Informe de laboratorio - Leyes de los gases PDF

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GUIA PRÁCTICA No Leyes de los gasesPresentado por:Jorge García CetinaLuis Esteban Garzón CuellarJuliana Jaramillo MartínezEscuela de Medicina y Ciencias de la SaludUNIDAD DE BIOQUÍMICAQuímica general y orgánicaIngeniería Biomédica1. Marco teóricoGasEs un estado de la materia, que tiene las siguiente...

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GUIA PRÁCTICA No.2 Leyes de los gases

Presentado por: Jorge García Cetina Luis Esteban Garzón Cuellar Juliana Jaramillo Martínez

Escuela de Medicina y Ciencias de la Salud UNIDAD DE BIOQUÍMICA Química general y orgánica Ingeniería Biomédica

1. Marco teórico Gas Es un estado de la materia, que tiene las siguientes propiedades: 1. Expansibilidad, su volumen o forma no es fijo (es indefinido) y se puede comprimir o expandir, así ocupa el volumen y toma la forma del recipiente. 2. Es comprensible, es decir que tienen la capacidad de disminuir su volumen al someterle a una presión, esto gracias a que sus moléculas son separadas. 3. Es difusible, es decir tiene una rápida y completa combinación con otros gases, esto al no existir atracción intermolecular entre sus partículas. (4 p 320) Presión Es la fuerza aplicada por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa de manera uniforme sobre todas las partes del recipiente. Su fórmula es la siguiente:

P=

F A

En la cual F es la fuerza perpendicular a la superficie y A es el área donde se distribuye la fuerza. (4 p 322) Ley de Boyle Establece que, cuando se tiene una temperatura constante, la presión de una masa fija y el volumen de un gas son inversamente proporcionales, es decir, a menor presión, mayor volumen y a mayor presión, menor volumen (4 p 324).Se puede expresar con las siguientes fórmulas:

K=PV P1∗V 1=P 2∗V 2 Ley de Charles

Establece que cuando la presión es constante, el volumen de una masa fija de un gas y la temperatura son directamente proporcionales, es decir si su volumen aumenta, su temperatura también lo hace y si su volumen disminuye, su temperatura también.(4 p 326) Se puede expresar con las siguientes fórmulas:

V =K T V 1 V2 = T1 T2 Ley de Gay-Lussac Este principio establece que cuando el volumen es constante, la presión de una masa fija de un gas es directamente proporcional a la temperatura del gas, es decir si la temperatura aumenta el volumen, también lo hace, y si la temperatura disminuye, el volumen también lo hace (4 p 330). Se puede expresar matemáticamente de las siguientes maneras:

P =K T P1 P2 = T1 T2

Ley de Avogadro Establece que cuando la presión y temperatura son constantes, el volumen es directamente proporcional al número de moles de gas (4). Se expresa de la siguiente manera:

V =k n V 1 V2 = n 1 n2 Ley de los gases ideales La ley de los gases ideales se deriva de la ley de Boyle, Avogadro y Charles, establece que volumen de un gas es proporcional al número de moles y la temperatura e inversamente proporcional a la presión (4). Esta expresión se puede formular como:

P∗V =n∗R∗T

2. Resultados: En esta práctica de laboratorio observamos y analizamos el comportamiento de los gases por medio de cada una de las leyes aplicadas obteniendo resultados en cada uno de estos la cual han tenido un papel muy importante en el desarrollo de importantes ideas químicas a continuaciones observaremos los resultados obtenidos: A) Relación presión-volumen: ley de Boyle “En 1.962 Robert Boyle descubrió la relación matemática que tiene la presión con el volumen” (1, P 49) Para proceder a realizar la práctica ingresamos al simulador Explore learning Gizmos hicimos el respectivo registro y buscamos la sección de ideal gas law.

Ilustración 1 Simulador Gizmos-Ideal Gas law (2)

Ingresamos las condiciones dadas por el Docente durante la práctica en este caso fueron:

Gas Utilizado: Hidrógeno Temperatura (Kelvin):300 Presión (atm): 1.0 Volumen (L): 24.6 Moles (n): 1.0 Variable Dependiente: Volumen

Luego de haber Ingresado las condiciones dadas se procedió aumentar la presión en 0.2 unidades y tomar los datos en el simulador así progresivamente hasta llegar a 2.0, mostrado en la siguiente tabla: Tabla 1: Datos Simulador Ley de Boyle Temperatura (K)

moles (mol)

Presión (atm)

Volumen (L)

