PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALES PDF

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Informe: PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALES...

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CURSO: QUÍMICA GENERAL - LABORATORIO

TÍTULO: PROPIEDADES DE LOS GASES IDEALES PROFESOR(A): Jhonny Wilfredo Valverde Flores FECHA: 15/01/2021 N0 DE GRUPO: 4 HORARIO: 8:00 a 10:00 INTEGRANTES: Apellidos y Nombres 1

Quispe Villalobos Saúl Richard

20201404

Angelino León Jesus Alonso

20201398

2

3 Caso Callalli Nayely

20201399

4 Zapaylle Tuesta Denisse Sophia

20191108

I. INTRODUCCIÓN: La Ley de Gases Ideales es un conjunto de leyes químicas como físicas, estas nos permiten determinar

el comportamiento de los gases que están presentes en un sistema cerrado. Las leyes que lo conforman son: la Ley de Boyle, La Ley de Charles, la Ley de Gay-Lussac y, por último, la Ley de Avogadro. Con la práctica, podremos conocer con mayor precisión la ecuación general de los gases ideales a través de un simulador de la PHET Interactive Simulations de la Universidad de Colorado Boulder con lo cual nosotros entendamos cómo afecta cada una de las variables: Presión, Volumen, Temperatura y cantidad de partícula(n) mediante las 4 leyes: Ley de Boyle, Ley de Charles, Ley de Gay de Lussa y la Ley de Avogadro.

1.1 Objetivos: *Relacionar las 4 leyes mediante las variables de los gases ideales *Determinar los cambios que afecta si cambio algunas de variables de los gases ideales *Poder experimentar cómo se llegó a formular tales Leyes 1.2 Justificación:

La finalidad de hacer este informe es para recalcar lo aprendido tanto practico como teórico dentro de lo cual nosotros hemos experimentado y entendido el comportamiento de un gas ideal. II. REVISIÓN DE LA LITERATURA (Marco Teórico) En ciertas condiciones de presión y temperatura, es posible que la mayoría de sustancias existan en alguno de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Por ejemplo, el agua puede estar en estado sólido como hielo, en estado líquido como agua o en estado gaseoso como vapor. los gases poseen las siguientes características físicas: -Adoptan la forma y volumen del recipiente que lo contiene. -Se consideran los más comprensibles de los estados de materia. -Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan en forma completa y uniforme. -Tienen densidades mucho menores que los sólidos y líquidos. PRESIÓN DE UN GAS: Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Un ejemplo común es al beber un líquido con un popete. al succionar el aire por medio de un popete se reduce la presión en su interior, el vacío creado se llena con el líquido que es empujado a la parte superior del popote por la mayor presión de la atmósfera.

LEYES DE LOS GASES:

Relación presión-volumen: ley de Boyle Para poder demostrar su teoría Boyle realizó el siguiente experimento: Él inyectó gas dentro de un envase con un émbolo y verificó las diferentes presiones que se manifestaban al bajar el émbolo, ya que al hacer esto, la presión sobre el gas se incrementará proporcionalmente, al decrecimiento de su volumen. Con lo cual dedujo la siguiente fórmula : “la presión de una cantidad fija de un gas a temperatura constante es inversamente proporcional al volumen del

gas”

Relación temperatura - volumen: ley de Charles y de Gay Lussac Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partículas. Así que, a mayor movimiento de las partículas (temperatura), mayor volumen del gas.La ley de Charles es una de las más importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios. Se expresa por la fórmula:

Relación entre volumen y cantidad: ley de Avogadro: Cuando se aumenta la cantidad de gas dentro de un recipiente, va a existir mayor número de moléculas, lo que originará un alza en la frecuencia de las colisiones contra las paredes del envase, lo que conlleva a que la presión dentro del envase sea mucho mayor que la exterior, provocando que el émbolo se dirija hacia arriba súbitamente. Ahora, al haber mayor volumen del envase, la cantidad de choques de las moléculas contra la pared del envase bajara y la presión, retorna a su valor original. Lo cual deducimos la siguiente fórmula:

“los volúmenes similares de gas de distintas sustancias, al ser calculados en igualdad de condiciones en presión y temperatura, presentan la misma cantidad de partículas.”

ECUACIÓN DEL GAS IDEAL: La ecuación conocida como ecuación del gas ideal, explica la relación entre las cuatro variables P (Presión), V (Volumen), T (Temperatura) y n (Cantidad de sustancia). Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal. ESTEQUIOMETRÍA CON GASES

La estequiometria química describe las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos en las reacciones químicas, Si sabemos el volumen, la presión y la temperatura de un gas, podemos usar la ecuación general de un gas ideal para calcular cuántos moles de gas hay presentes. (Ecuación de Estado) III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 Materiales Las prácticas se realizaron en el PHET interactive Simulations de la Universidad de Colorado Boulder. Utilizando en esta ocasión el simulador de propiedad de gases y opción ideal.

https://us02web.zoom.us/j/81414422368?pwd=azQzZUMrVFJiL1hGZFMrdXQ2cng2Zz09 https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_en.html

En este simulador cuando se adicionan las moléculas de un gas a la caja, se puede modificar distintos parámetros como el volumen, presión, temperatura y número de moléculas, a fin de observar el comportamiento de los otros parámetros.

