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Universidad Nacional de Ingeniería
Primer Laboratorio de Físico-Química
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería de Petróleo,
Gas Natural y Petroquímica
INFORME DE LABORATORIO
Título del Laboratorio: GASES Y LEY CERO
Curso : FISICOQUÍMICA 1
Sección : “A”
Integrantes de Grupo:
Martel Vásquez Sandro Emilio
Pinto Herrera Piero Francisco
Ramoz Borjas Rafael Alexander
Docente : Ing. Amador Eudocio Paulino Romero
2011
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Primer Laboratorio de Físico-Química
OBJETIVOS
GASES Y LEY CERO
El presente laboratorio tiene como principal objetivo fortalecer nuestros
conocimientos teóricos sobre las propiedades de los gases de forma sencilla y
aplicativa.
Realizar el estudio experimental de los distintos procesos
termodinámicos como el proceso isotérmico para una mezcla de
gaseosa de aire que sufre cambios de presión y volumen manteniendo la
temperatura constante y verificar la ley de Boyle.
El otro experimento a realizar es el proceso isócorico o también
llamado isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen
permanece constante V=cte. esto implica que el proceso no realiza trabajo.
También, es ver como se describe el estado de un gas y como sus
propiedades dependen de la condición en que se encuentre.
Lograr localizar mediante el proceso isócoro, el cero absoluto de
temperatura.
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MARCO TEÓRICO
Ley de Boyle-Mariotte
La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y EdmeMariotte, es una
de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas
mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la
presión:
donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen
aumenta. Deberá cumplirse la relación:
Esta ley es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para
procesos isotermos de una cierta masa de gas constante.
Ley de Charles y Gay-Lussac
La Ley de Charles y Gay-Lussac, o simplemente Ley de Charles, es una de las leyes de los gases
ideales. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una
presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa
Expresión algebraica
La ley de Charles es una de las leyes más importantes acerca del comportamiento de los gases, y ha
sido usada en muchas aplicaciones diferentes, desde para globos de aire caliente hasta en acuarios.
Se expresa por la fórmula:
Además puede expresarse como:
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MATERIALES
Tubo Neumometrico
Elermeyer y vaso Tapones
Líquido manométrico
Manguera de jebe
Soporte Universal
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MATERIALES
MecheroRecipiente para el baño maria
Termometro
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CÁLCULOS Y RESULTADOS
Datos del Laboratorio:
Patm: 760mmHg
Densidad de la acetona (ρacetona): 790Kg /m3
Presión de Vapor de la acetona a 20 °C (Pvacetona20°C): 185mmHg
Gravedad (g): 9.81m/s2
Para encontrar la presión a cada altura “h” utilizamos la siguiente relación:
Pgas = Patm+ (ρacetona).(g)(h)(750x10-5)-Pvacetona20°C
Entonces la presión a una altura “h” será:
Para h=15cm
Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(0.15)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg+8.7mmHg-185mmHg
Pgas=583.7mmHg
Para h=30cm
Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(0.30)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg+17.42mmHg-185mmHg
Pgas=592.42mmHg
Para h=45cm
Proceso Isotérmico:
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Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(0.45)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg+26.12mmHg-185mmHg
Pgas=601.12mmHg
Para h=-15cm
Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(-0.15)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg-8.70mmHg-185mmHg
Pgas=566.3mmHg
Para h=-30cm
Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(-0.30)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg-17.41mmHg-185mmHg
Pgas=557.59mmHg
Para h=-45cm
Pgas=760 mmHg+(790).(9.8).(-0.45)(750x10-5)mmHg - 185mmHg
Pgas=760 mmHg-26.12mmHg-185mmHg
Pgas=548.88mmHg
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Tabla del volumen del gas A respecto a cada presión
Volumen del gas A para “h=0”: 15.4ml
Altura de la ampolla
Presión del gas A
Δ de Volumen
Volumen del gas A
15 583.70mmHg -0.3 15.1ml
30 592.42mmHg -0.6 14.8ml
45 601.12mmHg -0.9 14.5ml
-15 566.30mmHg 0.2 15.6ml
-30 557.59mmHg 0.5 15.9ml
-45 548.88mmHg 0.8 16.2ml
Tabla de la desviación porcentual a la media PxV
Donde la desviación porcentual se calcula como:
Desviación porcentual (%) =
Donde la Media= =8814.957
PxV Desviación porcentual
8813.870 -0.012
8767.816 -0.534
8716.240 -1.119
8834.280 0.219
8865.681 0.575
8891.856 0.872
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Grafico P vs V:
540
550
560
570
580
590
600
610
14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6 15.8 16 16.2 16.4
Valores P
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Proceso Isocórico:
Datos experimentales:
Patm: 760mmHg
Temperatura Inicial: 26°C
Volumen inicial: 15.4ml
Tabla de resultados:
Temperatura en °C Temperatura en K Variación de Volumen (ΔV)
36 309 0.4ml
46 319 0.4ml
56 329 0.5ml
66 339 0.5ml
REALIZACION DE CÁLCULOS:
Considero como presión inicial = 760mmHg
Seguido calculamos:
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VA: volumen inicial del gas A.
VB: volumen inicial del gas B(volumen del Erlenmeyer).
VTA y VT
B : volumen de los gases A y B a T.
VTB = VB +∆ VT
A
∆VA: cambio de volumen de A.
