Practica 4
Equipo 2
Grupo 25
30/09/10

RELACIÓN PRESIÓN-VOLUMEN PARA UN SISTEMA GASEOSO

Objetivo
Estudiar la relación que existe entre la presión y el volumen de un sistema gaseoso (aire).

Resumen de exposicion
Resumen:
Edme Mariotte (1620 - París; 12 de mayo de 1684), abad y físico francés.
Estudió la compresión de los gases y llegó a descubrir la ley hoy conocida como ley de Boyle - Mariotte: A temperatura constante, el volumen de un gas es proporcional al inverso de la presión. Dicho de otro modo, el producto de la presión por el volumen es constante cuando la temperatura no varía
Robert Boyle , (* Waterford, 25 de enero de 1627 - Londres, 30 de diciembre de 1691) fue un filósofo natural, químico, físico e inventor irlandés, también conocido por sus escritos sobre teología. Se le conoce principalmente por la formulación de la ley de Boyle. Es ampliamente considerado hoy como el primer químico moderno, y por lo tanto uno de los fundadores de la química moderna, a pesar de que su investigación y su filosofía personal tuvieron claramente sus raíces en la tradición alquímica. Entre sus trabajos, The Sceptical Chymist (El químico escéptico) esta considerado como una obra clave en la historia de la química.

Las leyes de los gases

Ley deBoyle y Marriote : En un estudio que se realizó en 1662 sobre el comportamiento físico de los gases, el químico inglés Robert Boyle (1627-1691) comprobó que el volumen (V) de una cantidad dada de gas a temperatura constante es inversamente proporcional a su presión(P).
V α 1/P
PV = κ
(T,n) constantes

Ley de Charles y Gay Lussac: Sus estudios demostraron que a presión constante, el volumen de una muestra de gas se dilata cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Entonces a presión constante el volumen de una cantidad dada de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta.

Ley de gay lussac Ley de Charles
V α T P α T
V/T = κ P/T = κ
(P,n) constantes (V,n) constantes

Ley de Avogadro: propuso que volumenes iguales de gases a la misma temperatura y presión contienen el mismo número de moléculas esto significa que:

V α n
V/ n = κ
(T,P) constantes

La union de estas tres leyes nos dan:

PV = nRT

Condiciones de la hipótesis de Avogadro

P= 1 atmT= 273.15 K V= 22.4L n=1mol

Donde R es una constante de proporcionalidad (0.082 L·atm·mol-1·K-1constante del gas) y a esta ecuación se le conoce como “Ecuación de los gases ideales” proporciona las relaciones matematicas entre las propiedades que definen el estado de un sistema como P, T, y V.

Gas Ideal: Es un modelo; se trata de un gas Hipotético descrito por la ecuación de estado vista previamente. Esta compuesto por particulas puntuales ( es decir de masa y volumen despreciables), no hay interacción entre las partículas y considera la teoría cinetico-molecular. Las condiciones de un gas ideal son

Temperaturas = altas
Presión = baja
Puntos importantes de la exposición de la practica

La presión es la fuerza aplicada por unidad de area y esta dada por ciertas unidades tales como:
1 Pa = N*m-2 1 atm= 1.013*105 Pa
1 bar = 1*105 Pa 1.01325 bar= 760 torr ó mmHg
La fluidostatica de la presión que ejerce un fluido sobre las paredes donde esta contenido al estar estatico.
La presión manométrica de un fluido esta dada por : Pman =ρLM*g*hLM donde LM es líquido manométrico.
La presión atmosférica se da gracias a la presión ejercida por el aire (En el D.Fregularmente es de 0.7 atm o 560-585 mmHg)
La presión absoluta es en una posición dada y nunca es negativa. La presión absoluta sera cero cuando no hay choque entre moléculas, es decir su energía cinética es igual a cero. La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica.
La presión de vacío es cuando la presión manométrica (dentro del sistema) es menor a la atmosférica. Se puede medir con un barómetro o un manómetro de mercurio.
Pvacío < Patm
Torricelli ideó un experimento que consistía en sumergir en mercurio dos tubos de vidrio invertidos de tal manera que llegaban a la misma altura = 760 mmHg = 1 atm (al nivel del mar
Pascal- la presión aplicada a un punto de un fluido, estatico, incompresible y cerrado en un recipiente, se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido. ( la presión del líquido es la misma en todas partes)
La presión ejercida por un gas es gracias al choque de las moléculas en la pared del recipiente donde estan contenidas.

