Práctica N°3 Estudio DE Gases Leyes DE LOS Gases PDF

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Estudio de leyes de los gases....

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PRÁCTICA N°3 ANÁLISIS Y DEMOSTRACIÓN: LEYES DE LOS GASES.

Laura Vanessa Calvache cód. 220140002, Yeison Eduardo Chaves cód. 220140056, Kevin Alexander López cód. 220140093. Laboratorio Química fundamental II. Grupo 1. Programa de Química. FACIEN. Universidad de Nariño. 13 de Noviembre 2020. 1. RESUMEN En esta práctica de laboratorio se logra comprobar las leyes de los gases (Gay-Lussac, Avogadro, Boyle, Charles) y el objetivo principal se ha direccionado en la esencia e importancia del estudio de las mismas. Esta práctica fue llevada a cabo en casa, con materiales caseros y reutilizables, debido a la contingencia sanitaria, asistir a un laboratorio es casi imposible, por lo tanto, estas alternativas son de mucha ayuda para aprender. 2. PALABRAS CLAVE. Gases, experimentos, presión, volumen, temperatura, dióxido de carbono.

3. INTRODUCCIÓN Es muy importante que conozcamos el significado de los gases, puesto que son el estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio, es decir que son fluidos altamente compresibles. Los gases experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene. Las propiedades que constituyen a un gas son la cantidad de gas, temperatura, volumen ocupado y presión ejercida.

Los estudios de los gases son un factor fundamental de estudio de la materia, pues permite comprender los estados de la materia en especial el estado gaseoso y su comportamiento a nivel atómico, además de que a diario; nos vemos rodeados por gases que aunque no se logre sentir; están ahí jugando su papel en diferentes cuestiones, recalcando además uno de sus principales beneficios para los seres humanos: la respiración, que ayuda a diferentes tipos de reacciones metabólicas importantes, y ésta claramente depende de los principales factores incidentes sobre dicho estado. Así pues, para lograr estudiar y comprender el comportamiento de un gas se debe tener en cuenta las variables presión(P) y temperatura (T°) pues estas

son intrínsecas en el comportamiento de un gas. 4. METODOLOGÍA. 4.1 Existencia de los gases. Se llenó ⅔ de un recipiente con agua. Se tomó una hoja de papel de cocina seca y se colocó en un vaso de cristal, se presionó el papel para que quede adherido al fondo del vaso. Para poder comprobar que el papel no se desprenda del vaso, este se giró hacia afuera. Se introdujo lentamente el vaso dentro del agua, pasó un minuto para sacar el vaso. 4.2 Variación de presión, volumen y temperatura. 4.2.1 Experimento A Se introdujo 15 mL de agua en una lata de gaseosa, que posteriormente se procedió a calentar con ayuda de una estufa o una vela, hasta el punto que todo el líquido en el interior del recipiente, se haya evaporado. Luego, con ayuda de franelas o pinzas; se trasladó la lata con el fin de poder sumergirla en una olla llena con agua fría.

Se usó una jeringa de 50 mL, en la cual se insertó una bomba en su capacidad interna, y luego se procedió a tapar la entrada de aire de la lavativa, y así finalmente se aplicó una fuerza sobre el pistón de ella. 4.2.4 Experimento D Se cortó una botella de plástico por la mitad y en la boca de esta se ubico un globo o guante de latex. En un recipiente se agregó ⅔ con agua y se introdujo la botella con el globo. 4.2.5 Experimento E. En la boca de la botella se ubicó un globo, posteriormente se llenó ⅔ de un recipiente con agua caliente y se introdujo la botella con el globo. 4.2.6 Experimento F Se llenó ⅓ de una refractaria con agua, a la cual se le agregó una alícuota de colorante. A continuación, se encendió una vela y se colocó dentro del recipiente, siguiendo a cubrir la vela con una vaso de cristal. 4.2.7 Experimento G

4.2.2 Experimento B. Se tomó un vaso de cristal y se llenó con agua hasta el borde, posteriormente se colocó una hoja de papel block encima y se le dio la vuelta. 4.2.3 Experimento C

Se llenó un recipiente con agua caliente y se procedió a tomar la temperatura, una vez registrada se inflo un globo de fiesta y se midió su perímetro, este se introdujo en el recipiente con agua caliente. Se infló otro globo de fiesta con aproximadamente el mismo diámetro del globo anterior, se

introdujo en el recipiente con agua caliente durante de 30 segundos y luego se trasladó el globo al congelador durante una hora.

recipiente, no se mojó. Experimento A

Cuando la lata estaba caliente y se sumergió en agua fría, ésta se contrajo.