Dónde:
P0t= Pb
t – P26ºCV =760mmHg –25.231mmHg=734.769mmHg
T°C PtA PTºC
V(presión de vapor
de agua a TºC)
Pbt = Pt
A + PTºC
V
26 734.769mmHg 25.231 760mmHg
36 754.36mmHg 44.613 798.973mmHg
46 775.030mmHg 75.749 850.779mmHg
56 802.5136mmHg 124.01 926.523mmHg
66 832.017mmHg 196.39 1028.407mmHg
T°C Vobservado del gas A Pt =P0t(V0 gas A)/Vobservado del gas A
26 15.4ml Pt =734.769x(15.4ml)/15.4 ml
=734.769mmHg
36 15ml Pt =734.769x(15.4ml)/15 ml
=754.36mmHg
46 14.6ml Pt =734.769x(15.4ml)/14.6ml
=775.030mmHg
56 14.1ml Pt =734.769x(15.4ml)/14.1ml
=802.5136mmHg
66 13.6ml Pt =734.769x(15.4ml)/13.6ml
=832.017mmHg
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Ahora se realizara el cuadro donde veremos la presión del gas B húmedo siendo el volumen
constante:
VB = volumen del balón=315 ml
T°C Pbt
∆VA
PBtv = Pb
t(VB+∆VA )/ VB
26 760mmHg 0.0ml 760mmHg
36 798.973mmHg 0.4ml 799.98mmHg
46 850.779mmHg 0.4ml 851.859mmHg
56 926.523mmHg 0.5ml 927.993mmHg
66 1028.407mmHg 0.5ml 1030.039mmHg
Ahora graficamos PAtvsVAt
720
740
760
780
800
820
840
13.4 13.6 13.8 14 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6
Presion PAt
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Ahora graficamos PBtvsVBt
Del grafico, vemos que TB (ºC) varia aproximadamente linealmente con Pbt , a través de la recta
que tiene por ecuación:
y = 6,750975 x+584.47465
que al compararlo con la expresión:
P = - POβt + PO
Tenemos que:
PO = 573,2mmHg
-POβ = 6.750975 β = -6.750975/573.2=-0.011
Ahora, hallaremos el valor del cero absoluto (-273.15ºC) CON LA INVERSA DE β:
Cero absoluto en °C es = -84.906
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
Valores de T°C
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OBSERVACIONES
A la temperatura de laboratorio en la que se
realizó el experimento, el aire es un gas
húmedo, ya que consta de dos fases, vapor y
gas seco.
El Erlenmeyer empleado en el proceso debe
estar completamente seco para poder iniciar el
procedimiento correspondiente.
Al momento de calentar el Erlenmeyer
debemos procurar tomar los datos de la
temperatura antes de que el agua en el vaso
precipitado llegue a su punto de ebullición.
Al elevar la altura de la ampolla de nivel, expuesta a la superficie,
la presión del agua se incrementa en el punto B por lo tanto
la presión del gas A también, por ello el volumen del gas a disminuye.
Al disminuir la altura de la ampolla de nivel, expuesta a la superficie, la presión del
agua se reduce en el punto B por lo tanto la presión
del gas A también, por ello el volumen del gas aumenta.
Proceso Isócoro:
Proceso Isotérmico:
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CONCLUSIONES
El gas que utilizamos en el experimento del proceso isotérmico cumple aproximadamente
la ley de Boyle, ya que con los cálculos realizados demostramos que el producto de PxV es
aproximadamente constante.
Se puede concluir también, que el volumen de una cantidad determinada de gas (gas A)
disminuye cuando la presión aumenta.
Al analizar la gráfica TB vs. Pbt, observamos el comportamiento es aproximadamente
lineal, existiendo una relación directa entre estas variables, lo cual concluimos que a
volumen constante (volumen del balón) nuestro gas en análisis tiende a cumplir la ley de
Gay Lussac, donde apreciamos un proceso isócoro.
Se verifican los hechos experimentales realizados en el laboratorio con la
teoría de los diferentes procesos estudiados como el isotérmico eisócoro pero con un
margen de error.
Sobre los errores cometidos en las mediciones se debe tener en cuenta que ningún
instrumento es exacto por lo tanto todo tiene un error, se debería haber utilizado
instrumentos más precisos pero por el tiempo brindado no nos fue posible
hacerlo al igual que la presión de vapor diverge un poco podríamos decir que tal
vez estuvo un poco húmedo el matraz.
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RECOMENDACIONES
• Tener puesto siempre los elementos de protección personal de laboratorio, en esta
práctica eran necesarios: el mandil blanco y los guantes.
• Evitar el escape del gas A. Verificar viendo si hay variación de volumen antes del inicio del
experimento
• No olvidar de medir el volumen del gas A al inicio
• Medir el volumen del Erlenmeyer. Colocar el tapón y marcar en el Erlenmeyer, la parte
inferior del tapón, luego llenarlo con agua hasta aquella marca y por ultimo echar el agua
en una probeta.
• Evitar que el Erlenmeyer este húmedo, por ello, el volumen de aire en este, debe ser
medido después de terminado el experimento.
• Para realizar las ecuaciones, tablas, etc. las presiones deben estar en base seca, es decir,
que a las presiones de gas húmedo (aire) se le debe restar la presión de vapor (a la
temperatura en que se encuentre el sistema en ese momento).
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BIBLIOGRAFIA
Fundamentos de fisicoquímica, tercera edición, Samuel H. Maaron, Carl F. Prutton, págs.
15-45
Fisicoquímica, segunda edición, Gilbert W. Castellan, págs. 53-59.
Principios de química: los caminos del descubrimiento, primera edición,PeterAtkins,
Loretta Jones, pág. 131.