ESTADO GASEOSO OBJETIVOS Objetivo general Comprobar experimentalmente las leyes que rigen el estado gaseoso. •
Objetivos específicos Realizar mediciones de presión utilizando manómetros en U. Estudiar el comportamiento de un gas y comprobar en forma practica el cumplimiento de las leyes empíricas desarrolladas por Boye, Carles y !ay "ussac !enerar un gas en condiciones controladas y recogerlo sobre agua, utilizando para ello en eudiómetro. Realizar medidas de magnitudes comunes en forma correcta y confiable. Calcular experimentalme experimentalmente nte el #alor de la constante R y comparar comparar el #alor allado con el #alor bibliogr$fico. Realizar el tratamiento de datos con %nfasis en promedios aritm%ticos y errores absoluto y relati#o • •
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FUDA!ETO TEO"I#O$% "os sistemas materiales gaseosos se caracterizan desde un punto de #ista &'CR()C(*+C( por )u omogeneidad •
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)u peque-a densidad, respecto de líquidos y sólidos
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"a ocupación de todo el #olumen del recipiente que los contiene
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la espont$nea difusión de un gas en otro, dando soluciones.
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"a estructura de los gases es interpretada por la teoría cin%tico/molecular 0&+CR()C(*+C(1
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"a sustancia, en estado gaseoso, est$ constituida por mol%culas muy separadas entre sí, como corresponde a su ba2a densidad. "as mol%culas est$n animadas de perpetuo mo#imiento, traslad$ndose en línea recta en todas las direcciones y sentidos dentro del #olumen ocupado. 3ay coques de las mol%culas contra las paredes del recipiente y tambi%n entre si 0coques intermoleculares1.
Ley de boyle
El #olumen de una masa definida de gas, a temperatura constante, es in#ersamente proporcional a la presión. En otras palabras, la presión #aría en proporción in#ersa con el #olumen y la interpretación matem$tica del comportamiento es
"ey de Boyle "a aplicación de la ley de Boyle a dos estados, 041 y 051 permite ase#erar que
E2emplo de una cur#a isotermica
Ley de charles
6e una masa constante de gas a presión constante. El #olumen de una masa definida de gas, a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. En otras palabras, el #olumen #aría en proporción directa con la temperatura
"a interpretación matem$tica del comportamiento es "ey de Carles "a aplicación de la ley de Carles a dos estados, 041 y 051 permite ase#erar que
Ley de gay lussac
"a presión de una masa definida de gas, a #olumen constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta. En otras palabras, la presión #aría en proporción directa con la temperatura
"a interpretación matem$tica del comportamiento es "ey de !ay "ussac "a aplicación de la ley de Carles a dos estados, 041 y 051 permite ase#erar que
Condiciones normales
)e conoce como condiciones normales de la materia gaseosa, a ciertos #alores arbitrarios 0acordados uni#ersalmente1, de presión y temperatura, los que son 7 8 59: ;
ó
t 8 < =C
* 8 4 atm 8 9>< mm3g En estas condiciones el #olumen ocupado por un mol de cualquier gas es de 55.? litros 0#alor igual a @< en la ley de Carles1. 'l #olumen ocupado por un mol de sustancia se denomina #olumen molar. Vapor
)ustancia en estado gaseoso. "os t%rminos de #apor y gas son intercambiables, aunque en la pr$ctica se emplea la palabra #apor para referirse al de una sustancia que normalmente se encuentra en estado líquido o sólido, como por e2emplo agua, benceno o yodo. )e a propuesto restringir el uso del t%rmino a las sustancias gaseosas que se encuentren por deba2o de su punto crítico 0la m$xima temperatura a la que se puede licuar aplicando una presión suficiente1 y ablar de gas por encima de la temperatura crítica, cuando es imposible que la sustancia exista en estado líquido o sólido. Esencialmente, el uso de los t%rminos es arbitrario, porque todas las sustancias gaseosas tienen un comportamiento similar por deba2o y por encima del punto crítico. Cuando se confina el #apor emitido por una sustancia a cualquier temperatura, e2erce una presión conocida como presión de #apor. 'l aumentar la temperatura de la sustancia, la presión de #apor se ele#a, como resultado de una mayor e#aporación. Cuando se calienta un líquido asta la temperatura en la que la presión de #apor se ace igual a la presión total que existe sobre el líquido, se produce la ebullición. En el punto de ebullición, al que corresponde una Anica presión para cada temperatura, el #apor en equilibrio con el líquido se conoce como #apor saturado es el caso, por e2emplo, del #apor de agua a 4<< =C y a una presión de 4 atmósfera. El #apor a una temperatura superior al punto de ebullición se denomina #apor sobrecalentado, y se condensa parcialmente si se disminuye la temperatura a presión constante. ' temperaturas y presiones normales, la presión de #apor de los sólidos es peque-a y suele ser despreciable. )in embargo, la presencia de #apor de agua sobre el ielo demuestra su existencia.
