P1QUIMICAPLICADA

8/17/2019 P1QUIMICAPLICADA

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Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y

Eléctrica Unidad Zacatenco

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

Laoratorio de !uímica "plicada

Práctica No# $ %Leyes de los gases&

'rupo( )CM$* E+uipo( $

"l,arado Martíne- Carlos "rturo

Martes ./ de 0erero del ).$1

Pro0esor "el 2etan-os Cru-



Índice.

34eti,o5555555555555555555555555555555$

Consideraciones 6eóricas55555555555555555555555$Materiales y reacti,os55555555555555555555555557

8esarrollo de la Práctica5555555555555555555555###57

Cuestionario55555555555555555555555555###55#1

3ser,aciones5555555555555555555555555555/

Conclusiones5555555555555555555555555555##9

Cálculos555555555555555555555555555555###9

2iliogra0ía55555555555555555555555555555#$)

'rá0icas555555555555555555555555555555##$:



Objetivo.

El alumno demostrará con los datos otenidos en el laoratorio las leyes de 2oyle;

C<arles='ay Lussac y ley cominada del estado gaseoso#

Consideraciones Teóricas.

Comportamiento de los gases.

El modelo de 8alton sore los átomos como diminutas es0eras de peso 0i4o e>plica

ien las Leyes de la composición constante y de las proporciones m?ltiples# Pronto

se aplicó este modelo a los gases para ayudar a e>plicar; teóricamente; su

comportamiento e>perimental#

Si e>aminamos con detenimiento nuestras oser,aciones sore los tres estados

de la materia @solido; lí+uido y gaseosoA; se ponen de mani0iesto determinadas

seme4an-as y di0erencias e sus propiedades# 6odos los o4etos solidos tienen

0ormas de0inidas y ,ol?menes de0inidos# 6odos los lí+uidos tienen ,ol?menes

de0inidosB pero; como saemos; toman la 0orma de recipiente +ue los contiene#

"sí; a di0erencia de los sólidos; los lí+uidos carecen de 0orma de0inida# Los átomos

o moléculas en estado gaseoso ocuparan cual+uier ,olumen al +ue tengan

acceso; independientemente de su 0orma# El análisis de estas oser,aciones

comunes sore los tres estados dela materia sugieren la e>plicación de +ue los

átomos o moléculas en estado gaseoso están muy ale4ados unos de otros; e4ercen

poca in0luencia entre si y están en mo,imiento continuo

Modelo de Gas Ideal.

El me4or modelo para e>plicar el comportamiento 0ísico de los gases se deri,a del

modelo daltoniano del átomo# " dic<o modelo de diminutas es0eras rígidas eindi,isiles se agregaa la suposición de +ue las partículas están ampliamente

separadas y en mo,imiento constante#

Se crea; así; un modelo de gas ideal# Lo +ue es más importante se %ideali-a& el

modelo; suponiendo +ue las partículas del gas no tienen ninguna interacción al

despla-arse en el espacio#

Leyes de los gases.

Ley de Boyle: elación entre presión y vol!men a temperat!ra

constante.En una serie de e>perimentos; 2oyle anali-ó la relación +ue e>iste entre la presión

y el ,olumen de una muestra de un gas# 3ser,ó +ue a medida +ue la presión @PA

aumenta a temperatura constante; el ,olumen @A de una cantidad determinada de

gas disminuye# Comparó el primer punto de datos con una presión de *)D mmg

y un ,olumen de $#7. @en unidades aritrariasA con el ?ltimo punto de datos con

una presión de ) )7. mmg y un ,olumen de .#7/# " medida +ue la presión

pág. 1



aumenta; el ,olumen ocupado por el gas disminuye# Por lo contrario; si la presión

aplicada disminuye; el ,olumen ocupado por el gas aumenta# Esta relación se

conoce como la ley de 2oyle; seg?n la cual la presión de una cantidad 0i4a de un

gas a temperatura constante es in,ersamente proporcional al ,olumen del gas#

"#presión matem$tica de la ley de Boyle.

%&'& ( %)')

8onde $ y ) son los ,ol?menes sometidos a las presiones P$ y P);

respecti,amente#

Fig# $Gepresentación grá0ica de la Ley de 2oyle; de derec<a a i-+uierda el

,olumen aumenta y la presión aumenta; si el ,olumen disminuye; la presión

disminuye#

Ley de C*arles: elación entre temperat!ra y vol!men a presión

constante.

Una oser,ación ordinaria es el <ec<o de +ue los gases se e>panden al aumentar

su temperatura# En $*/7; Hac+ues C<arles; cientí0ico 0rancés; 0ue el primero en

medir cuantitati,amente es <ec<o# 3ser,ó +ue; para un peso constante de gas a

presión constante; el ,olumen de un gas es proporcional a su temperatura# Sin

emargo; el ,olumen del gas no se duplica cuando se duplica la temperatura# Por

lo tanto; no son directamente proporcionales#

El ,olumen de un peso constante de gas ,aria en proporción directa con la

temperatura asoluta; a presión constante#

"#presión matem$tica de la ley de C*arles.

