LEYES DE CHARLES GAY LUSSAC

I. OBJETIBOS

1.1. OBJTIVO GENERAL Determinar la recta lineal de la ley de los isocoras mediante la grfica de T vs P.

1.2. OBJETIVO ESPECIFICO Comprobar experimentalmente la ley de Charles y Gay-Lussac. Analizar con base en grficos obtenidos a partir de los datos experimentales de temperatura y volumen, qu tanto se ajusta el aire al comportamiento ideal a las condiciones de trabajo en el laboratorio.

II. MARCO TEORICO

2.1. LAS LEYES DE LOS GASESEn el siglo XVII comenz a investigarse el hecho de que los gases, independientemente de su naturaleza, presentan un comportamiento similar ante los cambios de presin y temperatura. De estos estudios y otros posteriores surgieron las leyes de los gases.

2.1.1. LEY DE BOYLE

Las propiedades del aire y de la presin atmosfrica fueron ampliamente investigadas por el irlands Robert Boyle. El dispositivo que us para estudiar la compresibilidad de los gases era muy sencillo. Consista en un largo tubo de vidrio doblado en forma de jota y cerrado por el extremo ms corto. Boyle verti mercurio por el brazo ms largo e, inclinando un poco el tubo para que el aire pasase de ese extremo al cortoconsigui que el mercurio quedara a la misma altura en ambos lados. De es modo la presin del aire encerrado se igualaba a la atmosfrica. A esta presin P1 le corresponda un volumen V1. posteriormente, Boyle sigui aadiendo mercurio hasta que la diferencia de altura entre los dos brazos fue de 76 cm. E estas condiciones, la presin sobre el brazo pequeo, P2, se haba incrementado en 1 atm, es decir se haba duplicado hasta 2 atm y el volumen ocupado por el aire encerrado ,V2, se haba comprimido hasta la mitad con respecto al inicial.

A Temperatura constante, el volumen que ocupa una masa de gas e inversamente proporcional a la presin que ejerce dicho gas sobre la paredes del recipiente que lo contiene.Matemticamente, esta Ley puede expresarse de la siguiente forma:

(Ecuacin de una hiprbola donde K es la constante de proporcionalidad)Si consideramos un mismo gas en dos condiciones diferentes se obtiene:

Segn esto, otro enunciado de la Ley de Boyle sera:A temperatura constante, el producto de la presin por el volumen de una masa de gas permanece tambin constante.A temperaturas y presiones no excesivamente altas, la mayora de los gases cumplen esta ley.

2.1.2. LEY DE CHARLES Y GAY- LUSSAC

A comienzos del siglo XIX haba mucha aficin a volar en globos aerostticos. Charles fue uno de los pioneros en este tipo de vuelos y realiz numerosas investigaciones sobre el calentamiento de volmenes de gases. Las conclusiones que obtuvo le llevaron a publicar una ley que relacionaba volmenes con la temperatura. Sus conclusiones fueron corroboradas por su compatriota Guy - Lussac para una amplia muestra de gases, por eso la Ley de Charles tambin es conocida como Ley de Gay- Lussac.Observaron que, al aumentar 1C la temperatura de un gas, se produca un aumento o dilatacin de 1/273 por cada unidad de volumen. Es decir, si tenemos un volumen Vo a una determinada temperatura y la aumentamos 1C, el nuevo volumen ser:

Si la temperatura aumenta en t grados

Si consideramos el mismo gas a dos temperaturas diferentes (t1 y t2) , sus volmenes sern:

Si en lugar de considerar la escala centgrada de temperaturas t, consideramos la nueva escala T en la que T= t + 273, podemos escribir:

A presin constante, el volumen de una masa de gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. (V = K T que es la ecuacin de una recta de pendiente K).

