• Author / Uploaded
• juanpasanvi

Citation preview

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERIA EN GEOLOGIA, MINAS, PETROLEOS Y AMBIENTAL FISICO-QUIMICA Y TERMODINAMICA NOMBRE: Juan Pablo Santos Vivanco PROFESOR: Dr. Bolívar Enríquez CARRERA: Ing. Petróleos CURSO: Cuarto FECHA: 2014-11-05 TEMA: APLICACIÓN ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo General  Conocer las relaciones cuantitativas entre la presión (P), volumen (V), y temperatura (T) de un gas. 2.2. Objetivos Específicos  Demostrar la ecuación general de los gases experimentalmente mediante el material necesario que se posee en el laboratorio, tomando en cuenta que los mismos como en los recipientes de vidrio deben encontrarse en las condiciones que amerite la práctica.  Determinar el error que se obtiene en el cálculo del volumen obtenido experimental con el cálculo del volumen encontrado teóricamente, cabe recalcar que el mismo no debe sobrepasar el 10% de error.  Identificar las causas principales por las cuales se produce el error ya sean estas por fallas humanas o de material de laboratorio, siendo estos incidentes intempestivos y que con práctica se pueden dejar de lado este tipo de inconvenientes. 3. MARCO TEÓRICO ESTADO GASEOSO Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura.

La atmosfera terrestre está formada principalmente por Nitrógeno con un 78% y con un 21% de Oxigeno. El 1% restante está constituido por argón y otros gases, así como diferentes proporciones de vapor de agua e hidrogeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, criptón y xenón. Para explicar el comportamiento de los gases entre los siglos XVIII y XIX Bernoulli, Krönig, Clausius, Maxwell y Boltzmann desarrollaron la TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES para explicar el comportamiento de los mismos. Los postulados de la Teoría Cinética de los Gases son los siguientes:  Los Gases consisten en Moléculas muy separadas en el espacio. El Volumen real de las Moléculas individuales es despreciable en comparación con el volumen total del Gas como un todo (En esta teoría se considera como Moléculas a las partículas que forman el Gas las cuales en algunos casos son Moléculas Monoatómicas, Diatómicas, Triatómicas, etc.).  Las Moléculas de los Gases están en constante movimiento caótico, chocan entre sí elásticamente (no pierden energía cinética debido a los choques) y pueden transmitir la energía de una Molécula a otra.  La Temperatura se considera como una medida de la Energía Cinética Promedio de todas las Moléculas. Es decir, que a una Temperatura dada, las Moléculas de todos los gases tienen el mismo promedio de energía cinética.  Las fuerzas de atracción entre las Moléculas son Despreciables  La Presión de un gas es consecuencia de los choques de las Moléculas del Gas con las paredes del recipiente que las contiene resultando en una fuerza por unidad de superficie (Presión).  Todo gas que cumpla con los postulados de la teoría cinética molecular se considera como un gas ideal.  En cambio en un gas real las moléculas están unidas por las fuerzas de atracciones mínimas y repulsión, pero cuando las presiones son bajas y las temperaturas elevadas un gas real se comporta como un gas ideal.  Las variables de estado son aquellas magnitudes físicas que llegan a determinar en un determinado estado características cuantitativas.  El estudio de muestras indica que hasta los 85 kilómetros por encima del nivel del mar, la composición de la atmosfera e substancialmente la misma que al nivel del suelo. El movimiento continuo ocasionado por las corrientes atmosféricas, permite contrarrestar la tendencia de los gases pesados de permanecer por debajo de los gases ligeros, siendo este nivel donde se desarrollan las diferentes formas de vida. ¿POR QUÉ SE CARACTERIZA EL ESTADO GASEOSO? Hay muchas características que describen al estado gaseoso entre ellas señalo aquí las más importantes:  Las fuerzas intermoleculares o interatómicas son muy pequeñas.  No tiene forma.  No tienen volumen propio.

 Las moléculas están animadas de perpetuo movimiento, trasladándose en línea recta en todas las direcciones y sentidos dentro del volumen ocupado.  Hay choques de las moléculas contra las paredes del recipiente y también entre sí (choques intermoleculares).  Las moléculas están animadas de perpetuo movimiento, trasladándose en línea recta en todas las direcciones y sentidos dentro del volumen ocupado. Pequeña densidad.- Poca cantidad ocupa grandes volúmenes. Expansibilidad.- Tendencia que tienen los gases a aumentar su volumen, a causa de las fuerzas internas que obran sobre sus partículas. Tal es la característica, con respecto a los líquidos y sólidos, que se utiliza para definirlos. Compresibilidad.- Los gases pueden disminuir su volumen, bajo la acción de fuerzas externas. Siendo mayor el grado de compresibilidad en los gases que en los líquidos. Difusión.- Propiedad que permite a las partículas de los gases mezclarse entre sí. Dilatación.- Propiedad que permite que los gases varíen su volumen con la temperatura. ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES Las proporcionalidades expresadas mediante las leyes de Boyle, Charles, Gay Lussac (que más adelante se detallarán) y Principio de Avogadro, reunidas en una sola corresponde a:

