Instituto Politécnico Nacional UPIICSA Ingeniería en Transporte Química Energética y Ambiental Experimental Reporte de practica N° 2 “COEFICIENTE DE EXPANSION Y DENSIDAD DE LOS GASES” Profra. Rosario Tapia Aguilar Equipo 3
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Gonzales García Ricardo Rocha Domínguez Héctor Francisco Rodríguez Ramírez Rafael
FECHA DE ENTREGA: 07 DE SEPTIEMBRE DEL 2011 PRACTICA 2 COEFICIENTE DE EXPANSION DE LOS GASES OBJETIVO: Determinar experimentalmente el coeficiente de expansión de los gases asi como la densidad. ANTECEDENTES: Se dice que un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando sus variable (P,T,V) tienen valores definidos. Para poder definir el estado de un sistema sin necesidad de medir todas sus variables, se hace uso de ecuaciones, las cuales relacionan unas variables en función de otras. Estas relaciones se denominan “ecuaciones de estado”, las que pueden obtenerse observando el comportamiento del sistema bajo condiciones dadas . Asi para un sistema gaseoso ideal la ecuación que relaciona las propiedades del gas presión (P), volumen (V) y temperatura es la ecuación de los gases ideales. PV=nRT Que se obtiene a partir de las ecuaciones empíricas de Boyle, Charles, Gay – Lussac integradas en la relación PV/T = cte donde la constante R se determina sabiendo que una mol de gas ideal ocupa un volumen de 22.4 litros a condiciones normales de presión y temperatura (273 K) siendo R= 0.082 lt* atm/mol °K Y trabajando la temperatura en grados absolutos (°K) Pero previamente a la obtención de la ecuación de estado del gas ideal se determinó que la presión y el volumen de un sistema variaban proporcionalmente a la temperatura absoluta . Anteriormente al concepto de temperatura absoluta (°K y °R) solo se conocían las temperaturas relativas en grados Celcius (°C) y grados Fahrenheit (°F) y fueron Charles y Gay-Lussac
quienes estudiaron el coeficiente de expansión de los gases a partir del cual se genero el concepto de temperatura absoluta. Ellos investigaron la expansión térmica de los gases y encontraron una relación lineal del volumen con la temperatura (medida en la escala centígrada del mercurio), a presión constante baja y cantidad fija de gas: V= a +bt Donde a es la intersección de la recta y b es la pendiente
Cuando t= 0°C, se tiene que a =V˳ que corresponde al volumen del gas a 0° C y a presión fija y b = V=Vo+
p.
Luego entonces
ᵨt
Si se define una nueva constante a llamada coeficiente de expansión de la ley de Charles Gay Lussac como ᵨ= Que se interpreta como el incremento en el volumen de un gas por cada 1°C con respecto al volumen ocupado por el gas a cero grados centígrados. Se obtiene la siguiente expresión : V= Vo (1 + a t)
Donde: Vo es el volumen a la temperatura de 0°C V volumen de gas medido a la temperatura t t temperatura en grados Celsius ó centígrados a coeficiente de expansión térmica, que tiene un valor de 1/273
L a densidad (r) es una propiedad intensiva que se define como la masa por la unidad de volumen y puede expresarse en cualesquiera unidades, que tengan las dimensiones ML Esto es:
p=
Para el caso de gases o vapores que se comporten idealmente , su densidad también se puede calcular a partir del conocimiento de las propiedades del sistema, empleando la ecuación de los gases ideales y sabiendo que n= m/PM se obtiene p= =
cuando se trabaja con sistemas de mezclas gaseosas, la ecuación anterior queda: p
=
donde el subíndice (i) se refiere a un componente particular de la mezcla. Considerando que la masa contenida en un volumen unitario varia con la temperatura y la presión; siempre deben especificarse cuidadosamente estas condiciones. Como la densidad del gas está en proporción directa a la presión e inversa a su temperatura, la densidad de los gases se puede corregir desde condiciones iniciales a condiciones finales de la siguiente forma : p₂=p₁x
X
DESARROLLO EXPERIMENTAL: 1.- Montar el aparto como lo muestra en la figura 1. El ensamble se lleva acabo de la siguiente manera: Llenar los dos vasos con agua a 20°C
Colocar el matraz dentro del baño de agua (vaso de 100 ml) Introducir una bureta para gases dentro de vaso de 200 ml 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 del agua en el vaso. Esta lectura debe de ser aproximadamente de 25 a 30 ml 3.- Colocar el baño del agua y tomar las lecturas del volumen dentro de la bureta , por casa grado de elevación de temperatura del gas hasta obtener de 15 a 20 pares de datos CALCULOS Y CUESTIONARIO 1.-Tabular los datos experimentales de volumen y temperatura, incluir una Columna con el volumen total a las diferentes temperaturas. T ∆V V (ml)=V exp + Tomando en (°C) ∆V cuenta el volumen 24.6 399 0 inicial de 330 ml 25 400 1 26 400.5 1.5 27 401 2 28 403 4 29 405.5 6.5 30 407 8 31 409 10 32 409.5 10. 5 33 410.5 11. 5 34 412 13 35 412.5 13. 5 36 413 14 37 414 15 38 415 16 39 415.5 16. 6
2.- Construir la grafica de volumen contra temperatura.
3.- Efectuar un ajuste de curva, en caso de ser necesario y determinar la pendiente de la recta. Por método grafico se escogen dos puntos de la grafica y se obtiene la pendiente
4.- Explicar a que corresponde la pendiente de la recta de volumen vs temperatura. La pendiente (m) de la recta representa el producto del volumen del gas a 0°C por el coeficiente de expansión de los gases.
5.- Determinar el valor de α.
6.- Extrapolar la temperatura para cuando el volumen tiende a cero.
7.- Calcular el porcentaje de error entre el valor obtenido y el valor teórico para α y para la temperatura del cero absoluto. ERROR EXPERIMENTAL
ERROR EXPERIMENTAL DE LA TEMPERATURA DEL CERO ABSOLUTO
CONCLUSIONES En esta práctica se ilustro como calcular experimentalmente al coeficiente de expansión de los gases a partir de los datos de volumen y temperatura que se obtuvieron. Por otra parte, se logro estudiar la ley de Charles y Gay - Lussac y con el experimento se evidencio que en realidad se cumple dicha ley. Por último, los valores obtenidos en él error porcentual fueron altos, y en el caso de α supero el 100%; posiblemente esto correspondió a las mediciones tomadas, la mala lectura o los factores externos, pero finalmente se cumplió el objetivo de la practica el cual fue determinar el coeficiente de expansión de los gases. Al final esta práctica pudimos observar que todos los gases aunque sea invisibles ante nuestros ojos, sufren cambios en volumen y este cambio está relacionado con la temperatura, fue
interesante el poder determinar el volumen, pues tuvimos q llenar con agua todos los lugares el gas expandiéndose abarco dentro del matraz, la manguera y la bureta, el gas que se utilizo fue el aire, y debido a lo que observamos en la práctica, es muy lógico que cuando haga calor o haga mucho sol el aire sufra una expansión aunque no seamos consientes de esos cambios que sufren los gases.
BIBLIOGRAFIA Elementos de Fisicoquímica Glastone. Principios de Química P. Ander y A.J. Sonessa. Ed. LIMUSA