Ley de Charles.

Experimento B

Al colocar una hoja de papel sobre el vaso y voltearlo, el agua no se derrama en forma excesiva, pero debido a la capacidad de absorción del papel, éste se moja.

Ley Boyle

de

Se tomó 10 g de bicarbonato de sodio y se cubrió esta cantidad con un trozo de papel cocina.

Experimento C

Ley Boyle

de

En la botella se agregaron 100 mL de vinagre y se colocó de lado para el ingreso del bicarbonato evitando que este no caiga sobre el vinagre, se tapó la botella y se procedió a agitarla para que la reacción comience. Se registró el volumen cada 20 segundos hasta que la reacción haya finalizado. Se midió el volumen del gas obtenido y la altura de la columna de agua.

Cuando el globo se inserta y se tapa la entrada de aire de la jeringa, el volumen de la bomba, aumenta o disminuye dependiendo de la acción que se realice.

Experimento D

Al momento de introducir la botella cortada con el globo en el recipiente con agua, se infló el globo.

Ley Boyle

de

Experimento E

Cuando se introdujo la botella con el globo en el agua caliente, éste se infló.

Ley de Charles

Experimento F

A medida que el Ley de vaso desciende, la Gay-Lussac vela se apaga y el agua sube, esto se puede observar gracias a la mezcla de agua y tinte.

Experimento G.

Observaciones Dependiendo del cambio de temperatura al que sea sometido un

4.3 Preparación y cuantificación de CO2 en casa. Se procedió a construir el siguiente montaje:

5. RESULTADOS. Tabla 1.1. Observaciones de experimentos de caseros de gases Nombre Del Ensayo

Observaciones

Existencia de los gases

Al momento de introducir el vaso con el papel boca abajo en el agua, el material que estaba en el interior del

los

Nombre Ley De Los Gases Ley Boyle.

de

Ley de Charles.

globo, éste o bien aumenta o disminuye.

Tabla 1.2. Determinación cuantitativa del CO2.

120

26

320

58

140

31

340

58

160

33

360

58

180

36

380

58

Gráfica 2.1. Obtención de CO2, volumen CO2 Vs masa NaCO3.

Volumen de Vinagre

100mL

Masa NaHCO3 (mg)

10g

Volumen (mm) (regla)

55 mm

Volumen (mL) (probeta)

55 mL

MOLES CO2 (regla)

8 cm

MOLES CO2 (probeta)

1, 83 × 10 −4 mol

Temperatura del baño (K)

289,15 K

Gráfica 2.2. Volumen de CO2 obtenido respecto al tiempo.

Tabla 1.3. Variación de la obtención de CO2 con respecto al tiempo Tiempo (s)

Volume n (mL)

Tiempo (s)

Volumen (mL)

0

0

200

40

20

4

220

45

40

9

240

49

60

13

260

53

80

16

280

56

100

21

300

58

6. ANÁLISIS Existencia de los gases. En este caso, el papel no tocó el agua; debido a que en el interior del vaso, aunque no se lo evidencia, hay presencia de aire la cual es una mezcla de gases, cuando se sumerge; estos ejercen una