Si deseamos considerar un gas a4o dos di0erentes condiciones de ,olumen ypeso

J$K6$ para un estado $ de ,olumen y presión y

J)K) para un estado ) de ,olumen y presión; entonces

'& +T&( ') +T)

pág. 2



Esta 0orma de la ley de C<arles se usa en los cálculos +ue implican el

comportamiento temperatura=,olumen; de los gases#

Fig# ) 8emostración grá0ica de la Ley de C<arles

• Ley de Gay,L!ssac: elación entre presión y temperat!ra.

La ley de 2oyle depende de +ue la temperatura del sistema permane-caconstante# Pero suponga +ue camia la temperatura# Cómo a0ectará el camio

de la temperatura al ,olumen y la presión de un gas eamos por principio de

cuentas el e0ecto de la temperatura sore el ,olumen de un gas# Los primeros

in,estigadores +ue estudiaron esta relación 0ueron los cientí0icos 0ranceses

Hac+ues C<arles y Hosep< 'ay=Lussac# Sus estudios demostraron +ue; a una

presión constante; el ,olumen de una muestra de gas se e>pande cuando se

calienta y se contrae al en0riarse#

E>presión matemática de la ley de 'ay=Lussac

P ₁

T ₁=

P ₂

T ₂

8onde P$ y P) son las presiones del gas a temperaturas 6$ y 6);

respecti,amente#

Fig# : Gepresentación grá0ica de la ,ariación del ,olumen de un gas en relación

con la presión e4ercida sore él; a temperatura constante# aA P contra # 3ser,e

+ue el ,olumen del gas se duplica a medida +ue la presión se reduce a la mitad# A

P contra $K# La pendiente de la línea es igual a $#

pág. 3



Ley combinada de los gases ideales.

La ley de C<arles; la ley de 2oyle y la ley de 'ay=Lussac# Estas leyes se re0ieren

cada una de las ,ariales termodinámicas matemáticamente a otro mientras se

mantiene todo lo demás constante# Estados de C<arles ley +ue el ,olumen y la

temperatura son directamente proporcionales entre sí; siempre y cuando la

presión se mantiene constante# La ley de 2oyle a0irma +ue la presión y el ,olumen

son in,ersamente proporcionales entre sí a una temperatura 0i4a# Por ?ltimo; la ley

de 'ay=Lussac introduce una proporcionalidad directa entre la temperatura y la

presión; siempre y cuando se encuentre en un ,olumen constante# La

interdependencia de estas ,ariales se muestra en la ley de los gases cominada;

+ue estalece claramente +ue( La relación entre el producto de presión=,olumen y

la temperatura de un sistema permanece constante

P ₁V ₁

T ₁= P ₂V ₂

T ₂

Ley de -vogadro y Ley del gas ideal.

La ecuación

%'(nT

Ley del gas ideal; es muy importante en el estudio de los gases# No en,uel,e

aspectos característicos de un gas en particular; sino +ue es una generali-ación

aplicale a todos los gases# "nali-amos a<ora el signi0icado de la masa

característica M# La ley de ",ogadro dice +ue los ,ol?menes iguales de gases

di0erentes contienen igual n?mero de moléculas en las mismas condiciones de

temperatura y presión( es decir; contienen la misma cantidad de sustancia# emoscomparado ,ol?menes iguales con la misma temperatura y presión; para otener

las masas características de los di0erentes gases# Seg?n la ley de ",ogadro; estas

masas características deen contener el mismo numero de moléculas# Si

escogemos la presión; temperatura y ,olumen de 0orma +ue el numero sea igual a

NJ1#.))>$.):; entonces la cantidad de sustancia en la masa característica es

una mol; y M es la masa molar#

pág. 4



Fig# D Gepresentación gra0ica de la Ley de ",ogadro

Materiales y eactivos.

Material eactivos

& 'aso de %recipitado de )/ cm0

& -gitador ) %esas de plomo& Mec*ero& -nillo& Tela de asbesto& 1eringa de pl$stico grad!ada de )/cm0 *erm2ticamente cerrada.& Termómetro

& %in3a para vaso de precipitados.

"ire @N); 3); "r; C3); Ne; e; r; );

Oe; Gn; )3; N)3; CD; etc#A

4esarrollo de la %r$ctica.

