COMPORTAMIENTO FISICO DE LOS GASES AUTORES: DENYS FUENTES ZOLLEANNE SIMANCA RESUMEN Las caracte caracterís rístic ticas as y propie propiedad dades es que deter determin minan an un gas gas se encuentr encuentran an delimitadas por tres parámetros: presión, temperatura y volumen las cuales serán estudiadas través de las leyes de Boyle que expresa la relación volumenpresión, y la ley de Avogadro que expresa la relación moles-volumen. n el presente in!orme se expondrán los pasos que se aplicaron para conocer las relaciones entre las varia"les de los gases esta"lecidas en las leyes, así mismo anali#a i#ando los resultados que !ueron o"tenido idos por med medio de la experimentación en el la"oratorio que luego se concluirá con el desarrollo de los resultados previstos por las leyes antes mencionadas. $ases, ley Boyle, Boyle, ley Avogad vogadro, ro, volum volumen, en, moles, moles, PALA PALABRA BRAS S CLAV CLAVES: ES: $ases, presión.
INTRODUCCIÓN COMPORTAMIENTO DE LOS GASES l comportamiento de los gases se explica en términos de la teoría ci!tica %&'(), o simplemente teoría ci!tica. sta teoría, al igual que la "o#ec$#ar %&'(), atóm atómic ica, a, o!re o!rece ce un mode modelo lo con con gene genera rali li#a #aci cion ones es ampl amplia ias s acer acerca ca de las las propiedades de la materia. La teoría cinética molecular permite visuali#ar y comprender el comportamiento de los gases, pero sus !undamentos tam"ién son aplica"les a los líquidos y a los sólidos. La teoría cinética molecular trata los gases como con *untos de partículas individuales en rápido movimiento %de a+í el término cinética). cinética). La pala"ra partícula pala"ra partícula puede puede signi!icar un átomo o una molécula, segn el gas de que se trate.
Teoría ci!tica %e #o& 'a&e& 1.
Las partículas del gas se mueven de forma continua, rápida y al azar en línea recta y en todas direcciones.
Las moléculas del aire tienen una velocidad media %rapide# de movimiento) de aproximadamente m/s, equivalente a alrededor de 0 1 2ilómetros por +ora. l movimiento al a#ar de las moléculas ayuda a explicar la o"servación de que los gases se expanden +asta llenar un recipiente cerrado, característica que se citó como primera propiedad !ísica de los gases.
2.
Las partículas de gas son extremadamente pequeñas y las distancias entre ellas son grandes.
l concepto de la &'( de partículas diminutas con grandes distancias entre ellas per-mite explicar la o"servación de que los gases se comprimen con !acilidad. sta característica se citó como la segunda propiedad !ísica de los gases. Además de explicar las propiedades de los gases, la teoría cinética molecular per-mite entender la naturale#a no compresi"le de los líquidos y los sólidos. A di!erencia de las partículas de un gas, las partículas individuales de los sólidos y los líquidos están en contacto unas con otras, lo que permite muy poca compresión.
3.
Con respecto a los gases, tanto las fuerzas gravitatorias como las fuerzas de atracción entre partículas de gas resultan insignificantes.
Las partículas de un gas están separadas por distancias relativamente grandes y se mueven con rapide#3 en consecuencia, las !uer#as de atracción son insigni!icantes. l e!ecto de la gravedad so"re los gases es relativamente peque4o, y sus partículas se mueven +acia arri"a, a"a*o y a los lados con !acilidad. A di!erencia de los líquidos y los sólidos, no caen al !ondo del recipiente. 'ualquier recipiente de gas está lleno en su totalidad. La pala"ra lleno no signi!ica en este caso que el gas esté empaquetado de !orma compacta, sino que está distri"uido en la totalidad del volumen del recipiente. 4.