ESCALA ABSOLUTA DE TEMPERATURAS O ESCALA KELVIN

Para una masa determinada de gas y a una presin fija, al representar las relaciones volumen- temperatura obtenida el resultado ser una recta. Si a continuacin cambiamos la presin y volvemos a representar la nueva relacin volumen- temperatura, obtendremos otra recta de distinta pendiente. Lord Kelvin, observ que al prolongar las distintas rectas hacia un hipottico volumen cero, todas se encontraban en un punto comn: - 273C.Como la disminucin del volumen de una masa de gas no puede ir ms all de cero, esa temperatura constituye un lmite conocido como cero Kelvin (0 K) o cero absoluto.

La escala absoluta de temperaturas en la que T = t + 273 se denomina escala Kelvin.

2.1.3. LEY COMBINADA DE LOS GASES IDEALES

Los gases que cumplen perfectamente las Leyes de Boyle y de Charles y Gay - Lussac reciben la denominacin de gases ideales. Los gases reales se aproximan al estado ideal cuando se encuentran a muy bajas presiones, sin embargo,el modelo de gas ideal constituye una aproximacin vlida para su descripcin:

Qu ocurre si las tres magnitudes que definen el estado de un gas (P, V, T) varan?Supongamos que las condiciones iniciales de un gas ( P1, V1, T1 ) cambian a otras condiciones con ( P2,V2,T2 ).Podemos imaginar el proceso como si fuese la suma de dos procesos continuados:

Primer proceso: Variacin a temperatura constante desde el estado inicial (P1, V1, T1) hasta uno intermedio ( P2, V, T1 ). Aplicando la Ley de Boyle

Segundo proceso: Variacin a presin constante desde el estado intermedio ( P2, V, T1 ) hasta el estado final ( P2, V2, T2 ). Aplicando la Ley de Charles y Gay-Lussac

Combinando las dos expresiones anteriores obtenemos:

que es la ecuacin de la ley combinada de los gases ideales.

2.1.4. ECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALESSe observa que para un mol de cualquier gas la constante a P= 1 atm y 273K vale , valor conocido como constante molar de los gases y que simbolizamos como R. Si consideramos un nmero cualquiera de moles (n) de gas ideal, entonces:

La relacin es la llamada ecuacin general de los gases ideales. A partir de elle podemos deducir otra expresin que nos resultar muy til:

2.2. LEY DE AVOGADRO Y VOLUMEN MOLAR

En muchas ocasiones, los trabajos tcnicos y experimentales se efectan en condiciones normales C.N de presin y temperatura, es decir, a 1 atm de presin (101293 Pa) y 273 K (0C) de temperatura.En estas condiciones, 1 mol de cualquier gas ocupa un volumen de 22,4 l, dato que conocemos como volumen molar de los gases, y que corrobora la Ley de Avogadro que ya vimos anteriormente (volmenes iguales de gases diferentes medidos en iguales condiciones de presin y temperatura contienen el mismo nmero de molculas)Condiciones normales P=1 atm , T=0C=273 KCondiciones estndar P=1 atm; T=25C=298 K

2.3. LEY DE DALTON PARA LAS PRESIONES PARCIALES

Las leyes de los gases pueden aplicarse tanto a sustancias gaseosas como a mezclas de gases que no reaccionan entre s.As, para una mezcla: (P=presin total; V=volumen total; nT =nmero total de moles; T=temperatura de la mezcla)

Pero, cmo se comporta cada gas en la mezcla? Experimentalmente se observa que debido a la gran capacidad de difusin de los gases, cuando se mezclan, cada uno se comporta como si ocupase la totalidad del volumen del recipiente que los contiene. Por ello, cada gas ejerce la misma presin que si ocupase l solo todo el recipiente a la temperatura de la mezcla.Si tenemos una mezcla formada por nA moles del gas A; nB moles del gas B; nC moles del gas C.las presiones de cada gas cumplirn:

PA: Presin parcial de A PB: Presin parcial de B PC: Presin parcial de C

El comportamiento de las mezclas de gases queda descrito en la Ley que enuncin Dalton en 1801:

