10/4/2011. Objetivos. Marco teórico. Gases Experimento Ley de Boyle y Ley de Charles

Transcripción

1 Gases Experimento Ley de Boyle y Ley de Charles Ileana Nieves Martínez QUIM Objetivos Determinar el comportamiento de los gases relacionado a: Temperatura Presión Volumen. Utilizar un sensor de presión y una jeringuilla para determinar la presión de una muestra de aire a distintos volúmenes. Manejar los datos experimentales diseñando y llevando a gráfica los mismos correctamente. Para el sistema estudiado, predecir la presión en cualquier volumen Describir la relación entre presión y volumen en palabras y con la relación matemática. 2 Marco teórico Conferencia aparte 3 1

2 Conceptos presentados Presión Instrumentos Unidades Leyes Boyle (P,V) Charles (T,V) Gases ideales (P,V,T,n) Avogadro Dalton Teoría Cinético Molecular 4 Asignación Preliminar Haga un esquema (flow-chart) de los pasos del procedimiento. Cuál es el valor aceptado para cero absoluto en: (a) grados Celsius; (b) grados Kelvin; grados Farenheit? [Muestre su trabajo]. Convierta las temperatura a continuación y exprese el resultado con el número correcto de cifras significativas: a) -248 C a K b) K a C Usando la ecuación, Y = k/x, donde k es una constante, diga si Y es directa o inversamente proporcional a X. Si YX = k, diga si Y es directa o inversamente proporcional a X (Ayuda resuelva por Y). En una gráfica lineal: T= cv + T 0 donde T es la temperatura en K y V es el volumen, c representa de la linea y T 0 representa. (Ayuda: piense en la ecuación de una linea recta: y = mx +b) Cuáles dos factores experimentales deben permanecer constante? Cuando se estudian cambios en presión y moles. Cuando se estudian cambios en temperatura y volumen, 5 Práctica de gráfica Construya una gráfica en un buen papel de gráfica de los datos a continuación. Temperatura ( C); x Altura (cm); y Comience la gráfica en 0.00 cm. y -300 C. (Recuerde que -300 y 0.00 cm no son puntos experimentales.) Trace la mejor linea recta y extrapole a 0.00 cm. Calcule la pendiente (m) de la linea (incluya las unidades) Calcule el intercepto en y (b) de la linea, (incluya unidades) El cero absoluto en C es igual a -b/m. Determine el valor del cero absoluto de su gráfica. Use la ecuación de su linea para determinar la altura de la columna a C. 6 2

3 Materiales y equipo Interfase de computadora Vernier Computadora-con programa de Logger Pro Sensor de Presión Vernier Sensor de temperatura Jeringuilla de gas de 20 ml Tubo de plástico y conector tipo Luer-lock Tapón de goma con válvula con dos salidas 7 Materiales y Equipo (continuación) Tubo fino Vaso grande (baño de maría) Erlenmeyer de 125 ml Plancha de calentamiento Hielo Probeta de 100 ml 8 Procedimiento 9 3

4 Ley de Boyle Prepare el sensor de presión y la muestra de aire para recopilar los datos. Conecte el sensor de presión en el canal #1 de la interfase. Con la jeringuilla desconectada del sensor lleve el pistón hasta la marca de 10.0 ml. Conecte la jeringuilla a la válvula del sensor de presión Prepare la computadora para recopilar los datos usando el experimento especificado para este experimento: 30 Pressure and Volume del archivo de Physical Science Computers. Active el programa para recopilar los datos y comience activando el botón de collect. Es recomendable hacer que una persona se encarge de mover la jeringuilla y que otra opere la comutadora. 10 Registro en la computadora 11 Registro de los datos y las gráficas 12 4

