COMPORTAMIENTO P-V P-V-T DEL DE L AIRE AI RE ATMOSFERICO ATMOSFER ICO I. OBJETIVOS Comprobar la variación simultanea de la presión ,vol ,volum umen en y tem tempera perattura ura para ara un gas que que se comporta idealmente. Compro Comprobar bar la ecuaci ecuación ón combin combinada ada de los gases gases ideale ales con el equipo p-v-t utilizand ando air aire atmosférico. Determinar el numero de moles de aire atmosférico inicial y el numero de moles promedio de air aire atmo atmosf sfér éric ico o con con la ecua ecuaci ción ón de la ley ley combinada de los gases y porcentaje de error. Sea Seala larr lo apre aprendi ndido do desp despué ués s de cons constr trui uirr las las !guras "-#-$ vs θ, "# #S θ y "#%$ #s θ II. REVISION TEORICA Ley de los gases ideales
&a teor'a atómica de la materia de!ne los estados, o fases, de acuerdo al orde orden n que que impl implic ican an.. &as &as molé molécu cula las s tien tienen en una una cier cierta ta libe libert rtad ad de movimientos en el espacio. (stos grados de libertad microscópicos est)n asociados con el concepto de orden macroscópico. &as moléculas de un sóli sólido do est) est)n n colo coloca cada das s en una una red, red, y su libe libert rtad ad est) est) rest restri ringi ngida da a pequeas vibraciones en torno a los puntos de esa red. (n cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. Sus moléculas se mueven aleatoriamente, y sólo est)n limitadas por las paredes del recipiente que lo contiene. Se *an desar desarrrolla ollado do leye leyes s emp' emp'ri rica cas s que que rela relaci cion onan an las las vari variabl ables es macroscópicas. (n los gases ideales, estas variables incluyen la presión +p +p, el vol volume umen +# +# y la tem tempera peratu tura ra +$. $. baj bajas pres presio ione nes, s,llas ecuaciones de estado de los gases son sencillas &a ley de /oyle-0ariotte a!rma que el volumen de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión.
p;.#; ? p@.#@ &a ley de C*arles y 7ay &ussac a!rma que el volumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. #;%$; ? #@%$@ 5tra ley a!rma que a volumen constante la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. p;%$; ? p@%$@ 4esumiendo
p;.#;%$; ? p@.#@%$@ ? constante
De!niendo las condiciones normales de presión y temperatura +C2"$ como, ; atmósfera y @AB :<, para el volumen que ocupa un mol de cualquier gas +@@, dm, esta constante se transforma en Constante ? ; atmósfera.@@, atmósferas.dm%:<.mol
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= se de!ne 4 como la constante de los gases ideales 4 ? E,EF@EG atmósfera.dm%:<.mol &a combinación de estas leyes proporciona la ley de los gases ideales, también llamada ecuación de estado del gas ideal p.# ? n.4.$ donde n es el nHmero de moles. Teoría i!"#ia de los gases
Con la llegada de la teor'a atómica de la materia, las leyes emp'ricas antes mencionadas obtuvieron una base microscópica. (l volumen de un gas reIeja simplemente la distribución de posiciones de las moléculas que lo componen. 0)s eJactamente, la variable macroscópica # representa el espacio disponible para el movimiento de una molécula. &a presión de un gas, que puede medirse con manómetros situados en las paredes del recipiente, registra el cambio medio de momento lineal que eJperimentan las moléculas al c*ocar contra las paredes y rebotar en ellas. &a temperatura del gas es proporcional a la energ'a cinética media de las moléculas, por lo que depende del cuadrado de su velocidad. &a reducción de las variables macroscópicas a variables f'sicas como la posición, velocidad, momento lineal o energ'a cinética de las moléculas, que pueden relacionarse a través de las leyes de la f'sica de 2eKton, deber'a de proporcionar todas las leyes emp'ricas de los gases. (n general, esto resulta ser cierto.