Primera aparte

$# Monte la 4eringa

)# Presione ligeramente el émolo; esté regresará a un ,olumen inicial

corresponde a una presión inicial#

:# Ponga arria del émolo la pesa más pe+uea y con precaución presione

ligeramenteB el émolo regresará a su ,olumen $ correspondiente a unapresión P$#

D# !uite la pesa pe+uea y ponga la grande; presione ligeramente y anote

) para P)#

7# Finalmente; con precaución ponga las dos pesas y anote : para P:

Segunda parte

$# Monte la 4eringa; procurando +ue el ni,el este arria del ni,el de aire de

la 4eringa# Presione ligeramente y tome el ,olumen . corresponda a una

6.; +ue será la temperatura amiente del agua para una presión P.

constante#

)# Calentar y agitar constantemente <asta D.QC; presione ligeramente y

anote $ para 6$#

pág. 5

4atos:

%45 ( 6 mm7gM2mbolo ( 6 g4int ( &.6) cm89/ mm7g ( &./&0#&/0

dinas+cm)

% ( + - ( ;m< ;g< + -2mbolo

Mpesa& ( )0=.9 gMpesa) ( 0>).8 g



:# Continue calentando; agitando y anotando los ,olumenes de temperatura

de 1.QC; /.QC y temperatura de eullición del agua#

6ercera parte

$# Se inicia de igual 0orma +ue la segunda parte#

)# Caliente; agitando <asta D.QC y ponga la pesa c<ica; oprima ligeramente

y tome el ,olumen $ correspndiente a la temperatura 6$ y a la presión P$#

:# Continue calentando <asta 1.QC y ponga la pesa grande; tome el

,olumen ) a temperatura 6) y a la presión P)#

C!estionario.

$# Llene la tala de los datos y resultados siguientes#

%rimera parte

pág. 6



P (dina / cm2 ) V (cm3) PV (erg)

782.75x10 3 d/cm2 $. cm: */)#*7>$.Derg867.614X10 3 d/cm2 9 cm: **1#9)>$.Derg927.682X10 3 d/cm2 / cm: *D*#./>$.Derg1015.55X10 3 d/cm2 * cm: *$.#.7>$.Derg

?eg!nda parte

T °C T ° V (cm3 ) V / T (cm3 / )

20°C )9:Q 9#7 cm: :)#D)>$.=: cm:KQ40°C :$:Q $.#: cm: :)#9.>$.=: cm:KQ60°C :::Q $$#/ cm: :D#D:>$.=: cm:KQ80°C :7:Q $) cm: ::#9D>$.=: cm:KQ

91°C :1DQ $)#) cm: ::#7$>$.=: cm:KQ

Tercera parte

T° C T° V (cm3 ) P (dina! / cm2 ) PV / T (erg / )

20°C )9:Q /#/ cm: */)#*7O$.: dKcm) )#:7 >$.:# erg K 40°C :$:Q 9#$ cm: /1:#)1O$.: dKcm) )#7.>$.: erg K 60°C :::Q 9#7 cm: 9::#/1O$.: dKcm) )#11>$.: erg K 80°C :7:Q 9#/ cm: $.$D#:*O$.: dKcm) )#/$>$.: erg K

)# Con los datos otenidos de la primera y segunda parte; construya las

grá0icas de =P R 6=; indicando el nomre de cada una de ellas#

782.75X103 863.26X103 933.86X103 1014.37X103

VOLUMEN-PRESION

PV

PRESION

VOLUMEN

pág. 7



293 °K 333 °K 353 °K 363 °K 364 °K 0

5

10

15

TEMPERTUR-VOLUMEN

TEMPERTUR-VOLUMEN

:# 8e la primera parte; anali-ando la grá0ica; si el gas se e>cede; su presión

tendrá +ue(

G( 8isminuir su ,alor

D# 8e la segunda parte; anali-ando la grá0ica; para +ue un gas se e>panda; su

temperatura tendrá +ue(

G( "umentar

7# "nali-ando las talas de resultados; los ,alores de P; K6 y PK6; Por

+ué no son constantes

G( Por+ue en cada uno de los e>perimentos; a pesar de +ue una ,ariale

permaneciera constante; la ,ariación de las otras a0ecta el resultado

Observaciones.

En la práctica oser,amos como el ,olumen del gas ,aría dependiendo las

condiciones de temperatura y presión a las +ue se encuentra aplicando las leyes

de los gases ideales#

En la ley de 2oyle oser,amos +ue a temperatura constante; el ,olumen es

in,ersamente proporcional a la presión; así como en la Ley de 'ay Lussac se

oser,a +ue a presión constante; el ,olumen es directamente proporcional a la

temperatura; y en la ley cominada; oser,amos como se comporta el gas cuando

los : elementos ,arían#

"lgo interesante +ue se ,ió en esta práctica 0ue +ue en la Ley de 'ay=Lussac;

cuando la temperatura era de 1.QC; <uo una ,ariación; alterando un poco a

grá0ica#

Concl!siones.