Cuando las partículas cocan unas con otras o con las paredes del recipiente, no se pierde energía! todas las colisiones son perfectamente elásticas.
l término per(ecta"ete e#)&tica& signi!ica que las partículas continan c+ocando sin perder energía. Las partículas, en con *unto, no presentan tendencia alguna a perder rapide# ni a detenerse en un momento dado. l "om"ardeo continuo en todas las paredes del recipiente por parte de las partículas del gas permite comprender el +ec+o de que los gases e*ercen una presión uni!orme so"re todas las paredes del recipiente, !enómeno que constituye la cuarta propiedad !ísica de los gases. 5.
La energía cinética media es la misma en todos los gases a una misma temperatura, y varía proporcionalmente con la temperatura en "elvin.
La eer'ía ci!tica %.'.) es la energía que las moléculas poseen en virtud de su movimiento. La energía cinética de las partículas se descri"e con más precisión por medio de una ecuación matemática segn la cual l a .'. es igual al producto de la mitad de la masa %m) por la velocidad al cuadrado %v5).
LEY DE BOYLE: *re&i+
, -o#$"e %e #o& 'a&e&
A temperatura constante, el volumen, 6, que ocupa una muestra de gases inversamente proporcional a la presión, # . V ∝
l sím"olo
∝
1
p
%'on temperaturas y masas constantes).
signi!ica 7es proporcional a8. La expresión matemática de la ley
de Boyle se lee 7es proporcional a 0 so"re # 8. sto signi!ica que $ es inversamente proporcional a # . La proporción inversa se trans!orma en una ecuación incluyendo una constante de proporcionalidad , ".
V
=
k p (ultiplicando am"os lados por p se o"tiene PV =k
9ara que el producto de # por $ sea una constante, $ de"e disminuir cuando # aumenta y viceversa. sta ecuación resultará an más til si se considera el caso en el que una muestra especí!ica de gas con un volumen $ 0 se comprime a un volumen más peque4o, $ 5. La presión inicial, #%, aumenta a un nuevo valor, #& . 9ara de!inir las condiciones iniciales y !inales podemos escri"ir dos ecuaciones.
n tanto se utilice la misma muestra de gas encerrado a una temperatura constante, " 0 será igual a " 5, y el producto de la presión inicial por el volumen inicial será igual al producto de la presión !inal por el volumen !inal. 9or consiguiente, se puede escri"ir la til ecuación siguiente, que representa la ley de Boyle.
Teoría %e #a #e, %e Bo,#e 9ara visuali#ar lo que ocurre en el nivel molecular durante un cam"io de presión y volumen en una muestra !i*a de gas, piensa en los gases como los descri"e la teoría cinética molecular. na muestra de gas en un recipiente e*erce cierta presión porque las partículas re"otan contra las paredes a un
cierto ritmo y con una !uer#a determinada. ;i se reduce el volumen del recipiente, las partículas recorrerán distancias más cortas antes de golpear las paredes. Además, el área de las paredes disminuye con!orme el volumen aumenta, por lo que cada unidad de área es golpeada por más partículas por unidad de tiempo. n términos más sencillos, cuando el nmero de golpes por segundo aumenta, la presión tam"ién aumenta.
LEY DE AVOGADRO: -o#$"e , "o#e& %e 'a&e& A volmenes iguales de gases a la misma presión y temperatura contienen igual nmero de moléculas. 9or consiguiente, cuando se duplica el volumen de un gas, tam"ién de"e duplicarse el nmero de moléculas o moles del gas si la temperatura y la presión son constantes. La +ipótesis de Avogadro conduce a una relación matemática, la ley de Avogadro, que relaciona el volumen de gas y los moles.
