Indice1. Fundamentos teóricos 2. Procedimientos experimentales 3. Análisis de resultados 4. Conclusiones 5. Bibliografía
La Relación Volumen–Cantidad: LEY DE ABOGADOR El trabajo del científico italiano Amadeo Avogadro complemento los estudios de Boyle, Charles y Gray Lussac. En 1811, publico una hipótesis en la que estableció que a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen el mismo número de moléculas (o átomos si el gas es monoatómico). De ahí que el volumen de cualquier debe ser proporcional al numero de moles de moléculas presentes; es decir
donde n representa el numero de moles y k, es la constante de proporcionalidad. La ecuación (5.5) res la expresión matemática de la ley de Avogadro, la cual establece que la presión y temperatura constantes , el volumen de un gas es directamente proporcional al numero de moles del gas presente. De la ley de Abogador aprendimos que, cuando dos gases reaccionan entre sí. Los volúmenes que reaccionan de cada uno de los gases tiene una relación simple entre sí. Si el producto es un gas, su volumen se relaciona con el volumen de los reactivos a través de una sencilla relación (un hecho demostrado antes por Gray Lussac). Por ejemplo, considérese la síntesis de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno moleculares: 3H2(g)+ N2 (g) 2NH3(g) 3mol 1mol 2mol
Objetivos Estudiar y experimentar algunas propiedades y leyes fundamentales que explican el comportamiento de los gases ideales.
Difusión de los Gases La difusión, es decir, la mezcla gradual de las moléculas de un gas con moléculas de otro en virtud de sus propiedades cinéticas, constituye una demostración directa del movimiento aleatorio. La difusión siempre procede una región de mayor concentración a otra menos concentrada. A pesar de que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusión toma un tiempo relativamente grande para complementarse. Por ejemplo con una botella de solución de amoniaco concentrado se abre en un extremo de la mesa del laboratorio, pasa un tiempo antes de que una persona que este en el otro extremo de la mesa pueda olerlo. La razón es que una molécula experimenta numerosas colisiones mientras se esta movimiento desde uno a otro extremo de la mesa. Por ello, la difusión de los gases siempre sucede en forma gradual, y no en forma instantánea, como parecían sugerir las velocidades moleculares. Además, dado a raíz dela velocidad cuadrática media de un gas ligero es mayor que la de un gas más pesado, un gas mas ligero se difundirá a través de un cierto espacio mas rápido que uno mas pesado.
La Relación Presión-Volumen: LEY DE BOYLE En el siglo XVII Robert Boyle estudio de manera sistemática y cuantitativa el comportamiento de los gases. Es una serie de experimentos, Boyle estudio la relación existente entre la presión y el volumen de un muestra de un gas por medio de un aparato. Aparato para estudiar la relación entre la presión y el volumen de un gas por medio de un aparato como el que se muestra
En la figura a) la presión ejercida sobre el gas por el mercurio añadido al tubo es igual a la presión atmosférica., en la figura b) se observa que en aumento en la presión, debido a la adición del mercurio, conduce a una disminución del volumen del gas a un desnivel en la columna de mercurio. Boyle observó que cuando la temperatura se mantiene constante, el volumen (V) de una cantidad dada de un gas disminuye cuando la presión total aplicada (P) la presion atmosférica las la presión y volumen es evidente en las figuras b) y d), por el contrario, si la presión que se aplica es menor, el volumen del gas aumenta.