presión sobre el agua, que la terminan desplazando, y a su vez, el agua también ejerce presión sobre el gas que está contenido, como éste no tiene a donde ir, el líquido ocupa una pequeña parte del volumen del vaso, causando la compresión de los gases, es decir, que como el volumen total en el interior del recipiente disminuyó; la presión aumentó aclarando que la temperatura estaba constante, así se evidenció la ley de Boyle. Experimentos: ● El experimento A, se puede explicar con la ley de Charles, la cual dice que la temperatura y el volumen son directamente proporcionales cuando la presión es constante, es decir, cuando aumenta la temperatura el volumen del gas también aumenta. Como se puede observar en la tabla de resultados al calentar el agua dentro de la lata de la bebida, el espacio interior de la lata se llena con vapor de agua, este ocupa más volumen que el agua en forma líquida, desplazando así el aire que antes estaba ocupado por ese mismo espacio. Al introducir la lata invertida en el recipiente con agua fría, disminuyendo la temperatura, el vapor de agua se condensa de vuelta al estado líquido creando un vacío parcial en el interior de la lata. La presión del agua al interior del recipiente hace que la lata se aplaste y se deforme. ● En el caso del experimento B, se evidenció la Ley de Boyle, puesto que en ningún momento se dieron cambios de temperatura; además de esto, el papel; tiene ciertas

propiedades que hicieron que el agua fuese absorbida en una poca cantidad, por lo que la presión que el líquido estaba ejerciendo en un inicio, no era la misma ya que el volúmen tampoco era igual al del inicio, a causa de esto; el gas aumentó su volumen, con lo que se logró comprobar la existencia de la ley de Boyle, que indica una relación inversamente proporcional entre la presión y el volúmen a una temperatura absoluta constante. ● El experimento C se puede explicar con la ley de Boyle, la cual dice que a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales, es decir, si la presión aumenta, el volumen disminuye y viceversa. Como se puede observar en la tabla de resultados, al bajar el émbolo de la jeringa el globo se hace más pequeño, porque el volumen ocupado por el aire en el interior de la jeringa disminuye, por lo tanto la presión debe aumentar lo que hace posible que el globo se haga más pequeño. Y por otro lado, al subir el émbolo de la jeringa el volumen ocupado por el aire aumenta y la presión disminuye, esto se demuestra porque el globo se expande o se hace más grande. ● En el experimento D, se puede puede explicar con la ley de Boyle “a temperatura constante, la presión y el volumen son inversamente proporcionales”. Al introducir la botella cortada junto con el globo al recipiente con agua, disminuye el volumen disponible para el aire y aumenta la presión interna por lo que el globo se llena

de aire, logrando inflar ligeramente el globo. Si por el contrario se saca la botella del agua el volumen disponible para el aire aumenta, la presión interna disminuye y hace que el globo se desinfle. ● Al experimento E se le puede dar una explicación con la ley de Charles, la cual dice que a presión constante, el volumen y la temperatura son directamente proporcionales. El gas que está en el interior de la botella está a presión constante, cuando se coloca la botella con agua caliente aumenta la temperatura del gas y al mismo tiempo aumenta el volumen del gas, esto hace posible que el globo se infle ligeramente. En el caso contrario de introducir la botella en agua fría disminuye la temperatura y por lo tanto el volumen también disminuye logrando que el globo se desinfle. ● En el experimento F se puede explicar con la ley de Gay-Lussac, la cual dice “la presión y la temperatura son directamente proporcionales”, es decir, cuando la temperatura aumenta, la presión también aumenta. La vela necesita oxígeno para arder, al momento de descender el vaso sobre la vela, se acaba el oxígeno que hay dentro del vaso y la llama de la vela se apaga. Se puede observar, gracias al colorante, que el agua sube y esto se debe al cambio de temperatura dentro del vaso, puesto que también cambia la presión. Cuando la vela se apaga la temperatura disminuye al igual que la presión, y la presión atmosférica externa no ha cambiado y es mayor