300

1,00

1,00

24,6

300

1,00

1,20

20,5

300

1,00

1,40

17,6

300

1,00

1,60

15,4

300

1,00

1,80

13,7

300

1,00

2,00

12,3

Después de la recolección de los datos relacionados en la tabla se procedió a realizar una gráfica en donde se involucran las variables de presión y volumen correspondientes a la ley de Boyle donde observamos que la dependencia del volumen sobre la presión es inversamente proporcional observado que si la presión aumenta el volumen disminuye de la siguiente manera:

Gráfica 1 Datos Simulador P-V

Después de realizada la práctica en el simulador y haber obtenido todos los datos y analizado la gráfica procedemos a encontrar la constante de la ley de Boyle la cual es obtenida por medio de la presión por el volumen luego de obtenido el resultado de este procedemos a completar los datos de la siguiente tabla:

´Tabla 2: Valores constante P*V

K (atm. L)

P(atm)

1/P(atm⁻ⁱ)

24.6

1.00

1

24.6

1.20

0.83

24.6

1.40

0.71

24.6

1.60

0.62

24.6

1.80

0.55

24.6

2.00

0.5

moles (mol)

Temperatura (K)

Presión(atm)

Volumen (L)

1.0

270

2.0

11.1

1.0

300

2.0

12.3

1.0

320

2.0

13.1

1.0

340

2.0

13.9

1.0

360

2.0

14.8

1.0

380

2.0

15.6

1.0

500

2.0

20.5

Demostración:

K=P (atm )∗V ( L ) 1.00 ( atm)∗24.6 ( L) =24.6

B) Relación temperatura-volumen: ley de Charles: En este pudimos observar un “principio de charles sobre el efecto de la temperatura sobre el volumen de un gas. Los primeros investigadores que estudiaron esta relación fueron los científicos franceses Jacques Charles y Joseph Gay-Lussac” (3 P 181). Lo primero es Ingresar las condiciones dadas por el Docente en este caso fueron:

Después de la recolección de los datos relacionados en la tabla se procedió a realizar una gráfica en donde se involucran las variables de temperatura y volumen correspondientes a la ley de charles donde observamos que la dependencia del volumen sobre la temperatura es directamente proporcional observado que si la temperatura aumenta el volumen aumenta demostrado de la siguiente manera:

Gas Utilizado: Helio Temperatura (Kelvin):270 Presión (atm): 2.0 Volumen (L): 11.1 Moles (n): 1.0 Variable Dependiente: Volumen Luego de haber Ingresado las condiciones dadas se procedió aumentar la Temperatura del simulador e ir llenando los datos con temperatura de 300, 320, 340, 360, 380, 500 progresivamente guardando los datos y llenando la tabla del simulador:

Gráfica 2. Dato de simulador T-V

Después de realizada la práctica en el simulador y haber obtenido todos los datos y analizado la gráfica procedemos a encontrar la constante de la ley de Charles la cual es obtenida por medio de Volumen sobre temperatura luego de obtenido el resultado de este procedemos a completar los datos de la siguiente tabla: Tabla 4: Valores constante V-T

Tabla 3. Datos del simulador Ley de charles

Exp.

K(L/Kelvin)

1

0.04

220

1

0,73

24,6

2

0.04

250

1

0,83

24,6

3

0.04

330

1

1,11

24,6

4

0.04

390

1

1,30

24,6

5

0.04

500

1

1,67

24,6

6

0.04

7

0.04 Después de la recolección de los datos relacionadas en la tabla se procedió a realizar una gráfica en donde se involucran las variables de Presión y Temperatura correspondientes a la ley de GayLussac donde observamos que la dependencia del presión sobre la temperatura es directamente proporcional observado que si la temperatura aumenta la presión aumenta demostrado de la siguiente manera:

Demostración:

K=

Volumen ( L ) Temperatura ( Kelvin )

11.1 ( L) =0.04 270 ( Kelvin)

G

C) Relación Presión-volumen: ley de GayLussac: “En este la ley de Gay-Lussac muestra que para una cantidad de gas a volumen constante, la presión del gas es proporcional a la temperatura” (3 P 181) Lo primero es Ingresar las condiciones dadas por el Docente en este caso fueron:

ráfica 3. Dato de simulador P-T

Gas Utilizado: Nitrógeno Temperatura (Kelvin):180 Presión (atm): 0.6 Volumen (L): 24.6 Moles (n): 1.0 Variable Dependiente: Presión

Después de realizada la práctica en el simulador y haber obtenido todos los datos y analizado la gráfica procedemos a encontrar la constante de la ley de Gay-Lussac la cual es obtenida por medio de Presión sobre temperatura luego de obtenido el resultado de este procedemos a completar los datos de la siguiente tabla:

Luego de haber Ingresado las condiciones dadas se procedió aumentar la Temperatura del simulador e ir llenando los datos con temperatura de 220, 250, 280, 330, 390, 500 progresivamente guardando los datos y llenando la tabla del simulador:

Tabla 6: Valores contante P-T Exp.