A falta de materiales físicos se nombrarán sus equivalentes virtuales: ● “Caja” cuya área transversal es igual a 3,5x10-17m2 y ancho ajustable de 5 a 15 nm. de apertura superior. ● Tipo indefinido de bombeador de gases con capacidad de hasta 1000 partículas pesadas y livianas.

● ● ● ●

Barómetro con límite de 0 a 200 atm Termómetro sin límite de temperatura aparente Temporizador Contador de colisiones

3.2 Métodos 3.2.1 Ley de Boyle Para el desarrollo de la ley de Boyle, deberá ir a partículas y seleccionar 300 partículas pesadas con las flechas directamente que aparecen allí. Se debe mantener la temperatura constante, en el lado derecho del simulador en el cuadro que dice “Hold Constant”, seleccione la opción “temperature”.

Para este experimento el número de partículas pesadas con las que se trabajará será en nuestro caso 400. Luego, medir la presión a los diferentes anchos de la caja: 5 nm, 7 nm, 9nm, 11nm, 13nm y 15nm y calcular los volúmenes de los diferentes anchos. Para el cálculo del volumen del área transversal de la caja en el simulador es de 3,5x1017 2 m utilizar dicho volumen como referencia. Finalmente, graficar los resultados de presión vs volumen. 3.2.2 Ley de Gay-Lussac: Se debe mantener el volumen constante, en el lado derecho del simulador en el cuadro que dice “Hold Constant”, seleccione la opción “Volumen (V)”.

El número de partículas pesadas con las que se trabajará serán de nuevo 450. Luego determine la presión en el simulador a diferentes temperaturas; 100K, 150K, 200K, 250K, 300K y 350K. Y grafique los resultados de presión versus temperatura. 3.2.3 Ley de Charles: Se debe mantener el volumen constante, en el lado derecho del simulador en el cuadro que dice “Hold Constant”, seleccione la opción “Pressure↕V”, tal como se indica en el cuadro de abajo.

El número de partículas pesadas con las que se trabajará serán una vez más 450. Luego determine el volumen en el simulador a diferentes temperaturas; 100K, 150K, 200K, 250K, 300K y 350K. Y grafique los resultados de volumen versus temperatura. 3.2.4. Ley de Avogadro: Se debe mantener el volumen constante, en el lado derecho del simulador en el cuadro que dice “Hold Constant”, seleccione la opción “Pressure ↕V”.

El valor del ancho inicial de la caja será dado por el profesor. Luego calcular el volumen a partir de los valores del ancho de la caja para las diferentes cantidades de partículas pesadas agregadas: 50, 60, 70, 80, 90. Observe que los valores de presión y temperatura permanecen constantes. Y grafique los resultados de volumen versus número de partículas. Después se determina el número de Avogadro experimental para cada una de las condiciones, y número de Avogadro promedio experimental.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES 4.1 Resultados Tabla 1. Ley de Boyle

Temperatura (K)

300

Número de partículas (NP)

400

Número de moles = (NP/N Avogadro)

400/ ( 6,022 x 1023 )=6,64x 10-22

Ancho (nm)

Presión (atm)

Volumen (L)

5

93,45

1,75 x 10-25

7

99,3

2,45 x 10-25

9

51,95

3,15 x 10-25

11

42,25

3,85 x 10-25

13

53,6

4,55 x 10-25

15

31,15

5,25 x 10-25

Tabla 2. Ley de Gay-Lussac

Volumen (L)

250

Número de partículas (NP)

400

Número de moles = (NP/N Avogadro)

400/ ( 6,022 x 1023 )=6,64x 10-22

Temperatura (K)

Presión (atm)

100

31,1

150

46,85

200

62,2

250

77,85

300

93,4

Gráfica 2. Presión vs Temperatura

Tabla 3. Ley de Charles

Presión (atm)

Constante

Número de partículas (NP)

400 400/ ( 6,022 x 1023 )=6,64x 10-22

Número de moles = (NP/N Avogadro) Temperatura (K)

Ancho (nm)

Volumen (L)

100

5nm

17,5 x 10-26

150

7.5nm

26,25x10-26

200

10.1nm

35,35x10-26

250

12.5nm

43,75x10-26

300

14.9nm

52,15x10-26

Gráfico 3. Volumen vs temperatura

Tabla 4. Ley de Avogadro

Temperatura (K)