que la presión interna, por esto se observa que se empuja el agua al interior y esto se detendrá hasta que las presiones internas y externas se igualen. ● Para el experimento G, las temperatura y el volumen, estaban en constante cambio; mientras que la presión en todo momento, era constante por lo que en este caso se logró evidenciar la ley de Charles, así en inicio; se tenía un globo con un diámetro aproximado de 16 cm, cuando se sumergió en agua caliente (40,2 °C), el globo incrementó su diámetro hasta 16,7 cm aproximadamente, debido al aumento de temperatura al que se sometió. En la segunda parte del experimento, se infló un globo con el mismo tamaño aproximadamente (18,4 cm de diámetro), se lo llevó al congelador que estaba por debajo de los 0 °C, y permaneció ahí por 60 minutos, posterior a eso el globo demostró una disminución de su tamaño no tan notoria, pero al medir su diámetro; se reportaron 17,3 cm; todo esto causado a la disminución de la temperatura. Así entonces, se comprobó que un volúmen sometido a un cambio de temperatura; demuestra una disminución o aumento de su tamaño dado a que las moléculas de un gas son muy susceptibles a este tipo de variaciones, es decir, se logró el objetivo de comprobar la ley de Charles. ● Obtención de CO2

Para la obtención de dióxido de carbono se toma como guía la reacción de bicarbonato de sodio más ácido acético, dicha reacción está dada por la siguiente ecuación.

P a = ρ · g · h donde ρ es la densidad del fluido, g la gravedad y h(8cm) , entonces P a = 0, 0773 atm . Basta con reemplazar en la ecuación y obtenemos e las moles de CO2 contenidas en 58mL

NaHCO3(s) + CH3COOH(l) –> CO2(g) + H2O(l) + NaCH3COO(aq) La Gráfica 2.1. Se realiza mediante la obtención de factores estequiométricos, se observa que a partir de 10 g de NaHCO3(soluto), se logró obtener 58 mL de CO2, entonces este será el factor 58mLCO3 estequiométrico: ( que 10g N aHCO3.)

permite la predicción de los demás resultados. Ej: 1g NaHCO3 × 10g N58mL aHCO3 = 5, 8g NaHCO3 Gracias a los valores obtenidos en esta gráfica se afirma que la relación entre la masa del bicarbonato de sodio y el volumen de CO2 obtenido son directamente proporcionales, es decir a medida que aumenta la proporción de reactivos el volumen del gas debe aumentar. Sin embargo cabe aclarar que a partir del segundo 300 (ver Gráfica 2.2.), e l volumen de CO2 se mantiene constante, esto se atribuye a que alguno de los reactivos ahora se ha convertido en el reactivo limitante. Una vez desarrollada la reacción se logró observar la ausencia del soluto, determinando así que el reactivo limitante fue el bicarbonato de sodio, por consiguiente el reactivo en exceso es el ácido acético(vinagre). En la tabla 1.2. se observa la cuantificación de reactivos y productos. La obtención de CO2 se realiza a partir de la ecuación de los gases ideales.

n=

0,0773atm·0,058L 0,082 (atm×L/mol·K)×289,15K

n = 1, 83 × 10 −4 moles CO2 7. CONCLUSIONES. ● Los gases tienen propiedades físicas similares, pero propiedades químicas diferentes. ● El comportamiento físico de un gas puede ser determinado por la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad del gas. ● Para realizar los experimentos y tener resultados óptimos se debe tener en cuenta las instrucciones y en algunos casos las medidas exactas. ● En efecto, las leyes de los gases propuestas por los científicos (Charles, Boyle, Gay-Lussac, Avogadro) ayudan a determinar cómo se comportan los gases, al alterar una determinada variable. ● Para el estudio de los gases, se debe tener la bioseguridad correspondiente, puesto que al trabajar con presiones y temperaturas al no saberse dar el correcto mantenimiento, pueden ocasionar accidentes.

P V = nRT despejando n se obtiene: n = P V /RT , ahora bien, para obtener la presión de columna se necesita:

8. BIBLIOGRAFÍA. ● Chang, R. (2013). Química. 10th edición. Mc. Graw Hill. China.

● Brown, R. L.; LeMay H. E., Bursten B. E., Burdge J. R., (2004) Química la Ciencia Central, 9th edición. Pearson Pretice Hall. ANEXOS. El video para demostrar las leyes de los gases (Boyle, Charles, Gay-Lussac), además la obtención del CO2, fue cargado a la plataforma de Youtube, en el siguiente enlace se lo puede encontrar: h  ttps://youtu.be/jqerY3HF-5M....