Practica-2-coeficiente-de-expansion-de-los-gases-convertido.docx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

Química Industrial Práctica 2 Coeficiente De Expansión De Los Gases. Prof.: Aguilar Sánchez Raúl Integrantes: Arroyo Loya J. Mauricio Cremer Troncoso Omar Gómez Muro Ignacio Gutiérrez Avendaño Ernesto López Chávez Germán Rosas Sánchez Rocío Secuencia: 3IV4

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PRACTICA NO. 2

COEFICIENTE DE EXPANSIÓN DE LOS GASES OBJETIVO: Determinar experimentalmente el coeficiente de expansión de los gases.

INTRODUCCIÓN: Con ayuda de esta práctica comprobaremos la ley de la expansión de los gases de Charles y Gay− Lussac. Encontraremos un aumento del volumen conforme la temperatura va incrementando y poder definir el estado de un sistema con ayuda de las ecuaciones necesarias.

MARCO TEÓRICO:

Los Gases

Todos los gases poseen las siguientes características físicas: • Adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene. • Se consideran los más compresibles de los estados de la materia. • Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente se mezclan completa y uniformemente. • Cuentan con densidades mucho menores que los sólidos y líquidos. Tienen un comportamiento casi idéntico e independientemente de su naturaleza. Este comportamiento se estudia a través de las variaciones de tres parámetros: presión, volumen y temperatura. El estado de un gas esta caracterizado por los valores que toman esos parámetros. En el caso general, ellos pueden modificarse simultáneamente, pero es usual estudiar previamente el comportamiento del gas cuando permanece constante uno de los parámetros y varían los otros. Los gases ejercen presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. La relación temperatura-volumen: Charles y de Gay-Lussac

Ley

de

La ley de Boyle depende de que la temperatura del sistema permanezca constante. Los primeros científicos que estudiaron el efecto de la temperatura sobre el volumen de un gas, fueron 2

los científicos franceses, Jacques Charles y Joseph Gay- Lussac. Sus estudios demostraron que. A una presión constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta y se contrae al enfriarse. En la figura, la variación del volumen de una muestra de gas con la temperatura a presión constante. La presión ejercida sobre el gas es la suma de la presión atmosférica y la presión debida al peso de la columna de mercurio. Las relaciones cuantitativas implicadas en estos cambios de temperatura y volumen del gas resultan notablemente congruentes. En 1848, Lord Kelvin comprendió el significado de dicho fenómeno. Identificó la temperatura de -273.15 ºC como el cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja es posible. Tomando el cero absoluto como punto de partida, estableció entonces una escala de temperatura absoluta, conocida ahora como escala de temperatura Kelvin. La ecuación k2 =

V

, se conoce como ley de Charles y de Gay-Lussac, donde k 2

T

es la constante de proporcionalidad. La cual establece que el volumen de una cantidad fija de gas, mantenida a presión constante, es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. Otra forma de presentar la ley de Charles muestra que para una cantidad de gas y volumen constantes, la presión del gas es P directamente proporcional a la temperatura k3 = . Igual como se hizo para la T

relación presión y volumen a temperatura constante, es posible comparar dos condiciones de volumen y temperatura para una muestra dada de un gas a V presión constante: 1 = k2 = V2 T T1

2

Cuando t=0ºC, se tiene a=Vo, donde Vo, es el volumen del gas a 0ºC y a presión P fija. Luego V= Vo + bt. Si se define una nueva constante a= b/ la ley de V0 Charles resulta ser:

V = V O + VO a t

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DESARROLLO EXPERIMENTAL: Material y equipo utilizado: 1 soporte con anillo y tela de alambre 1 pinza para bureta 1 mechero Bunsen 1 matraz Erlenmeyer de 250ml 1 tapón bihoradado para el matraz 1 tubo de vidrio de 5 mm de diámetro 1 vaso de precipitados de 1000 ml. 1 vaso de precipitados de 2000ml. 1 bureta para gases de 100 ml. 1 termómetro de 0o a 150oC. 1 probeta de 100 ml. 1 manguera látex de 30 cm. PROCEDIMIENTO: 1.