300

Presión (atm)

8,9

Ancho inicial (nm)

6,5

Número de partículas

Ancho (nm)

Volumen (L)

Número de Avogadro

50

6.5

2,275 x 10-25

8,302x10-23

60

8

2.8 x 10-25

9,963x10-23

70

9

3.15 x10-25

1,162x10-23

80

10.4

3 .64 x 10-25

1,328x10-23

90

11.7

4.095 x 10-25

1,494x10-23

Número de Avogadro promedio

11,125x10-23

Gráfica 4. Volumen vs N° de partículas

4.2 Discusiones: Denisse: Con la primera ley (Ley de Boyle) observamos que debido a una variación de volumen hay disminución de presión. Gracias a esto podemos decir que se encuentran en relación inversamente proporcional. Con la segunda ley (de Lussac) vemos que la temperatura y la presión guardan relación directamente proporcional. Con la tercera ley (de

Charles) observamos que la temperatura y volumen se encuentran en relación directa. Y con la cuarta (de N° de Avogadro) el volumen y el número de partículas son directamente proporcionales, manteniendo la presión y temperatura constante. Gracias a la práctica, podemos comprender más detalladamente de cómo funcionan estas leyes, pero recalcar que existe una diferencia entre aprender presenciar y verlo en una pantalla. Jesús: La experiencia del simulador nos enseñó de una manera más realista las leyes de los gases y a conocer con mayor profundidad los efectos de las variables de estado de los gases ideales. Saul: El simulador es un método más sencillo y dinámico de poder entender la teoría de los gases ideales, y aunque no sea la misma experiencia de hacerlo de forma presencial nos ayuda a tener una gran base para futuras pruebas. Nayely: Al visualizar los movimientos de las partículas dependiendo de la temperatura, cantidad y presión ayudó a determinar si cierto elemento es un gas en ciertas condiciones atmosféricas normales y de acuerdo al simulador pudimos calcular la presión sacando un promedio en base al volumen utilizando la ecuación del gas ideal.

V. CONCLUSIONES: *Debido a la experimentación que se realizó en el simulador nos permite poner a prueba las leyes de Avogadro, Charles, Gay Lussac y Boyle. Con esto podemos decir que en: En los gases ideales, los cambios en las variables y relaciones de proporcionalidad se pueden representar y corroborar las leyes con funciones matemáticas. Al ser un simulador nos facilita la realización del experimento, pues los errores en cierta forma son más predecibles que en un laboratorio. Pero para ello debemos practicar para poder comprender el funcionamiento del simulador. *Poder comprender cómo varían las de una manera dinámica en el simulador.

leyes

y

sus

propiedades

visualizando

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: Conceptodefinicion.de, Redacción. (Última edición:31 de agosto del 2018). Definición de Ley de Avogadro. Recuperado de: //conceptodefinicion.de/ley-de-Avogadro/. Consultado el 22 de enero del 2021 Khan Academy (2018). “La temperatura, la teoría cinética y la ley del gas ideal” [En línea]. https://es.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/temp-kinetic-theory-idealgaslaw/a/what-is-the-ideal-gas-law [Consulta en 2021]. Cedrón, J.C., Landa, V. y Robles, J. (2011) “Ley de los gases ideales”.

[En línea]. Química General. Material de enseñanza. Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú. Disponible en: http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/521-leyes-delosgases-ideales.html [Consulta en 2021].

VI. CUESTIONARIO: 1.Calcule la temperatura (en °C) de un gas cuando se expande hasta 5,25 L a presión constante. El volumen inicial del gas es 3,45 L y se encontraba a 282 K.

2. La temperatura de un gas aumenta desde 125 ⁰C hasta 182 ⁰C en un recipiente rígido. Si la presión inicial del gas era de 1,22 atm, ¿cuál será la presión del gas luego de la variación de la temperatura?

3. El volumen inicial de un gas en un recipiente es 3,24 L, a una presión estándar de 1,00 atm. ¿Cuál sería el volumen del gas si la presión aumenta hasta 1,20 atm? Considere que la temperatura no cambia.

4. Un recipiente de vidrio de 200 mL contiene dióxido de carbono gaseoso a 27 oC de temperatura y 2,2 atm de presión. Determine la masa (en gramos) de CO2 contenido en dicho recipiente. Dato de masa molar: CO2 = 44g

5. De acuerdo con la reacción: Na2CO3(s) + 2 HCl(ac) → 2 NaCl(ac) + CO2(g) + H2O(l) Si se obtiene 3,2 gramos de CO2, calcule cuántos gramos de carbonato de sodio reaccionó. Datos de masa molar: CO2 = 44g; Na2CO3 = 106g...