K(atm/kelvin)

1

0.0033

Tabla 5. Datos del simulador ley de gay-lussac

2

0.0033

Tempera tura(K)

Moles(mol )

Presión (atm)

Volumen (L)

3

0.0033

180

1

0,60

24,6

4

0.0033

5

0.0033

0.6

300

1.00

14.8

6

0.0033

0.8

300

1.00

19.7

7

0.0033

1.0

300

1.00

24.6

Demostración:

K=

Después de la recolección de los datos relacionadas en la tabla se procedió a realizar una gráfica en donde se involucran las variables de Presión y Temperatura correspondientes a la ley de Avogadro donde observamos que la dependencia del volumen sobre la cantidad de moles es directamente proporcional observado que si los moles aumentan el volumen aumenta demostrado de la siguiente manera:

Presion ( atm) Temperatura ( Kelvin )

0.60(atm) =0.0033 180 (Kelvin)

D) Relación entre volumen y cantidad: ley de Avogadro “En este experimento, el trabajo del científico italiano Amedeo Avogadro complementa los estudios de Boyle, Charles y Gay-Lussac. En 1811 publicó una hipótesis donde estableció que, a la misma temperatura y presión, volúmenes iguales de diferentes gases contienen el mismo número de moléculas” (3 P 183) Lo primero es Ingresar las condiciones dadas por el Docente en este caso fueron:

Gas Utilizado: Helio Temperatura (Kelvin):300 Presión (atm): 1.0 Volumen (L): 4.9 Moles (n): 0.2 Variable Dependiente: Volumen Luego de haber Ingresado las condiciones dadas se procedió aumentar la Temperatura del simulador e ir llenando los datos con Cantidad de Moles de 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 progresivamente guardando los datos y llenando la tabla del simulador:

Gráfica 4. Dato de simulador V-n

Después de realizada la práctica en el simulador y haber obtenido todos los datos y analizado la gráfica procedemos a encontrar la constante de la ley de Avogadro la cual es obtenida por medio del Volumen sobre cantidad de moles, luego de obtenido el resultado de este procedemos a completar los datos de la siguiente tabla:

Tabla 8: Valores constante de V-m: Exp.

K(L/mol)

1

24.5

2

24.5

3

24.6

4

24.6

Tabla 7. Valores simulador ley de Avogadro Moles (mol)

Temperat ura(K)

Presión (atm)

Volumen (L)

0.2

300

1.00

4.9

0.4

300

1.00

9.8

5

24.6

Demostración:

K=

Volumen(L) mol (n)

4.9(L) =24.5 0.2(n)

del eje x, siempre y cuando se mantenga constante la presión del gas observando los datos obtenidos en la (tabla 3) se calculó la constante de charles que equivale a volumen sobre temperatura absoluta “la relación de proporcionalidad se aplica a la temperatura absoluta (K) kelvin y no a la temperatura Celsius” (6, P 63). , se observó (Tabla 4) que el resultado siempre va ser el mismo: Demostración:

(

3. Discusión de resultados Después de realizada la práctica queríamos” determinar el efecto que el cambio en una de las variables de estado provoca en otra de ellas”(5 P 8) utilizando en cada práctica se observó un proceso termodinámico en donde aunque se cambie el volumen o la temperatura de un gas se debe mantener la presión de manera constante y con este “ a partir de la ley de los gases ideales podemos determinar cómo cambia una variable de estado con respecto a otra desde una perspectiva analítica (es decir, con una expresión matemática específica).”(5 P 9) Al realizar la práctica con la ley de Boyle observamos la (Gráfica 1) donde vemos que la variable de aplicada sobre el eje y es inversamente proporcional de volumen del eje x, siempre y cuando se mantenga constante la cantidad de gas y temperatura, observando los datos obtenidos en la (tabla 1) se procedió a calcular la constante de Boyle la cual se ve reflejado en la (tabla 2) que el resultado siempre va a ser el mismo: Demostración:

V (L itro) =K ) T (kelvin)

K1= (

11,1 L =0,04 ) 270 K

K2= (

20,5 L =0,04 ) 500 K

Como se observa en la demostración se cumple que el resultado siempre va a ser el mismo

Al preceder a sacar la pendiente de la gráfica 2, se empleó la siguiente ecuación Demostración:

(

Y 2−Y 1 =Pendiente) X 2−X 1

(

20,5 L−11,1 L =Pendiente) 500 k −27 0 k

Pendiente=0,0 4 pendiente de la gráfica 2.