+ncluso en los metales, la presión de #apor puede ser importante a temperatura ele#ada y presión reducida. *or e2emplo, la rotura del filamento de olframio de una bombilla 0foco1 incandescente se debe fundamentalmente a la e#aporación, que implica un aumento de la presión de #apor. Cuando se calienta una solución de dos sustancias #ol$tiles, como agua y alcool, el #apor resultante contiene ambas sustancias, aunque generalmente en proporciones distintas de las de la solución original. ormalmente se e#apora primero un porcenta2e mayor de la sustancia m$s #ol$til este es el principio de la destilación. Gas húmedo
)e entiende por gas Amedo a la mezcla omog%nea de gas seco y el #apor de un líquido. "os gases Amedos tienen las siguientes características -
)e recogen generalmente sobre un líquido no #ol$til. 7iene una aplicación de la ley de 6alton de las presiones parciales. )e obtiene este gas burbu2eando a tra#%s de un líquido. "as mol%culas arrastradas en forma de #apor son recolectadas como mol%culas de gas y de líquido #aporizado. Humedad absoluta
3umedad absoluta es la relación entre la masa de #apor y la masa del gas seco, contenidos en una masa de gas Amedo. ψ
m ( vapor ) =
m ( gas sec o )
Humedad relativa
"a umedad relati#a es la relación entre la presión de #apor que contiene una masa de aire y la que contendría si estu#iese saturado a la misma temperatura. ϕ
&"O#EDI!IETO E'&E"I!ETA($% !e)i)as )e presi*n
%$ Pv =
Pv *
100
(e+ )e Bo+le
(e+ )e #,arles
(e+ )e Ga+ (-ssac
Deter.inaci*n )e la constante "
!ATE"IA(ES / "EA#TIVOS
%$Materiales
ITE !
!ATE"IA(
4
&anómetro en U
5
7ermómetro de mercurio
:
'parato para "eyes de Carles y !ay "ussac
#A"A#T$
#ATIDA ITE D !
!ATE"IA(
#A"A#T$
#ATIDAD
?
D
'parato CEC( para gases
4
4
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7ubo generador de gases
4
4
44
Farro met$lico
4
@aso de precipitados de 4<<< cm: 7apón de goma con una perforación
4<<< cm:
?
Eudiómetro
G< cm:
4
45
G
Regla
G< cm
4
4:
>
)oporte uni#ersal
4
4?
7ubo de #idrio en forma de U
4
9
*inza porta bureta
4
4G
3ornilla
4
H
@ernier
4
4>
Reactivos
ITE! "EA#TIVO #A"A#TE"0STI#A Icido 4 .a. &agnesio en 5 .a Jinc : .a
DATOS E'&E"I!ETA(ES
%$4
4
!e)i)as )e &resi*n &resi*n .ano.1trica 2..3 (i8-i)o .ano.1trico ag-a (i8-i)o .ano.1trico aceite (i8-i)o .ano.1trico
Al-.no 4 Al-.no 5 Al-.no 6 Al-.no 7 :D >: 4:5 4>? ?: 94 4?5 49D :
.erc-rio
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D
44
(e+ )e Bo+le 6i$metro del tubo >.4 KmmL
Te.perat-ra a.biente:;#< &resi*n .ano.1trica =, :..>g< Alt-ra )el gas , :..<
Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no 4 5 6 7 9 54 54 54 54 54 4
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Al-.no 4
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(e+ )e #,arles
(e+ )e Ga+ (-ssac Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no 4 5 6 7 Vol-.en constante :c.6< Te.perat-ra :;#< &resi*n .ano.1trica :.. >g<
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G
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E?periencia 4
E?periencia 5
<.<55
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55
55
#A(#U(OS$% Medidas de Presión •
C$lculo del #alor promedio como el m$s representati#o
&resi*n .ano.1trica 2..3 (i8-i)o .ano.1trico ag-a (i8-i)o .ano.1trico aceite (i8-i)o .ano.1trico .erc-rio &resion at.$ (a &aC 2.. ag-a3 &resion at.$ (a &aC 2.. aceite3 &resion at.$ (a &aC 2.. >g3 &resion Abs$ 2.. ag-a3 &resion Abs$ 2.. aceite3 &resion Abs$ 2.. >g3 )i
Al-.no 4 Al-.no 5 Al-.no 6 Al-.no 7 6@ 6 465 47 76 4 475 4@ 6
7
@
44
>9:5
>9:5
>9:5
>9:5
9.:4
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9.:4
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?DG
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?DG
>994 945D.:4 ?DH
>9DG 94G9.:4 ?DD
>H>? 955H.:4 G
>HD> 95>G.:4 G<>
&"O!EDI O 64$9 4@9$ 94$9
(e+ )e Bo+le$% 6i$metro del tubo
>.4 KmmL
Te.perat-ra a.biente:;#< &resi*n .ano.1trica =, :..>g< Alt-ra )el gas , :..< •
Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no 4 5 6 7 9 54 54 54 54 54 4
45<
45D
4:9
4G<
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5><
5G9
5G4
5?9
Calculo de la presión absoluta para cada presión manom%trica.