Los datos de P-V registrados en esta tabla son congruentes con esta expresión matemática que muestra la relación inversa.
donde el símbolo ¥ significa proporcional a. Para cambiar el signo ¥ por el signo de igualdad, se debe escribir:
(a)
donde k1 es una constante llamada constante de proporcionalidad. La ecuación (a) es una expresión de la Ley Boyle que establece que el volumen de un cantidad fija de un gas manteniendo a temperatura constante es inversamente proporcional a la presión del gas. Reordenando la ecuación (a) se obtiene. PV=K1(b)
Donde V1 y V2 son los volúmenes de los gases a las temperaturas T1 y T2 (ambas en kelvins), respectivamente. en todos los cálculos subsecuentes se suspenderá que las temperaturas dadas en Cº son exactas, de modo que no se altere el número de cifras significativas. El ejemplo siguiente ilustra el uso dela Ley de Charles
2. Procedimientos experimentales
Experimento nº 01 Determinación del volumen molar Estándar del hidrógeno
6ml de HCl 3M una cinta de magnesio 400 ml de H2O VH2 = VBURETA + VMUERTO Volumen muerto = 5ml. Volumen bureta = 17,2 ml. VH2 = 17,2+5 = 22,2 ml. <> 222.10-4l
Experimento nº 2 "demostración de la ley de graham de la difusión gaseosa"Procedimiento Experimental:
Datos Experimentales: Longitud del Tubo : 23,8 cm Tiempo de Reacción : 6 minutos 4 gotas de HCl x 4 gotas de NH3
Desplazamientos: NH3: HCl 14,2 cm 9,6 cm
Cálculos y Resultados:Par un tiempo (t): 6 min.
Reemplazando
Análisis de Resultados Es comparable; la Ley de GRAHAM. Para tiempos iguales las velocidades se reemplazan por desplazamientos.
Experimento nº 03 "comprobación de la ley boyle – mariotte"
Datos obtenidos Presión del vapor de agua a la temperatura del laboratorio = 23,8 torr. Temperatura del laboratorio = 25Cº Presión barométrica en el laboratorio = 753 mmHg. "Vm" de acuerdo a mediciones en el laboratorio.
Para una deferencia de niveles a (+10 cm) VgasH =Vm + Vtubo VgasH = Vm + 5.8 ml.
Inicialmente
Nota. 6ml <> 8cm.
Luego a (+ 10cm) h= 9.73
Tenemos: PA = PB PGAS H = PATM +PLIQPGAS + PVH2O = PATM + PLIQPGAS = PATM + PLIQ – PVH2OPGAS = 753 mmHg +Pl G. h = 23,8 mmHg. PGAS = 729.2 mmHg + 7.153 mmHg PGAS = 736.35 mmHg
A (+ 20 cm), h =19.6 cm, VGAS HUM = Vm + VtuboVGAS Hum = Vn +5.7 ml. PGAS HUM = PATM ++ PLIQPGAS + PVH2O = PATM + PLIQPGAS = PATM + PLIQ – PVH2OPGAS = 753 mmHg + pL . g . h – 23.8 mmHg PGAS = 729.2 mmHg + 14.41 mmHg PGAS = 743.61 mmHg
A (+ 30 cm), h = 29.47, VGAS HUM =Vm + VtuboVGAS HUM = Vm, + 5.6ml PGAS HUM = PATM ++ PLIQPGAS + PVH2O = PATM + PLIQPGAS = PATM + PLIQ – PVH2OPGAS = 753 mmHg + pL . g . h – 23.8 mmHg PGAS = 729.2 mmHg + 21.67 mmHg PGAS = 750.87 mmHg
En el descenso de la ampolla A (-10 cm), h = 9.87, VGAS HUM =Vm + VtuboVGAS HUM = Vm, + 6.1 ml PGAS + PVH2O + PLIQ = PATMPGAS = PATM – PVH2O – PLIQPGAS = 753 mmHg – 23.8 mmHg – pL. g. H PGAS = 729.2 mmHg – 7.26 mmHg PGAS = 721.94
A (-20 cm), h = 19.74 cm , VGAS =Vm + VtuboVGAS = Vm, + 6.2 ml PGAS + PVH2O + PLIQ = PATMPGAS = PATM – PVH2O – PLIQPGAS = 753 mmHg – 23.8 mmHg – pL. g. H PGAS = 714.68 mmHg