&a teor'a f'sica que relaciona las propiedades de los gases con la mec)nica cl)sica se denomina teor'a cinética de los gases. dem)s de proporcionar una base para la ecuación de estado del gas ideal, la teor'a cinética también puede emplearse para predecir muc*as otras propiedades de los gases, entre ellas la distribución estad'stica de las velocidades moleculares y las propiedades de transporte como la conductividad térmica, el coe!ciente de difusión o la viscosidad. E$ai%! de Va! der &aals
&a ecuación de estado del gas ideal no es del todo correcta los gases reales no se comportan eJactamente as'. (n algunos casos, la desviación puede ser muy grande. "or ejemplo, un gas ideal nunca podr'a convertirse en l'quido o sólido por muc*o que se enfriara o comprimiera. "or eso se *an propuesto modi!caciones de la ley de los gases ideales ".# ? n.4.$ 1na de ellas, muy conocida y particularmente Htil, es la ecuación de estado de #an der Laals +p M a%vN.+v - b ? 4.$ donde v ? #%n a y b son par)metros ajustables determinados a partir de medidas eJperimentales en gases reales. Son par)metros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores var'an de un gas a otro. &a ecuación de #an der Laals también tiene una interpretación microscópica. &as moléculas interaccionan entre s'. &a interacción es muy repulsiva a corta distancia, se *ace ligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias m)s grandes. &a ley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas. "or ejemplo, la repulsión mutua entre moléculas tiene el efecto de eJcluir a las moléculas vecinas de una cierta zona alrededor de cada molécula. s', una parte del espacio total deja de estar disponible para las moléculas en su movimiento aleatorio. (n la ecuación de estado, se *ace necesario restar este volumen de eJclusión +b del volumen del recipiente +#O de a*' el término +# - b. Tra!siio!es de 'ase
temperaturas bajas +a las que el movimiento molecular se *ace menor y presiones altas o volHmenes reducidos +que disminuyen el
espacio entre las moléculas, las moléculas de un gas pasan a ser inIuidas por la fuerza de atracción de las otras moléculas. /ajo determinadas condiciones cr'ticas, todo el sistema entra en un estado ligado de alta densidad y adquiere una super!cie l'mite. (sto implica la entrada en el estado l'quido. (l proceso se conoce como transición de fase o cambio de estado. &a ecuación de #an der Laals permite estas transiciones de fase, y también describe una región de coeJistencia entre ambas fases que termina en un punto cr'tico, por encima del cual no eJisten diferencias f'sicas entre los estados gaseoso y l'quido. (stos fenómenos coinciden con las observaciones eJperimentales. (n la pr)ctica se emplean ecuaciones m)s complejas que la ecuación de #an der Laals. P$!#o rí#io
(n f'sica, punto de temperatura o presión que corresponde a un cambio en el estado f'sico de una sustancia. Durante el enfriamiento de una aleación met)lica, el punto cr'tico se alcanza a la temperatura en que se produce una reorganización molecular que da lugar a una nueva forma de la sustanciaO generalmente, esta reorganización se ve acompaada por la absorción o cesión de calor. &a temperatura cr'tica de un gas es la temperatura m)Jima a la que puede licuarseO la presión cr'tica es la presión necesaria para licuar el gas a esa temperatura. lgunos gases,como el *elio, el *idrógeno o el nitrógeno, poseen temperaturas cr'ticas muy bajas y tienen que ser enfriados intensivamente antes de poder ser licuados. 5tros, como el amon'aco o el cloro, tienen temperaturas cr'ticas elevadas y pueden licuarse a temperatura ambiente aplicando su!ciente presión. 1na tercera caracter'stica del punto cr'tico es el volumen cr'tico, que es el volumen que ocupar'a un mol de gas a su temperatura y presión cr'ticas. (stas tres cantidades, la temperatura, presión y volumen cr'ticos, se denominan conjuntamente constantes cr'ticas de una sustancia. Presi%! de (a)or
