Trabajo en Laboratorio: Leyes experimentales de los gases

Instituto Modelo Santa Teresita – Curso: 2do. “A” – T.M. – Profesora: Mariel R. Suárez – 2013

Objetivo: Que los alumnos puedan comprobar a través de experiencias sencillas las leyes de los gases. Interpretarlas y aplicarlas en contexto cotidiano.

Introducción Teórica:

Gas Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene, con respecto a los gases, las fuerzas gravitatorias y de atracción entre partículas, resultan insignificantes.Existen diversas leyes que relacionan la presión, el volumen y la temperatura de un gas. Además los gases tienen una composición de moléculas muy separadas y tiene diferentes procesos como condensación ,líquido, sólido y otra vez gaseoso.

LAS LEYES DE LOS GASES

Se han desarrollado leyes empíricas que relacionan las principales variables de un gas en base a las experiencias de laboratorio realizadas. En los gases ideales, estas variables incluyen la presión (p), el volumen (V) y la temperatura (T).

1 LA LEY DE BOYLE Y MARIOTTE

Esta ley dice que, a temperatura constante, el volumen de un gas disminuye en forma proporcional al aumento de la presión. P VP1 x V1 = P2 x V2

2- LA LEY DE CHARLES Y GAY- LUSSACEsta ley dice que si se mantiene la presión constante, el volumen del gas aumentará en la misma proporción en que aumente su temperatura absoluta: T V V1 / T1 = V2 / T2

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3.- LEY DE GAY – LUSSAC

Esta ley dice que, el aumento de la temperatura de un volumen constante de gas, produce un aumento de la presión. T P P 1 / T1 = P2 / T2

De las citadas expresiones matemáticas surge una expresión general que relaciona la presión, la temperatura y el volumen de un gas ideal en estado 1 y en otro al que llamaremos 2:

Siendo P.V= n.R.T la ecuación general de estado de un gas ideal donde P es la presión del gas, V su volumen, n es una medida de la cantidad de partículas de gas, T es la temperatura y R la denominada constante universal de los gases.

Materiales:

Experimento 1: Botellita de vidrio chica (500ml) 1 globo 1 jarrito enlosado (de 500 o 1000 ml) tarrito de telgopor con hielos de freezer.

Experimento 2: Jeringa grande de plástico (50ml) 1 globo pequeño.

Experimento 3: 2 globos, 1 encendedor

Experimento 4: 1 agarradera gruesa 1 lata vacía de gaseosa 1 broche de madera 1 tarrito de helado con hielitos de freezer.

Experimento 5: Botellita plástica y 1 globo.

Procedimiento Experimento 1:

1) Encender el mechero, colocando un trípode por encima y la tela de amianto.2) Colocar agua en el jarro, poner a hervir sobre mechero.3) Colocar agua en un vaso de precipitados y medir con pipeta graduada 15 ml con la

ayuda de una propipeta para transferirla a una botellita de vidrio de 500 ml.4) Colocarle un globo en la boca de la botella.5) Poner la botella con el globo a hervir a baño maría en el jarrito.6) Observar y registrar resultados.7) Retirar del jarrito y sumergir la botella con globo en el tarro de telgopor con hielos de

freezer. Dejar unos minutos.8) Observar y registrar resultados.

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Fotos: Experimento 1: Ley Charles y Gay Lussac ( T V ) ( T V )

Midiendo 15 ml de agua en pipeta graduada Transfiriendo la medición de agua a la botella de vidrio.con ayuda de propipeta.

Colocamos el globo en la boca de la botella con agua, Observamos que ¡el volumen del gas se expande inflando A hervir en baño María, en el jarro sobre Mechero. el globo al aumentar la temperatura!.

Luego colocamos la botella entre hielos. Al bajar la temperatura, el volumen del gas disminuye.

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Resultados

Observamos que cuando colocamos la botella con 15 ml de agua en hervor a Baño María, al aumentar la temperatura, el gas en el interior de la botella expandió su volumen e infló el globo. Luego, al colocar la botella con el globo inflado en la hielera, al cabo de unos minutos el globo se desinfló cuando bajó la temperatura.

Conclusiones El volumen de cierta masa de gas es directamente proporcional a la temperatura. Comprobamos la ley de Charles y Gay – Lussac, que dice: a mayor temperatura temperatura, mayor volumen del gas, a presión constante.

Ejemplos prácticos: Porqué asciende un globo aerostático: la masa de aire caliente dentro del globo ocupa un volumen mayor que la masa del aire frío exterior y al ser menos densa, el globo se eleva.

Notamos por la misma Ley, que cuando utilizamos termómetros clínicos , al aumentar la temperatura corporal, aumenta el volumen en el mercurio y podemos tomar la medición sobre una escala graduada en grados centígrados.

Procedimiento Experimento 2: Ley Boyle – Mariotte ( P V ) ( P V )

1) Colocar un globo pequeño (o bombita de agua) dentro de una jeringa de 50 ml. (Para lo cual se deberá retirar el émbolo entrar un globito inflado y atado y volver a colocar el émbolo en la jeringa.)