A (-30 cm), h = 29.6 cm , VGAS =Vm + VtuboVGAS = Vm, + 6.3 ml PGAS + PVH2O + PLIQ = PATMPGAS = PATM – PVH2O – PLIQPGAS = 753 mmHg – 23.8 mmHg – 21.76 mmHg PGAS = 707.43 mmHg
Cuadro Comparativo
DIFERENCIA DE NIVELES | + 10 cm | + 20 cm | + 30 cm | -10 cm | – 20 cm | -30 cm |
PRESION DEL GAS : | 736,35 mmHg | 743,61 mmHg | 750,87 mmHg | 721,94 mmHg | 714,68 mmHg | 707,43 mmHg |
Para una diferencia de niveles positiva : (+ 10 cm, + 20 cm, + 30 cm), la presión del gas aumenta conforme aumente esta diferencia. Para una diferencia de niveles negativa (- 10cm, – 20 cm,- 30 cm), la presión del gas disminuye conforme decrezca esta diferencia. Para un incremento en la diferencia de niveles de 10 cm. (equivalente a 7,5 ml, gracias a que 6ml. – 8 cm.) precisamente el incremento en la presión del gas es de 7,5 mmHg. aprox.. con lo que llegamos a verificar P1 . P1 = P2 . V2 = ………..PnVn = etc.
Observaciones En este capítulo se estudiara el comportamiento de los gases. En muchos aspectos. Los gases son mucho mas sencillos que los líquidos y los sólidos El movimiento molecular de los gases es totalmente aleatorio y las fuerzas de atracción entre sus moléculas son tan pequeñas que cada una de las otras. Los gases sujetos a cambios de presión y temperatura se comportan en forma mas previsible que los sólidos y los líquidos.
Los ejercen presión por que sus moléculas se mueven libremente y chocan con cualquier superficie con la que hacen contacto. Las unidades de presión de los gases incluyen milímetros de mercurio (mmHg), torr, pascales y atmosferas. Una atmósfera es igual a 760 mmHg, o 760 torr. Las relaciones de presión-volumen de los gases ideales estan gobernadas por la Ley de Boyle: el volumen es inmensamente proporcional a la presion (a t y n constantes). Las relaciones de temperatura-volumen de los gases se describen por la ley de Charles y Gray-Lussac: el volumen es directamente proporcional a la temperatura (a P y n constantes). El cero absoluto (-273.15ºC) es la menor temperatura teóricamente obtenible. La escala de temperatura Kelvin toma como OK el cero absoluto. En todos los cálculos de las leyes de los gases, la temperatura se debe expresar en Kelvins. Las relaciones de cantidad-volumen de los gases ideales son se describen por la ley de Abogador: volúmenes iguales de gases contienen igual numero de moléculas (a la misma T y P). La ecuación del gas ideal, PV=nRT, combina las leyes de Boyle, Charles y Abogador. Esta ecuación describe el comportamiento del gas ideal. La ley de Dalton de las presiones parciales establece que, en una mezcla de gases, cada gas ejerce la misma presión que ejercería si estuviera solo y ocupa el mismo volumen. La teoría cinética molecular, una forma matemática de describir el comportamiento de las moléculas de los gases, se basa en las siguientes suposiciones; las moléculas de los gases están separadas por distancias mas grandes que las de sus propios dimensiones, poseen masa pero su volumen es despreciable, están en continuo movimiento y con frecuencia chocan entre sí. Las moléculas no se atraen ni se repelen entre sí. La difusión de los gases demuestra el movimiento molecular aleatorio.