&a presión de vapor en equilibrio con un l'quido o un sólido a cualquier temperatura se denomina presión de vapor de la sustancia a esa temperatura. &a presión de vapor de una sustancia es función de la temperatura solamente, no del volumen. (n un recipiente que contenga l'quido y vapor en equilibrio a temperatura constante, la presión no depende de las cantidades relativas de vapor y l'quido. Si por algHn motivo la cantidad de l'quido disminuye, el vapor se condensa +para compensar y viceversa, pero si
se suministra o sustrae calor a temperatura constante, la presión no var'a. &a temperatura del punto de ebullición de un l'quido es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión eJterior. III.MATERIALES * E+,IPOS ; Cronometro $ermómetro de alco*ol "iseta con agua destilada
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l de aire atmosférico PE ml de agua destilada coloreada E$i)os ; equipo de p-v-t ; alt'metro - barómetro ; fuente alimentadora de Gv
Rea#i(os • • •
a (nvasar el agua fr'a por el tubo de entrada del termómetro *asta que este cubierta la tapa del gasómetro.(s importante que el recipiente con el agua tenga la estabilidad necesaria .2o se puede usar la placa cobertora como reten. b &lenar el manometro colocando aproJimadamente PE0l de agua coloreada +empleando un colorante para alimentos o un reactivo inorg)nico coloreado y aadir algunas gotas de un suavizante .Despues del destornillamiento del tornillo de ventilación +girar a la izquierdase envasa al tubo de presión tanta liquido manométrico *asta que este alcanzada la marca cero de la esfera indicadora del volumen.(l ajuste preciso se realiza elevando o bajando el tubo de presión. c (vitar la penetración de liquidos al recipiente de gases por la manga de unión.(n este caso los resultados de la medición ser)n falsos. d "restar atención a la polarización correcta del mecanismo agitador .la fuente de tensión para la calefacción tenga la capacidad de carga correspondiente +Gv. P$es#a e! '$!io!a/ie!#o del e$i)o P-V-T a0 segurar el tornillo de ventilación antes de iniciar los ensayos. 10 (mpezar las mediciones debajo de la temperatura del ambiente y eJcederla solamente unos ;E:C, aproJimadamente. 0 4egistrar las condiciones iniciales de temperatura del aire
+t,volumen de aire +#?;&?;EEEcm B y presión atmosférica +" en *"a d0 4ealizar las mediciones sucesivas cada B, o G minutos Qcon el equipo p-v-t. e0 &eer la presión atmosférica en el alt'metro - barómetro V. DATOS2 CALC,LOS * RES,LTADOS . La #a1la de los (alores de1e! ser o!(er#idas a3T e! 4 5P e! #orr 5V e! / 65T7 e! 45 P7 e! #orr 5 V7 e! / 6
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5/S(4#C352(S l *acer los c)lculos debemos de emplear o bien la media o la mediana, esto depender) cu)l de los resulta se acerca m)s al resultado real. &a desviación est)ndar nos indica que tan cercanos est)n nuestros datos unos a otros, cuanto menor es el dato de la desviación, mayor ser) la precisión. (Jisten un dato dudoso o discordante por tal se *ace la prueba de DiJon y contraste de grubbs ya sea para descartarla o mantenerla,se rec*aza cuando el valor obtenido es mayor que el valor de tablas.
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(n nuestro caso eJiste un dato dudoso que es el ;;,EBG, al *acer las pruebas respectivas este no se *a de rec*azar.
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#3. C52C&1S352(S
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Se aprendió a calibrar la bureta pipeta y !ola de una manera pr)ctica . 0ejoramos nuestra técnica para la manipulación de los materiales tales como la bureta !ola y pipeta . plicamos los c)lculos estad'sticos para evaluarlos datos obtenidos y se pudo saber cu)l fue el error cometido que precisión y eJactitud logramos