Montar el aparato:

▪ ▪ ▪ ▪

Llenar los dos vasos con agua a 20oC. Colocar el matraz dentro del baño de agua (vaso de 2000 ml.) Introducir la bureta para gases dentro del vaso de 1000ml. Instalar la conexión de vidrio.

2.

Anotar el volumen inicial de aire en la bureta para gases. Para ello se eleva la bureta hasta conseguir que el nivel de agua dentro de la misma sea igual al nivel de agua en el vaso. Esta lectura debe ser aproximadamente 25 a 30 ml.

4

3.

Calentar el baño de agua y tomar las lecturas del volumen dentro de la bureta, por cada grado de elevación de la temperatura dela gas hasta obtener de 15 a 20 pares de datos.

Determinación de volumen de aire en el sistema 1. 2. 3. 4. 5.

Desconectar la bureta para gas y separar el matraz quitando el tapón con cuidado. Llenar la manguera con agua. Llenar el matraz con agua. Tapando el extremo de la manguera para evitar la salida del agua, colocar el tapón en el matraz de tal modo que se derrame un poco de agua. Medir el volumen de agua de matraz y la conexión, vaciándola en una probeta. El volumen total de airea cada temperatura se obtiene sumando el volumen determinado por evacuación.

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CALCULOS Y CUESTIONARIO f.⁄ †abuTe Tox daLox exgerimenLaTex obLenidox como xe muexLra en Ta LabTa S.f. Temperatura (°C) 20° 21° 22° 23° 24° 25° 26° 27° 28° 29° 30° 31° 32° 33° 34° 35° 36° 37° 38° 39° 40° 41° 42° 43° 44° 45° 46° 47° 48° 49° 50° 51° 52° 53° 54° 55° 56° 57° 58° 59° 60° 61°

Volumen (ml) 38 37.5 36 36 35 34 32.5 31.5 30.5 29.5 27 26.5 25 24 23 22.5 21.5 20 19 17.5 16 15 14 13 12 10.5 9.5 8.5 7 6.5 6 5 4 4 3.5 3 3 2.5 2 1 .5 0

Volumen de agua en el aparato (ml) 381

m = 1.0682 mll°C b = 359.7272 ml r = 0.9927 6

Volumen total de aire 381 381.5 383 383 384 385 386.5 387.5 388.5 389.5 392 392.5 394 395 396 397.5 398.5 400 401 402.5 404 405 406 407 408 409.5 410.5 411.5 413 413.5 414 415 416 416 416.5 417 417 417.5 418 419 419.5 420

S.⁄ ConxLruya Ta gratica de uoTumen conLra LemgeraLura. 430 425 420

VOLUMEN

415 410 405 400 395 390 385 380 375 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

TEMPERATURA

3.⁄ EtecLué eT ajuxLe de curua y obLenga Ta ecuación de Ta recLa de acuerdo a Ta ecuación (S.S) V(ml)= m t + b V(ml)= 1.0682 mll°C t + 359.7272 ml Temperatura (°C) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Volumen (ml) 380.7954 381.7954 382.7954 383.7954 384.7954 385.7954 386.7954 387.7954 388.7954 389.7954 390.7954 391.7954 392.7954 393.7954 394.7954 395.7954 396.7954 397.7954 398.7954 399.7954 400.7954

7

41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

401.7954 402.7954 403.7954 404.7954 405.7954 406.7954 407.7954 408.7954 409.7954 410.7954 411.7954 412.7954 413.7954 414.7954 415.7954 416.7954 417.7954 418.7954 419.7954 420.7954 421.7954