Le, %e A-o'a%ro: l volumen de un gas a temperatura y presión constantes es proporcional al nmero de moles %n) del gas. v ∝n
o
6< "n
'uando el nmero de moles de gas, n0, con un volumen inicial, $ 0, cam"ia a una cantidad di!erente, n5, a temperatura y presión constantes, se puede esta"lecer el volumen !inal, $ 5, aplicando la ley de Avogadro, que se escri"e como sigue. V 1 n1
=
V 2 n2
MATERIALES Y METODOLOG.A
•
9rograma =ata ;tudio
• • • • •
>eringa %5 ml) ;ensor de presión 'omputador (anguera ?egla
PRACTICA /: Re#acioe& etre "o#e& , *re&i+ %e 'a& 0Le, A-o'a%ro12 @ngresamos a =ata ;tudio, se conecta el sensor de presión a la *eringa y se con!igura el programa con las unidades de media que se utili#aran, volumen en mililitros %ml) y presión atmos!érica en 2ilopascals %29a). Luego tomaremos las medidas de la manguera, se medirá con la regla el volumen y diámetro interno, se procederá a "uscar el radio con la siguiente ecuación: $olumen de manguera' (%cm )iámetro interno' * mm +adio' & mm -,& cm 'onversión de unidades:
Cm
=
Cm=
v =π . r ² . h
mm
V 3,14 x 0,014 cm x 61 cm ' ,((%( vol inicial =
10000
2 mm 10000
=
0,20 cm
Luego se conectara la *eringa a la manguera del medidor de presión y de esta manera se e*ercerá una presión al em"olo de la *eringa se o"tuvieron los siguientes datos mostrados en la ta"la:
Vo#$"e Vo#$"e i,ecta%o 0"#1
Pre&i+ 05Pa1
,
000,
05,
5,0
0
0,
5C5,C
0
55,
DD5,5
5
5,
DCE,D
PRACTICA 3: E(ecto %e# -o#$"e &o4re #a *re&i+ %e $ 'a& 0Le, %e Bo,#e12
'onociendo el valor inicial del volumen o"tenido con los datos de cálculos anteriores se iniciara la práctica conectando la *eringa a la manguera del medidor de presión e invirtiendo la presión del em"olo de la *eringa se o"tuvieron los siguientes datos mostrados en la ta"la:
Vo#$"e Vo#$" i,ecta%o 0"#1
Pre&i+ 05Pa1
5
5,
0,1
0
55,
05D,1
0
0,
0E, 5
05,
5ED,C
,
E0E,
ANALISIS DE RESULTADOS Los datos que se adquieren en la práctica son experimentales, por lo cual +ay inexactitud en estos, al llevar los datos y reali#ar el proceso utili#ando un programa de computadora, el =ata ;tudio3 este nos permite anali#ar los datos de manera grá!ica.
A)#i&i& /: Le, %e A-o'a%ro ;e puede compro"ar lo que la ley de Avogadro mani!iesta, la cual esta"lece la relación entre la cantidad de gas y su volumen cuando se mantienen constantes la temperatura y la presión3 ya que en este la"oratorio se pudo contemplar lo anterior dic+o, puesto que al aumentar el volumen, la presión aumenta3 siendo así directamente proporcionales.
A)#i&i& 3: Le, %e Bo,#e n la ley de Boyle el volumen es inversamente proporcional a la presión, por eso al aumentar la presión del gas manteniendo la temperatura constante, el volumen disminuirá. 6iceversa mente tam"ién ocurre si se disminuye la presión el volumen aumenta. 9or lo cual al reali#ar la práctica, podemos evidenciar lo anterior.
Coc#$&i+:
'oncluyendo, en este tra"a*o se pudo o"servar el comportamiento de los gases desde lo estipulado en sus leyes3 en este caso la ley de Boyle y la ley de Avogadro. (ediante la reali#ación de este la"oratorio se compro"ó lo que ?o"ert Boyle y dme (ariotte expresan que si el volumen aumenta, la presión disminuye3 es decir que son inversamente proporcionales. &am"ién constatamos lo que esta"lece la ley de Avogadro la cual declara que el volumen y la presión son directamente proporcionales, es decir que si una aumenta la otra tam"ién aumenta3 y si una disminuye la otra tam"ién disminuye.
BIBLIOGRAF.A
?alp+ A. Burns. %5D). Fundamentos de Guímica. (éxico: 9earson.
