INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

PRACTICA 2

APLICACIÓN DE PROCESOS QUIMICOS INDUSTRIALES

Objetivo

Determinar experimentalmente el coeficiente de expansión de los gases.

Introducción

Leyes de Boyle-Mariotte y de Charles y Gay-Lussac

La ley de Boyle-Mariotte, descubierta a mediados del siglo XVII, afirma que el volumen de un gas varía inversamente con la presión si se mantiene constante la temperatura. La ley de Charles y Gay-Lussac, formulada alrededor de un siglo después, afirma que el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta si la presión se mantiene constante.

Generalidades

Se dice que un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando sus variables presión temperatura y volumen tienen valores definidos.

Charles y Gay Lussac investigaron la expansión térmica de los gases y encontraron un aumento lineal del volumen con la temperatura (medida en la escala centígrada del mercurio), a presión constante y cantidad fija del gas que:

V=a+bt P.m constants

Donde a y b son constantes.

Cuando t= 0°C, se tiene a =Vo, donde Vo es el volumen del gas a 0°C y a presión constante. Luego V=Vo +bt. Si se define una nueva constante =b/Vo la ley de Charles resulta ser:

V=Vo+ Vot

Si el comportamiento de la temperatura frente al volumen de un gas, cumple con la ley de Charles, se puede definir la ecuación:

V=Vo(1+ t)

Donde:

Vo: Volumen inicial del gas ,medido a 0°C.

V: Volumen del gas medido a la temperatura.

T: Temperatura en grados centígrados.

=Coeficiente de expansión térmica.

Desarrollo experimental

Material

Soporte con arillo y tela de alambre

Pinza para bureta

Mechero de bunsen

Matraz erlenmeyer de 250ml

Tapón bihoradado para el matraz

Tubo de vidrio de 5mm de diámetro

Vaso de precipitados de 1000ml

Vaso de precipitados de 2000ml

Bureta para gases de 100ml

Termómetros de 0 a 150 °C

Probeta de 100ml

Manguera látex de 30cm

Procedimiento

1.- Montar el aparato. El ensamblaje se lleva a cabo de la siguiente manera:

Llenar los dos vasos con agua a 20 °C

Colocar el matraz dentro del baño de agua (vaso de 2000ml)

Introducir la bureta para gases dentro del vaso de 1000ml

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 ser aproximadamente 25 a 30ml.

3.- Calentar el baño de agua y tomar las lecturas del volumen dentro de la bureta (de la manera que se explica en el punto 2), por cada grado de elevación de la temperatura del gas hasta obtener de 15 a 20 pares de datos.

Tabla de datos experimentales

Se realizaron diecinueve mediciones de donde se obtuvieron los siguientes resultados:

Para la obtención de los valores requeridos solo se ocuparon ocho mediciones:

Cálculos y resultados

1.- Tabular los datos experimentales de volumen y temperatura, incluir una columna con el volumen total a las diferentes temperaturas.

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.

La formula es V = a + bt con P, m constantes donde a y b son constantes.

V = bt + a

Y = mx + a

m = 1.21.

a = 313.29

4.- Explicar a que corresponde la pendiente de la recta y volumen contra temperatura.

La pendiente de la recta corresponde al cambio de presión que ejerce el gas sobre el líquido, y aumentar la temperatura el volumen disminuye.

5.- Determinar el valor de .

 EXP = 3.57 x 10 -03

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  y para la temperatura del cero absoluto.

%Error= ((X-Xi)/X)*100= (((3.86 x 10 -03) -(3.57 x 10 -03)) / (3.86 x 10 -03))*100=

%Error= 7.51%

Conclusiones

En esta practica observamos algunas características de los gases, así como pudimos comprobar la ley de Charles y Gay Lussac quienes encontraron que el volumen aumenta proporcionalmente a la temperatura ocasionando una expansión del gas, en este caso el aire que se encontraba dentro del dispositivo aumento desplazando el liquido(agua). También observamos por medio de la grafica que conforme va aumentando la temperatura el nivel de agua de la bureta disminuye.

Bibliografía

-Elementos de fisicoquímica.

Glastone.

-Principios de Química.

P. y A.J. Sonessa.

Microsoft Encarta. 1993-2003

http://perso.wanadoo.es/cpalacio/ConstGases2.htm

http://personal2.iddeo.es/vegalonso/gases.htm