8/13/2014. 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 sensores de: presión y una jeringuilla para determinar la presión de una muestra de aire a distintos volúmenes. temperatura y vulvo para determinar el volumen a distintas temperaturas. Manejar los datos experimentales para generar una gráfica correctamente. Para el sistema estudiado, predecir la presión y la temperatura en cualquier volumen y vice versa. Describir la relación entre presión-volumen y temperaturavolumen en palabras y con su 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 7 Materiales y equipo Interfase de computadora Vernier Computadora y programa de Logger Pro SensoresVernier de: Presión Vernier temperatura Jeringuilla de gas de 20 ml Tubo de plástico y conector tipo Luer-lock Tapón de goma con válvula con dos salidas 8 Materiales y Equipo (continuación) Tubo fino (capilar) Vaso grande (baño de maría) Erlenmeyer de 125 ml Plancha de calentamiento Hielo Probeta de 100 ml Termómetro O Regla Tubo capilar vulvo termómetro 9 3

4 Procedimiento 10 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 inter-fase. 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 encargue de mover la jeringuilla y que otra opere la computadora. (Se hará por mesa). 11 Registro en la computadora 12 4

5 Registro de los datos y las gráficas 13 Ley de Charles Procedimiento (Opción #1) 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 0.0 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. Se coloca el sensor de presión para asegurarnos de que la presión del sistema se mantiene 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. 14 Ley de Charles (continuación opción # 1) Monte el aparato de la figura. 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 withvernier y lea el volumen en la jeringuilla. 15 5

6 Procedimiento Opción # 2a (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). 16 Procedimiento Opción # 2b (Ley de Charles) Sumerja el bulbo de plástico y ¾ partes de la punta conlaregladentrodeaguafría(hieloyagua)de3a 5 minutos. Sin sacar el bulbo del agua introduzca una gota de agua coloreada tubo de la punta usando una jeringuilla. La gota debe colocarse lo más cercana a la entrada del bulbo sin que caiga agua dentro del mismo. Esto hace que se atrape una cantidad de aire dentro del bulbo. Sin sacar el bulbo del agua lea la distancia A a B a dos sitios decimales (vea figura). Anote la temperatura del baño. Prenda la plancha y manténgala en el número 3. Cuando la temperatura haya aumentado de 6 8ºC anote la distancia de la gota coloreada y la temperatura. Repita el procedimiento hasta una temperatura no mayor de 50ºC 17 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 18 6

7 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 19 Tabla 3: Datos de Temperatura (K) y altura ( C)* [Ley de Charles] Temp ( C) Temp (K) h (mm) V (ml) = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = = mm x 0.01 ml/mm ml = 20 Tabla 3: Datos de Temperatura (K) y altura ( C)* [Ley de Charles] T, C ± C T, K ± K h, mm ± mm conversión 0.01mL/mm ml V (ml) ± ml V/T (T/V), K/mL * En caso de hacer el experimento con la altura de la columna de aire 21 7

8 Cálculos, Gráficas y Resultados 22 Análisis gráfico de los datos Haga las gráficas de Boyle y Charles usando los datos en las tablas 1 y 2. Las gráficas deben hacerse 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 gráfica 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 línea curva suave que una los puntos. En el caso de una línea 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 (mantisa 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 donde V es cero de la gráfica es: ºC 23 Gráfica de Ley de Boyle 24 8

9 Gráficas de datos para Ley de Charles 25 Discusión y Conclusiones 26 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. 27 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. Resultados Compare el valor de las constantes k y k y asocie dichas constantes con parámetros 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 100 9