5 Ley de Charles Factores que tiene que tomar en cuenta con este procedimiento. Si comienza con agua fría, coloque el pistón de la jeringuilla en la marca de 0 ml. Esto permite que el volumen del gas aumente a mayor temperatura. La temperatura del agua no puede aumentarse más de grados de la temperatura inicial. i i Se coloca el sensor de presión para asegurarnos de que la presión del sistema se manteine constante. Para determinar el volumen total en el matraz se utiliza una probeta. El volumen estimado del tubo de goma desde el tapón hasta el sensor de presión es aproximadamente ~4 ml. Asegúrese que el sensor de presión está conectado al canal 1 y que el de temperatura al canal 2 de la interfase. 13 Ley de Charles (continuación) Monte el aparato de la figuar. Asegúrese que el cuello del matraz esté seco para que todos los tapones cierren herméticamente. El nivel del agua debe cubrir la parte donde se encuentra el gas confinado en la jeringuilla. Coloque el aparato que contiene la muestra de aire en un baño con hielo. Haga medidas de temperatura con el archivo 30c Gases de Advanced Chemistry with Vernier y lea el volumen en la jeringuilla. 14 Procedimiento alterno (Ley de Charles) Introduzca una gota de aceite en el tubo capilar usando una jeringuilla. La gota debe colocarse a ¼ de distancia por debajo de la apertura del tubo. Esto hace que se atrape una cantidad de aire en el tubo. Una el capilar con el termómetro con dos gomas de tal forma que se pueda leer la escala del termómetro [Recuerde que la escala del termómetro también se usará no solo para medir temperatura sino que también se usará para medir la altura de la columna de aire.] El lado sellado del capilar debe estar alineado con el inicio de la escala del termómetro. Anote el largo de la columna de aire y la lectura de temperatura directamente del termómetro. Ahora coloque el sistema en un baño con hielo hasta que la columna de aire esté completamente sumergida en el hielo, pero que la apertura del tubo esté sobre la superficie. Cuando la temperatura del termómetro se estabilice anote el largo de la columna de aire y la temperatura. Repita el procedimiento a temperatura de salón y en agua hirviendo (100ºC). 15 5

6 Tabla 1: Datos de Presión (kpa) y Volumen (ml) [Ley de Boyle] P, kpa ± kpa V, ml ± ml (P/V), kpa/ml PV, kpa-ml 16 Tabla 2: Datos de Temperatura (K) y Volumen (ml) [Ley de Charles] T, C ± C T, K ± K V, ml ± ml (T/V), K/mL 17 Tabla 3: Datos de Temperatura (K) y altura ( C)* [Ley de Charles] T, C ± C T, K ± K h, C ± C (T/h) * En caso de hacer el experimento conla altura de la columna de aire 18 6

7 Cálculos, Gráficas y Resultados 19 Análisis gráfico de los datos Haga las gráficas de Boyle y Charles usando los datos en las tablas 1 y 2. Las gráficas deben hacerese a mano para que aprenda a manejar los datos en la gráfica. Para informes posteriores podrá usar la computadora para la construcción de las gráficas, pero no en este. Use papel de gráfica Para que las medidas en la gráica sean lo más precisas posible la escala tiene que cubrir todo el papel. (Puede hacer una gráfica de prueba). Los valores (x, y) se marcan con pequeños puntos (puede circularlos para identificarlos mejor en la gráfica). En el caso de una curva dibuje una linea curva suave que una los puntos. En el caso de una linea recta trace la mejor recta a través de los puntos. Boyle: El eje vertical (ordinada o eje de y") representa la presión del gas en kpa. El eje horizontal (mantisa o eje de x") representa el volumen del gas en Litros. Charles: El eje vertical (ordinada o eje de y") representará volumen del gas (la altura de la columna de aire). El eje horizontal (mantissa o eje de x") representa la temperatura en grados Celsius. Los ejes deben incluir el cero y deben llegar hasta el valor máximo de temperatura y volumen (altura) que midió. Extrapole hasta el punto (0) del volumen (altura). Recuerde que el intercepto en el eje de temperatura es su valor estimado del cero absoluto. Temperatura dondev es cero de la gráfica es: ºC 20 Gráfica de Ley de Boyle 21 7

8 Gráficas de datos para Ley de Charles 22 Discusión y Conclusiones 23 Preguntas guías Interpretación de los Datos Diga si el comportamiento de su muestra de gas siguió las Leyes de Boyle y de Charles. Explique su respuesta discutiendo las características relevantes de sus gráficas. Ustilce la gráfica para encontrar la constante de proporcionalidad k y k. Demuestre sus cálculos y recuerde las unidades. Boyle PV = k Charles V = k T. Compare el valor de las constantes k y k y asocie dichas constantes con parámentros físicos que se incluyen en la ley de gases ideales. Calcule el % de diferencia del valor del cero absoluto estimado de la gráfica con el valor teórico ( ºC) Explique la diferencia en forma razonable. % de diferencia =[ ( teórico experimental ) / teórico] x