pág. 8



En las : partes de esta práctica demostramos las leyes de los gases ideales de

0orma e>perimental; comproando las ecuaciones cuando la temperatura es

constante @Ley de 2oyleA y cuando la presión es constante @Ley de C<arles=

'ayLussacA; así como la ley cominada; cuando temperatura y presión ,arían#

En la Ley de C<arles='ay Lussac; al <acer el desarrollo e>perimental; se otu,o

una ,ariación de datos cuando la temperatura era de 1.QC; esto puede deerse a

los instrumentos de laoratorio o error de lectura o parala4e; aun así; si este error

se omite; en la grá0ica se aprecia +ue es una recta; comproando dic<a ley#

En conclusión; se pudieron comproar las leyes de los gases e>perimentalmente;

y tamién se <icieron cálculos con dic<as leyes para reali-ar las grá0icas y talas

de resultados; en las +ue se puede apreciar el comportamiento del gas en las

condiciones +ue descrie la tala#

C$lc!los

5órm!las.PJmgK"EM23L3 J g#cmKs)Kcm)JdKcm)

P.J P8FT P

P$J P.T P$

P)J P.T P)

P:J P.T P:

P8FJ7/7mmg

PJdcmJ$erg

%rimera parte.

4atos

P8FJ 7/7mmg @$#.$:>$.1AK*1.mmgJ**9#*DO$.:

gJ9#/$mKs)J9#/$mKs) @$..cmK$mA J9/$cmKs)

" emolo J :#$D$1 @.#9$cmA)J)#1.cm)

pesa c<icaJ )$:#Dg

pesa grandeJ D..#7g

Po J **9#*DO$.: dKcm) T V/g @9/$cmKs)AK)#1.cm)W J*/)#*7O$.:dKcm)

P$ J */)#*7O$.:dKcm)T V)$:#Dg @9/$cmKs)AK)#1.cm)W J/1:#)1O$.:dKcm)

pág. 9



P) J */)#*7O$.:dKcm)T VD..#7g @9/$cmKs)AK)#1.cm)W J9::#/1O$.:dKcm)

P: J */)#*7O$.:dKcm)T V1$:#9g @9/$cmKs)AK)#1.cm)WJ$.$D#:*O$.:dKcm)

$ cm: J $ ml

.J $.cm:

$J 9cm:

)J /cm:

:J *cm:

PooJ $. cm: @*/)#*7O$.: dKcm)AJ */)#*7>$.Derg

P$$J 9 cm: @/1:#)1O$.:dKcm)AJ **1#9)>$.Derg

P))J / cm: @9::#/1O$.:dKcm)AJ *D*#./>$.Derg

P::J * cm: @$.$D#:*O$.:dKcm)AJ *$.#.7>$.Derg

?eg!nda parte

6. J ).QC T )*: J )9: .J9#7cm: K6J9#7cm:K)9:J.#.:)D) cm:KQ

6$ J D.QC T )*: J :$: $J$.#:m: K6J$.#:cm:K:$:J.#.:)9. cm:KQ

6) J 1.QC T )*: J ::: )J$$#7cm: K6J$$#/cm:K:::J.#.:DD: cm:KQ

6: J /.QC T )*: J :7: :J$)cm: K6J$)cm:K:7:J.#.::9D cm:KQ

6D J 9.QC T )*: J :1: :J$)#)cm: K6J$)#)cm:K:1DJ.#.::7$ cm:KQ

Tercera parte.

6. J ).QC T )*: J )9: .J/#/cm: Po J */)#*7O$.:dKcm)

6$ J D.QC T )*: J :$: $J9#$m: P$ J/1:#)1O$.:dKcm)

6) J 1.QC T )*: J ::: )J9#7cm: P) J9::#/1O$.:dKcm)

6: J /.QC T )*: J :7: :J9#/cm: P: J$.$D#:*O$.:dKcm)

P.. K 6.J */)#*7O$.:dKcm) @/#/cm:A K @)9:A J )#:7 >$.D# erg K

P$$K 6$J /1:#)1O$.: dKcm) @9#$ cm:A K @:$:A J )#7. >$.D erg K

pág. 10



P)) K 6)J 9::#/1O$.:dKcm) @9#7cm:A K @:::A J )#11>$.D erg K

P:: K 6:J $.$D#:*O$.: dKcm) @9#/ cm:A K @:7:A J )#/$ >$.D erg K

Bibliogra@a.

pág. 11



!uímica; C<oppin; 'regory G#; Pulicaciones cultural S#"#; Primera edición;

Cuarta impresión; "o $9*:; Paginas :D=77#

Fisico+uímica; Castellan; 'ilert #; "ddison esley Ieroamericana S#"#;

Segunda edición "o $9/*; Paginas 9=$)#

!uímica; C<ang Gaymond; Mc'raX=ill; Se>ta edición Mé>ico; $999# Páginas$71=$*.#

pág. 12

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