Cuestionario En el Exp. Nº 1 determinar el número de moles de ácido usado para un determinado peso conocido de Mg. Mg (s) + 2 HCl (ac.) Mg +2 (ac) + 2Cl-(ac) + H2 (g) WMg =0,0207g nMg= W = 0,0207 = 0,00008625 moles
M 24 1 Mol Mg 2 moles HCl 0,0008625 nHCl nHCl = 0,0008625 x 2 nHCl = 0,001725 moles
¿Cuál es el volumen del hidrógeno obtenido en el Exp. Nº 1 medidos a C.N.? Se tiene dos recipientes que contengan la misma cantidad de moles P1. V1 = RT2 N1P2. V2 = R T1 N2Dividiendo P1 V1 = T1 P2 V2 T2
P1= 1 a tm <> 760 mmHg. P2 = 753- 23,8 = 729,2 mmHg V = ? V2 = 222 x 10-4 l T1=273 K T2 = 273 + 25 = 198 K.
Reemplazando en (1) 760. V = 273 729,2 x 220 x 10-4 298 V = 19,5 ml.
¿Calcular el Nº de moles de H2 DEL Exp. Nº 1? De la reacción 1 mol Mg (s) 1 mol H2 (g) 0,0008625 nH2nH2 = 0,0008625 moles
¿Calcular el peso atómico de Mg. Usando los datos obtenidos en el Exp. Nº 1? De la ecuación de gases : PV = RTn P = 729.2 V = 222 x 10-4ln= W T = 273 + 25 = 2698 Ñ 729.2 x 222 X 10-4 = 62,4 x 298 n nMg = 8,70 x 10-4 8,7 x 10-4 = 0,0207 M(Mg)M(Mg)= 23,79g
¿Cual es % de error cometido para determinar el peso atómico? % ERROR = MMg (Teorico)- MMg (experimental) x 100% MMg (Teórico) % ERROR = 24 – 23,79 x 100% 24 % ERROR = 0,875%
¿Que nos indica la formación de cloruro de amonio (NH4CI) en el Exp. Nº22? La reacción de se produce entre el amoniaco (NH3) y el ácido clorhídrico (Hcl) NH3 + HCl Nh4 Cl………. (Composición)
¿Por que deben colocar en forma simultánea los tapones humedecidos de HCL y Nh3 acuoso? Para poder asumir que los tiempos de encuentro son iguales y así poder reemplazar la velocidad en la formula por el espacio.
Calcúlese el promedio de los productos PV en el exp. Nº 3. Grafique PsV y PV vs P en papel milimetrado Indique algunos factores que influyen en la constancia PV Entre algunos factores tenemos: las pequeñas variaciones de la temperatura a la que se realiza el proceso y el error en los instrumentos de medición.
¿Qué significado tien una desviación positiva y negativa en el comportamiento de los gases? La desviación positiva con respecto al comportamiento de las gases ideales, se debe a la molécula de hidrógeno y algunos gases raros; mientras la desviaciones negativas se deben a moléculas mayores, mas aun, los gases reales en general a presiones moderadas presentan desviaciones negativas. Explique estas desviaciones positivas y negativas empleando la ecuación de Van er Waals
La ecuación de Van Waals es :
El termino a corrige el hecho de que las moléculas ejercen fuerzas de atracción una con respecto a al otra. cuando a es grande, indica que hay grandes fuerzas de atracción. El factor b corrige el volumen, teniendo en cuenta el que ocupan l as propias moléculas; las moléculas mas grandes tiene valores mayores de b. Cuando tanto b como a son iguales a cero la ecuación de Van der Waals se reduce la ecuación de los gases ideales.
¿Cuál es la importancia teórica de la temperatura 273ºC? Esta temperatura indica que el grado de agitación molecular de una sustancia es totalmente nula, este valor se observa al prolongar las distintas líneas de la grafica Temperatura vs Volumen, hasta el punto donde le volumen es cero.
¿A que se denomina "volumen muerto"? Al volumen de Hidrógeno que no se marca la pipeta y se halla tomando una relación longitud/volumen.
Química General : R. Chang K. Whitten. L. Pauling Manual de laboratorio de Química General : E. Pajares.
Autor:
arturo lizana