(P atm ∙V L=K ) K1= ( 1,80 atm ∙13,7 L=24,6 ) K2= ( 1,60 atm ∙15,4 L=24,6 ) Como se observa en la demostración se cumple que el resultado siempre va a ser el mismo

La práctica con la ley de charles se observó la (Gráfica 2) donde la variable de la temperatura del eje y es directamente proporcional con el volumen

En la práctica con la ley de Gay-Lussac pudimos observar a través de la (Gráfica 3) donde la variable de la temperatura del eje y es directamente proporcional con la presión del eje x, siempre y cuando se mantenga constante el volumen del gas observando los datos obtenidos en la (Tabla 5) se calculó la constante de Gay-Lussac donde la presión sobre temperatura se observó (Tabla 6) que el resultado siempre va a ser el mismo: Demostración:

P(atm) =k T (K ) K1= (

0,60 atm =0, 003 ) 180 K

K2= (

1,67 atm =0,003 ) 500 K

Como se observa en la demostración se cumple que el resultado siempre va a ser el mismo

Al preceder a sacar la pendiente de la gráfica 3 obtenidas en cada una de las prácticas, se empleó la siguiente ecuación: Demostración:

(

Y 2−Y 1 =Pendiente) X 2−X 1

(

0,73 atm−0,60 atm =Pendiente) 220 k−180 k

Pendiente=0,003 Pendiente de la gráfica 3.

K1= (

4,9 L =24,5 ) 0.2m

K2= (

9,8 L =24,5 ) 0,4 M

Como se observa en la demostración se cumple que el resultado siempre va a ser el mismo

4. Conclusiones En este laboratorio, probamos cómo se relacionan la presión, el volumen, la temperatura y los moles de los gases, así encontramos en el primer experimento de la ley de Boyle que al tener una cantidad fija de moles de gas y una temperatura constante, la presión y el volumen cambian y son inversamente proporcional, así en la gráfica 1 y tabla 1 se observa una constante de proporcionalidad inversa. Asimismo al expresarse una disminución en el volumen, la relación de las presiones debe ser menor a 1; y la relación debe ser mayor a 1 para indicar un aumento en el volumen. En el segundo experimento el cual aplicábamos la ley de Charles, al dejar la presión constante o también llamado proceso isobárico y la cantidad de moles, el volumen y la temperatura cambian y son directamente proporcionales; además puede ser expresado con la fórmula matemática

V 1 /T 1=V 2/T 2 Esto se debe a que si En la práctica de La ley de avogadro “la cual establece que volúmenes iguales de todos los gases en las mismas condiciones de temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas.”(6 P 65) las variables que se mantuvieron constantes fueron la temperatura y presión, pudimos observar a través de la (gráfica 4) donde la variable de la cantidad del eje y es directamente proporcional con el volumen del eje x, observando los datos obtenidos en la (tabla 7) se calculó la constante de Avogadro, volumen sobre cantidad, se observó (Tabla 8) que el resultado siempre va ser el mismo:

Demostración:

V (Litros) =k M (mol)

medimos la temperatura y el volumen al inicio del experimento y al final del experimento, aumentaran de una manera proporcional, así que la división de estos dos será una constante directamente proporcional. La ley de Gay-Lussac, al dejar constantes el volumen y la cantidad de moles del gas, la presión y la temperatura cambian y son directamente proporcionales, cuando el volumen es constante se le conoce como proceso isocórico. A esta ley también se le puede expresar matemáticamente como P1 /T 1=P 2/T 2 , esto se debe a que si medimos la presión y la temperatura al principio del experimento y al final del experimento, van a aumentar de una manera proporcional. En la ley de Avogadro se determinó que la temperatura y la presión cuando se mantienen constantes, el volumen como el número de moles cambian y son directamente proporcionales entre sí y, por lo tanto, a medida que uno aumenta, el otro

también aumenta y viceversa, esto también lo pudimos determinar gracias a la gráfica 4, en la cual se observa una constante de proporcionalidad. Logramos concluir que al encontrar las pendientes de cada una de las graficas su resultado coincide con el valor de la constante de cada una de las leyes.

5.

Bibliografía

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