•
&resi*n !ano.1trica$ 2.. >g3 &resi*n .ano.1trica$ 2.. >g3 &resi*n Absol-ta$ 2.. >g3
'lumno 4
'lumno 5
'lumno :
'lumno ?
'lumno G
?DG
?DG
?DG
?DG
?DG
4
45<
45D
4:9
4G<
>
>4G
>5?
>:5
>?G
Calculo del #olumen del gas con la ayuda de la fórmula del #olumen de un cilindro 6i$metro del tubo >.4 KmmL
Al-.no 4 Al-.no 5 Al-.no 6 Al-.no 7 Al-.no 9 Alt-ra )el gas , :..< Vol-.en :..6< •
•
5>:
5><
5G9
5G4
5?9
9>H>.
Con los datos de presión absoluta y #olumen, calcular la constante de Boyle ;
Realizar un gr$fico *resión #s. @olumen * >4G >5? >:5 >?G 9>H>.
B
•
Realizar un gr$fico *resión #s. 4M@ & >4G >5? >:5 >?G <.<<<4:<4 <.<<<4:4> <.<<<4::4 <.<<<4:>: <.<<<4:HG 4V 4 4 ? : :
Como la pendiente es la constante de boyle
(e+ )e #,arles$% Al-.no 4 &resi*n constante ?DG :..>g< Te.perat-ra 54 :;#< Vol-.en 4:.
Al-.no 5
Al-.no 6
Al-.no 7
?DG
?DG
?DG
:5.D
?5.>
GG.D
4?.>?
4?.9G
4G.5
Calculo de la temperatura absoluta para cada 2uego de datos.
Te.perat-ra Te.perat-ra Absol-ta 2o3 •
•
Al-.no 4 Al-.no 5 Al-.no 6 Al-.no 7 54 :5.D ?5.> GG.D 5D?
:
:4G.>
:5H.D
Con los datos de temperatura absoluta y #olumen calcular la constante de Carles ;
.
C3
Realizar un gr$fico @olumen #s. 7emperatura relati#a 0C1. En este grafico prolongar la recta asta #olumen < para encontrar el #alor de cero absoluto de temperatura.
•
Realizar un gr$fico de @olumen #s. 7emperatura absoluta 0;1.
•
Como la pendiente es la constante
(e+ )e Ga+ (-ssac$% •
Calcular la temperatura absoluta para cada 2uego de datos.
Vol-.en constante :c. 6< Te.perat-ra :;#< &resi*n .ano.1trica :.. >g<
Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no 4 5 6 7 4:. GG.D /G9
/5?
G
:G
Al-.no Al-.no Al-.no Al-.no 4 5 6 7 7emperatura KCL 54 :5.D ?5.> GG.D o Te.perat-ra Absol-ta 2 3 5@7 69$@ 649$ 65$@ *resión manom%trica Kmm 3gL /G9 /5? G :G &resi*n Absol-ta :.. >g< 76 74 9 96
•
•
Con los datos de temperatura absoluta y presión calcular la constante de !ay "ussac ; !.
Realizar un gr$fico *resión #s. 7emperatura relati#a 0C1. En este grafico prolongar la recta asta presión < para encontrar el #alor de cero absoluto de temperatura.
&resi*n Absol-ta Te.perat-ra :;#<
•
?:H 54
?94 :5.D
Realizar un gr$fico de *resión #s. 7emperatura absoluta 0;1.
G<< ?5.>
G:< GG.D
&resi*n Absol-ta Te.perat-ra Absol-ta 23
•
•
•
•
?:H 944
?94 9??
G<< 99:
G:< H<:
Deter.inaci*n )e la #onstante " Calcular el nAmero de moles de 3 5 producidos a partir de la masa de &g, considerando que 4 mol de 35 se obtiene a partir de 4 at/g de &g.
Calcular la presión del 3 5 seco. Considerar que el gas obtenido es Amedo y que se debe restar la * #N a la temperatura del sistema de la presión del gas Amedo para obtener la presión del gas seco.
Calcular con ayuda de la ecuación de estado la constante R experimental. Calcular el error absoluto y relati#o en cada caso tomando como referencia los #alores bibliogr$ficos.
OBSE"VA#IOES$% )e pudo #er que al momento de realizar mediciones, cada estudiante tiene diferente apreciación, por esta razón es que se tiene muca #ariación entre medidas y resultados. #O#(USIOES$% "as mediciones a realizarse se deben realizar con la m$xima concentración posible, adem$s de que en el momento de realizar el experimento de la reacción del magnesio y el $cido clorídrico se lo debe realizar con muco cuidado ya que esta reacción es muy r$pida, casi instant$nea. O adem$s de que el magnesio es muy #alioso en el laboratorio y se trata de no desperdiciarlo.