Al introducir la constante de proporcionalidad, R, se transforma en la denominada Ecuación de los Gases Ideales. Su expresión matemática es: PV = n RT Siendo P la presión, V el volumen, n el número de moles, R la constante universal de los gases ideales y T la temperatura en Kelvin. Tomando el volumen de un mol a una atmosfera de presión y a 273 °K, como 22,4 L se obtiene el valor de R= 0,082 . Matemáticamente se obtiene así:

LEYES DE LOS GASES IDEALES Ley de Boyle - Mariotte: La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión.

T=cte

PV=cte

Ley de Charles: A una presión dada, el volumen ocupado por una cierta cantidad de un gas es directamente proporcional a su temperatura. P=cte

Ley de Gay-Lussac: La presión de una cierta cantidad de gas, que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura: V=cte

4.- MONTAJE DEL EQUIPO 4.1 GRAFICO DEL EQUIPO ARMADO 4.2 MATERIALES

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Soporte universal Balón florence Pinza universal Pinza de Morh Tapón de caucho Probeta Manguera de caucho Tubo de ensayo Vaso de precipitación

5. DATOS EXPERIMENTALES P Barométrica (mm Hg)

540 mm Hg

To (Baño caliente)

91°C + 273 °K = 364°K

Vo (ml) T final (Baño frío) V que ingresó al baño frío (ml) V teórico (ml) P vH2O Tf

300 ml 18°C + 273°K = 291°K 44 ml Vinicial – Vingreso = 300 ml – 44 ml = 256 ml 16,477 mm Hg

P parcial del aire seco

P =P gas seco+ P vH2O 540 mm Hg = P gas seco + 16,477mm Hg P gas seco = 523,523 mm Hg

6. PROCEDIMIENTO 1. Llenamos un balón Florence con agua 2. Llenamos el tubo de ensayo totalmente con agua y tapamos el balón Florence con el dedo índice, e invertimos el balón Florence para introducir el extremo en el vaso con agua, retiramos el dedo y lo sujetamos con la agarradera al soporte universal. 3. Observamos la reacción por el ingreso de burbujas en el tubo de ensayo. 4. Introducimos por el extremo sumergido del tubo de ensayo, una manguera que está conectada a un tapón de caucho. 5. Cuando dejen de salir burbujas de aire en el tubo de ensayo tomamos el balón Florence y lo colocamos en un baño frio 6. Se mide el volumen de agua que ingresa al balón

7. Registramos este valor y realizamos los cálculos 7. CÁLCULOS  Determine el volumen teórico del aire seco a la temperatura del baño frio

 Calcular el volumen experimental a la temperatura del baño frio

 Calcular el porcentaje de error entre el volumen teórico y el volumen experimental de aire seco.

|

|

8. TABLA DE RESULTADOS

P barométrica T baño caliente Vo T final (baño frio) V disminución frio P vH2OTf P parcial V teórico – experimental V final V teórico E%

540 mmHg 91° C o 364 K 300 ml 19° C o 292 K 44 ml 16,477 mmHg 523,523 mmHg 8.62 ml 247,38 ml 256 ml 3.48 %