2) Observar y registrar qué sucede en el globo al presionar el émbolo y al retirarlo (sin llegar a quitarlo de la jeringa) teniendo la precaución de tapar con el dedo el orificio de la cánula (por donde habitualmente va colocada una aguja).

Fotos Experimento 2:

Ejerciendo presión el globo se achica. Retirando el émbolo, disminuye la presión y aumenta el volumen

del globo.

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Resultados:

Observamos que al retirar el émbolo, el globo dentro de la jeringa se inflaba, pero al presionar el globo disminuía su volumen.

Conclusiones:

Comprobamos la Ley de Boyle – Mariotte, que dice que la presión es inversamente proporcional al volumen de un gas a temperatura constante.

"En un proceso isotérmico (temperatura constante) el volumen de un gas varía inversamente proporcional a la presión absoluta a la que esta sometido, mientras que la densidad varia proporcionalmente a esta."

Es decir, que cuando aumentamos la presión a un determinado volumen de gas este se reducirá pero sin embargo aumentará su densidad

Ejemplo práctico: Esto es muy importante en el buceo porque nos explica los cambios de volumen debido la profundidad, es decir, por las variaciones de presión.

Demostración en el volumen del gas al ejercer presión.

Procedimiento Experimento 5: Ley Boyle – Mariotte.

1) Colocar un globo en la boca de una botella vacía.

2) Presionar la botella.

3) Observar y registrar resultados.

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Al presionar la botella el volumen del gas disminuye.

Resultados : Al ejercer presión el volumen del gas en la botella disminuye inflando el globo

Conclusiones: Se cumple la Ley de Boyle – Mariotte, a mayor presión, menor volumen.

Procedimiento Experimento 3: Ley Gay – Lussac ( T P ) ( T P )

1) Inflar un globo.2) Acercarle la llama de un encendedor.3) Observar y registrar resultados.4) Llenar un globo con agua.5) Acercarle la llama de un encendedor.6) Observar y registrar resultados.

Fotos Experimento 3:

Acercando encendedor al globo inflado con aire. Acercando encendedor al globo inflado con agua.

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Resultados:

En cuanto acercamos la llama del encendedor al globo inflado con aire, este explotó inmediatamente.

Al acercar la llama del encendedor al globo inflado con agua, en el mismo lapso de tiempo que el globo anterior, este último no explotó.

Conclusiones:

Comprobamos que como lo dice la Ley de Gay Lussac, la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura, a volumen constante. Esto lo pudimos observar porque el globo inflado con agua, aunque le acercamos la llama del fuego del encendedor, al tener menor temperatura por el agua fría, la presión era menor y no estalló, pero con el globo inflado con aire, al aumentar la temperatura aumentó la presión e inmediatamente estalló.

Procedimiento Experimento 4: Ley Gay – Lussac ( T P ) ( T P )

1) Colocar agua en vaso de precipitados, tomar con la pipeta y la propipeta 15 ml transferir a una lata de gaseosas vacía.

2) Sostener la lata con un broche de madera directamente sobre el fuego del mechero hasta que el agua en su interior hierva y comience a evaporarse.

3) Rápidamente, con la ayuda de una agarradera en la otra mano, tomar la lata y volcarla con la abertura hacia abajo, sobre una hielera llena de agua con hielos.

4) Observar y registrar resultados.

Fotos Experimento 4 : “Implosión”.

1: Llenando la lata con agua caliente 2: Lata con agua sobre Mechero 3: Bajando la temperatura: Implosión

para acelerar el hervor en mechero . .

Resultados:

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Luego de calentar la lata con agua sobre mechero hasta hervor, sumergimos la lata boca abajo en agua con hielos y la lata se abolló. Teóricamente, debió producirse una implosión.

Conclusiones:

El agua que hierve en la lata la llena de vapor. En contacto con el agua fría se condensa el vapor y disminuye la temperatura y así también la presión interna.

T P Tal como dice la Ley de Gay Lussac.

La presión atmosférica que actúa en el exterior es superior a la presión interna de la lata, razón por la cual hace implosión y se aplasta la lata.

Observaciones: Para obtener una verdadera implosión, se deberá aumentar lo más posible la temperatura en la lata exponiéndola al calor directo sobre la llama intensa del mechero y luego rápidamente transferirla a una cubeta llena de agua fría donde la lata pueda sumergirse. Allí hará implosión, de lo contrario, solo quedará abollada, por el efecto de la presión atmosférica superior a la presión interna, tal como pudimos experimentar. Calentar agua en olla a presión, al aumentar T aumenta P.

Ejemplo práctico: Cuando se calienta agua en una olla de presión, aumenta la presión de vapor de agua hasta que el exceso sale por la válvula de seguridad (de lo contrario explotaría).

Bibliografía:

Fisico Quimica, 2do. Año. Editorial Santillana.

Química I, Editorial Santillana Polimodal.

Fuentes web:

http://www.youtube.com/watch?v=id-pbSQczco Citada como hipervínculo en Gas, hoja 2.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/gas-properties Como laboratorio virtual con simulador del efecto de los cambios en volumen, presión y temperatura de gases.

Fotos gentileza alumno Lucas De Nunzio.

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