425 420 415

VOLUMEN

410 405 400 395 390 385 380 375 0

10

20

30

40

TEMPERATURA

8

50

60

70

4.⁄ ExgTique a que correxgonden Ta gendienLe de Ta recLa y eT corLe en eT eje de Tax ordenadax. La relación de la pendiente con respecto a la recta se da por medio de la Ley de Charles y la ecuación de la recta, realizando una comparación de los datos nos queda de la siguiente manera: y = m x + b………ecuación de la recta V = VO a t + VO…………….Ley de Charles Entonces, realizando la comparación de las variables tenemos que: y=V m = VO a x=t b = VO Por lo tanto la pendiente corresponde al VO a

5.⁄ CaTcuTe eT uaTor deT coeticienLe a

α=

m× Vo

=

m×

a

b×

= teorico

=

1.0682 = 0.0029ª 359.7272

1

= 3.66 x 10 -3

273.15ª

6.⁄ caTcuTe eT uaTor de Ta LemgeraLura cuando eT uoTumen Liende a cero, gor exLragoTación en Ta ecuación obLenida. V(ml) = 1.0682

= 1.0682

t=

ml ª

ml ª

t + 359.7272 ml

+ 359.7272 ml = 0

—359.7272 ml = —336.7601 ml 1.0682 ª 9

N.⁄ CaTcuTe eT gorcenLaje de error obLenido comgarando con Tox uaTorex Leóricox de a y de Ta LemgeraLura abxoTuLa. Porcentaje de error a a teo – a exp

% Error a= [ % Error a= [

]x100

a teo

3.66 × 10 E–3 –0.0029 3.66 x 10 E–3

] x100 = 20.7650 %

Porcentaje de error temperatura % Error T =[

T teo -T exp T teo

–273.15 – (–336.7601)

% Error T =[

–273.15

CONSTANTE m= b= r = aexp= Texp= % Error a= % Error T=

]x 100

] x100 = 23.876 %

RESULTADO 1.0682 359.7272 0.9927 0.0029 −336.7601 20.7650% 23.876%

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CONCLUSIONES: La practica Coeficiente de expansión de los gases, cumplió con su finalidad de determinar el coeficiente de expansión de los gases, y el cero absoluto; ya que al tomar las medidas de temperatura y volumen total realizamos nuestra grafica y calculamos nuestra ley física. Durante la realización de la practica 2 titulada “Coeficientes de Expansión de los Gases” realizamos unas serie de mediciones que involucran fricción, volumen y temperatura. Mediciones que permiten obtener precisamente eso, el coeficiente de expansión de los gases. Para el desarrollo experimental nos valimos de un gas que se encuentra de mayor abundancia en nuestro planeta y me refiero al aire, ya compuesto por nitrógeno y oxigeno. Para el cálculo de los coeficientes tuvimos que definir el concepto de coeficiente de expansión de los gases con ayuda de nuestro profesor. Importante es encontrar la relación entre volumen, fricción y temperatura ya que sin ella no sería posible el cálculo del coeficiente. Recordando la ley de charles y Gay-Lussac que investigara la expansión térmica de los gases y encontraron un aumento lineal del volumen con la temperatura a presión constante y cantidad fija de gas. V=a+b*t

P, M□constantes

Transportando la ley de Gay-Lussac ha nuestro experimento realizamos las mediciones de temperatura realizamos 42 mediciones de temperatura, volumen y desplazamiento del gas una vez obtenidos estos datos medimos el volumen real y total de los instrumentos utilizados, es decir, el volumen real es igual al volumen del matraz mas el volumen de conexiones mas el volumen de la bureta siendo la suma total igual al volumen real. Para el cálculo del coeficiente de expansión de los gases hacemos la transformación del modelo lineal. Y = mx + b Siendo: •

X □ temperatura

•

Y □Volumen

• Y apoyándonos en

el

método

de

mínimos

cuadrados

obtuvimos

m

y

b

y así una vez más esto nos permite comprobar lo que teóricamente aprendimos antes de realizar el experimento. 11