9. CONCLUSIONES  La relación de la presión, volumen y temperatura de un gas puede ser apreciada a lo largo del experimento, notar los cambias que toma el gas en volumen cuando alteramos la temperatura y la forma en que las presiones se equilibran cuando colocamos el balón en el baño frio.  De acuerdo con la ley de charles comprobamos de forma experimental que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura, en este caso se pudo observar como el gas se expande y se escapa del balón cuando la temperatura estaba en aumento, y al momento de colocar el balón en el baño frio el volumen disminuye a medida que baja la temperatura.  Las causas más comunes por la que se obtiene una variación de volumen teórico practico, es decir un porcentaje de error se deben a la sensibilidad de los aparatos de medida en nuestro caso la probeta graduada y el termómetro, por su parte los errores humanos al momento de tomar medidas son otra causa por la que se obtiene resultados diferentes a los esperados.  Se tiene que en la ecuación combinada de la ley de los gases ideales, el producto de la presión (P) por el volumen (V) es inversamente proporcional a la temperatura (T), además esta ecuación se la denomina así ya que combina la ley de de Boyle (Isotérmica), de Gay Lussac (Isocórica) y la de Charles (Isobárica).  Se observó que el volumen de agua en el baño de agua frío que ingresó al balón florense es igual al volumen del gas que contenía el mismo en un principio.  La temperatura del punto de ebullición depende de la presión con la cual se trabaje en laboratorio o en el lugar donde se realice la experiencia.  El error que se obtuvo en la práctica es de 6,11% por lo que se deduce que la misma se realizó en forma correcta ya que dicho valor es menor al 10% (umbral del error). 10.- RECOMENDACIONES  Se recomienda que los instrumentos de medida utilizados durante la práctica se encuentren en perfectas condiciones de uso, antes de realizar la práctica para minimizar el error obtenido.  Se recomienda comprobar la relación que existe entre la presión, volumen y temperatura del experimento con la ecuación general de los gases ideales.  Se recomienda utilizar el equipo adecuado durante la práctica para obtener las mejores condiciones experimentales con el fin de poder observar cada cambio que se da durante el transcurso del experimento.  Que el volumen de agua al llenar el balón florense como en el vaso de precipitación sea el adecuado, para evitar derrames del líquido desde los mismos, y de esta manera evitar que se susciten accidentes.  Que el espacio entre el filamento vitrio que une la manguera con el corcho debe ser mínimo para que de esta manera el volumen del gas que se considera en esta parte del equipo sea despreciable.  Que se realice una correcta lectura tanto en la bureta de 1000ml como en la temperatura del punto de ebullición del agua en el termómetro, la temperatura del baño de agua fría y finalmente el de disminución del volumen, para de esta manera generar el menor error posible en los cálculos posteriores.

 Que se utilice materiales adecuados en el montaje del equipo, para de esta manera estos no influyan al momento de generar un error alto, de igual manera realizar con eficacia la práctica para evitar errores grandes por posibles errores humanos. 11.- BIBLIOGRAFÍA  BOLÍVAR E. (2014), “Guía De Laboratorio Fisicoquímica”. FIGEMPA-Universidad Central del Ecuador, Quito-Ecuador.  ESTADO GASEOSO. Recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Gas Accedido el 13/05/2014 a las 22:00.  LEYES DE LOS GASES. Recuperado de http://www.slideshare.net/jdiazgall/leyes-de-losgases-340850 Accedido el 13/05/2014 a las 23:05.  http://www.cneq.unam.mx/cursos_diplomados/diplomados/medio_superior/ens_3/porta folios/quimica/equipo3/propiedadesdelosgases.htm CUESTIONARIO 1.- Dos cilindros contienen dos gases ideales “A” y ”B” a temperatura constante la densidad de A es el doble de la de B calcular el coeficiente de las presiones de A y B si la MB= 2MA (

)

(

)

2.- En un recipiente evacuado y mantenido a 20°c se introdujeron 4g de gas A siendo la presión 1 atmosfera. Luego se le añaden 6g de B siendo la presión 1.5 atm calcular el coeficiente

3. Calcular la temperatura a la cual 1 dm3 de gas ideal que está a 500°c, se reduce a 80 cm3.

4. Un cilindro de aire contiene 1300 L a 35°c cual será el volumen que ocupa si se aumenta la temperatura en 50°C si la presión permanece constante.

5. Se permite que un litro de gas de helio a 2 atm y 2 L de gas nitrógeno a 3 atm se mezclan isotérmicamente de tal manera que el volumen final sea 5 L calcular las presiones parciales del nitrógeno y helio

6. El volumen medido de un gas fue de 15 L a 37° C y una presión de 2 atm. Que volumen ocupara el gas en condiciones normales.

7. Un gas tiene un volumen de 300ml a 20 °C y 4 atm. Cuál será su volumen si la temperatura se incrementa en 10°c y la presión se reduce a la mitad

8. Manteniendo constante la temperatura se comprimió una muestra de 200ml de un gas hasta 55 ml. La presión que se ejerció fue de 2 atm. Cuál es la presión inicial del gas

9. A presión normal el volumen ocupado por un gas es de 15 L a una temperatura de 25°C. Si la temperatura se reduce hasta -15°C. Cuál será el volumen del gas.

10. Un tanque se encuentra a 2 atm de presión y tiene una temperatura de 20°C calcular que temperatura adquiere cuando se le aplica una presión de 5 atm.

11. El volumen medido de un gas es de 1000 ml a temperatura de 60°C y una presión de 720 torr. Que volumen ocupa el gas en condiciones normales.