La presin de una mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales de todos los gases que la componen, siendo la presin parcial de cada gas la que ejercera si ocupase, aisladamente, el volumen total de la mezcla a la misma temperatura P=PA+PB+PC

III. PRESENTACION DE LOS RESULTADOS

3.1. MATERIALES

Manguera Wincha Agua Probeta de 250 ml Jarra Soporte Universal Matraz Termmetro digital Globo Termo elctrico

3.2. PROCEDIMIENTO

3.2.1. LEY DE LAS ISOCORAS (V = CTE)

Para elaborar esta practica se llen en el matraz agua para sacar el volumen constante, una ves que se encontr el volumen constante se vaci toda el agua y de ah ponerle un tampn y colocarle una manguerita con agua en la boquilla de salida para sacar las presiones, una vez armado todo se coloco el matraz en una bandeja para ir metiendo agua hervida poco a poco y as se sac las presiones Absolutas en el laboratorio.

Cuadro de resultados Vo = 336mlP. Abs= P.atm + P. manT CT K = T C + 273.15

P1 = 1 atmP2 = 1.0041 cm.c.aP3 = 1.0079 cm.c.aP4 = 1.0128 cm.c.aP5 = 1.0303 cm.c.aT1 = 26.8 CT2 = 28.2 CT3 = 29.2 CT4 = 30.3 CT5 = 34.9 C

299.95 K301.35 K302.35 K303.45 K308.05 K

CLCULOS PARA RELLENAR EL CUADRO

Para las presiones absolutas (P.abs = P.atm + P.man) 1 atm = 1035.3 cm.c.a-P1 = 1 atm-P2 = = 1.0041 cm.c.a-P3 = = 1.0079 cm.c.a-P4 = = 1.0128 cm.c.a-P5 = = 1.0303 cm.c.a*Para las temperaturas -T1 = 273.15 + 26.8 = 299.95 K-T2 = 273.15 + 28.2 = 301.35 K-T3 = 273.15 + 29.2 = 302.35 K-T4 = 273.15 + 30.3 = 303.45 K-T5 = 273.15 + 34.9 = 308.05 K

GRAFICA DE T vs P

IV. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Segn P.W. Atkins (2006), a la vez se puede confirmar que la relacin entre temperatura y presin de una muestra de gas a volumen constante y observ que cuando se aumentaba la temperatura la presin tambin aumentaba y que al enfriar la presin disminua. Es decir, la presin es directamente proporcional a la temperatura: Si la temperatura aumenta, la presin aumenta. Y a la vez si la temperatura disminuye, la presin disminuye. Segn I.N. Levine (2004), as mismo podemos confirmar de la grfica, una lnea recta hecha de la ley de iscoras calculado experimentalmente en el laboratorio, esta grafica nos dio una regresin lineal de 0.98 la cual cumple con los parmetros establecidos del autor. T. Engel (2006), Afirma que la ecuacin de la grafica, respecto a la lnea recta hecha de la ley de isocoras calculado experimentalmente en el laboratorio, la grafica arrojo el siguiente resultado en la ecuacin y=262.16x + 37.983 la cual cumple con el parmetro establecido con el autor.

V. CONCLUSIN

Asimismo se concluye que al graficar la presin y la temperatura se determin una recta lineal que cumpli con los parmetros establecidos del autor.

Se puede concluir que se comprob experimentalmente en el laboratorio la Ley de Charles o ley de Gay Lussac. Y para culminar se concluye que la presin es directamente proporcional a la temperatura, es decir si la temperatura aumenta la presin tambin aumentar.

VI. BIBLIOGRAFIA- P.W. Atkins, J. De Paula,PHYSICAL CHEMISTRY, 8th Edition, O.U.P., 2006. Pg 34 - 40- I.N. Levine,FISICOQUIMICA, 5 Edicin, McGraw-Hill, 2004.Pg 154 161- T. Engel, P. Reid,QUIMICA FISICA, Pearson, 2006. Pg 67 - 74