient9cas es muy importante la distinción.
($edad #ela)a &a 0umedad relativa de una masa de aire es la relación entre la cantidad de vapor de agua que contiene y la que tendra si estuviera completamente saturadaD as cuanto más se aproima el valor de la 0umedad relativa al 1F más 0%medo está. )e calcula as: donde: es la presión parcial de vapor de agua en la mecla de aire. es la presión de saturación de agua a la temperatura de la mecla de aire. es la 0umedad relativa de la mecla de aire.
Co'e'do de +($edad /l %o'e'do de +($edad en los suelos es la cantidad de agua que el suelo contiene en el momento de ser etrado. Gna !orma de conocer el contenido de 0umedad es pesar la muestra cuando se acaba de etraer, y despu"s de 0aberla mantenido durante 2( 0oras en un 0orno a una temperatura de 11 HC se 0ace lo siguiente:
Porcenta'e de 7umedad @
.
m1 @
Is @ I Pa . P - Pa I @ 7umedad absoluta Pa @ Presión del vapor de agua a la temperatura considerada, leda en la tabla. P @ Presión del sistema en las mismas unidades que Pa generalmente en mm de 7g. Peso molecular promedio del aire seco @ 24JK gmo& &a densidad del are seco a condiciones normales 11#2L Pa y 2K#,1L A es 1.2J# g&. &a masa molecular del vapor de agua es 14.1L gmol. &a masa molecular del aire atmos!"rico, por ser una mecla de aire seco y de vapor de agua, asumiendo que el vapor de agua se comporta como un gas ideal, debe estar comprendido entre 24.JK y 14.1L, y en la meda en que el contenido de 0umedad sea menor la masa molecular del aire atmos!"rico aumentará 0asta valores cercanos a la masa molecular del aire seco. Considerando una mecla ideal al aire atmos!"rico, a partir de su masa molecular
Vaa@ m#-m1PN .( $onde:
m# @ masa del balón con agua destilada, g m1@ masa del batán limpio, seco y vacio, g PN. @ densidad del agua destilada a su temperatura t, g!m&.
Q $eterminar la densidad del aire atmos!"rico Paa utiliando: Paa@ m2 R m1 Vas .L $onde:
Paa@ densidad del aire atmos!"rico epresado en g& m2 @ masa del batán con aire atmos!"rico, g m1 @masa del balón limpio, seco y vacio, g V @volumen de aire atmos!"rico o del batán, epresado en &
Q $eterminar la masa molecular del aire atmos!"rico
atm & mol A T @ temperatura absoluta del aire atmos!"rico, en A P @ presión barom"trica del laboratorio, en atm. )i no se dispone de un barómetro o de un altmetro poli !uncional, se sugiere utiliar L(4 mm 7g o ,K21 atm. Conociendo la masa molecular del aire atmos!"rico y aplicando simultáneamente las ecuaciones 1 y 2 se determina la !racción del vapor de agua y del aire seco, y a partir de ellas la 0umedad epresada en 8g de vapor de agua 8g de aire seco. /n el estudio de las meclas aire seco-vapor de agua, 0ablaremos !recuentemente de temperatura de bulbo seco t y temperatura de bulbo 0%medo t, además de la temperatura de punto de roció. &a temperatura de bulbo seco es simplemente la temperatura de equilibrio de la mecla y se mide mediante un termómetro ordinario. &a temperatura de bulbo 0%medo es aquella indicada por un termómetro de bulbo 0%medo el cual tiene su elemento sensible a la temperatura cubierto
por un material poroso a manera de gasa, ba*ado en agua . Corno se verá más adelante, la temperatura del bulbo 0%medo para un aire no saturado siempre es menor que la temperatura de bulbo seco pero mayor que la temperatura de punto de roció.