Constantes Proporcionalidad
T y P V α n (AVOGADRO)
V y n T α P (GAY LUSSAC)
P y n V α T (CHARLES)
T y n P α 1/V (BOYLE)

Problema
Determinar la relación que existe entre la presión y el volumen, para un gas modelo
ideal que se encuentra en un sistema cerradoa temperatura constante.

Material y reactivos
Equipo para la determinación de la relación P-V como el que se muestra en la figura
1 manómetro en U de rama cerrada con mercurio.
1 regla.

Medidas de seguridad
• Investigar características, propiedades y factores sanitarios del azogue, hidrargirio o
mercurio.
• Investigar que es el hidrargirismo

Procedimiento experimental
El sistema de trabajo es el aire atrapado en la rama cerrada del instrumento.
Clave 1212
1. Desplazar cualquiera de las ramas del manómetro hacia arriba o hacia abajo para modificar
tanto el volumen como la presión del gas. Cada vez que se modifique el estado del gas, se
debe esperar unos minutos para que el sistema alcance nuevamente el equilibrio térmico con
sus alrededores y se pueda realizar la lectura manométrica.
2. Medir la altura (H) del gas dentro del cilindro para determinar su volumen.
3. Modificar el estado del gas por lo menos 10
veces y completar la información solicitada en las siguientes tablas:

Manejo de datos
Presión atmosférica local =57.94 cmHg
Temperatura ambiente =
Diametro de tubo =0.5 cm

Tabla 1.Datos experimentales

Datos experimentales
H ( ) V ( ) ha hc
Pabs > Patm 27.9 5.47 41.3 30.4
29.3 5.75 39.8 31.2
29.6 5.81 39.4 32.430 5.89 38.9 32
31.9 6.26 36.8 33.8
Pabs = Patm 33 6.48 36.3 35.3
Pabs < Patm 36.1 7.08 34.8 38.9
37 7.16 34.1 41.3
38 7.46 33.6 40.9
38.2 7.50 33.7 41.2
38.9 7.63 33.9 41.8

Analisis de la Practica

En el experimento las variables que permanecen constantes son la temperatura, el diametro del manómetro y la presión atmosférica (que en una misma hora y a una altitud establecida no varía de manera abrupta)
Se destacan aspectos importantes que varían dentro de el sistema utilizado; estos aspectos son el volumen y la presión ya que

Grafica P vs V
V ( ml ) Pabs (atm)
Pabs > Patm 5.45 0.8753
5.47 0.9053
5.81 0.8543
5.89 0.8523
6.26 0.8013
Pabs = Patm 6.48 0.7623
Pabs < Patm 7.63 0.6593
7.46 0.6663
7.5 0.6643
7.08 0.7093
7.26 0.6683

Grafica V vs P
Pabs (atm) V ( ml )
Pabs > Patm 0.8753 5.45
0.9053 5.47
0.8543 5.81
0.8523 5.89
0.8013 6.26
Pabs = Patm 0.7623 6.48
Pabs < Patm 0.6593 7.63
0.6663 7.46
0.6643 7.5
0.7093 7.08
0.6683 7.26

Grafica V vs 1/P

1/P (1/atm) V ( ml )
Pabs > Patm 1.142 5.45
1.104 5.47
1.17 5.81
1.614 5.89
1.563 6.26
Pabs = Patm 1.524 6.48
Pabs < Patm 1.421 7.63
1.428 7.46
1.426 7.5
1.471 7.08
1.43 7.26

Conclusiones:

1 La relación que existe entre el volumen y la presiónde un sistema se puede ver representado por una hipérbola al graficarlo, en donde se puede notar que mientras aumenta la presión del sistema, su temperatura disminuye, y esto se da porque las partículas se compactan o se encuentran mas cerca entre ellas ya que se esta empleando mas presión en ellas, provocando este cambio de volumen. De mismo modo, y de manera inversa, si el volumen aumenta, la presión disminuye. Es importante tomar en cuenta tanto la presión del sistema como la que ejerce la atmosfera o los alrededores correspondientes sobre él. Las diferentes ecuaciones empíricas de los gases nos ayudan a ver estas relaciones y a interpretarlas.

2
Al medir la presión y el volumen interno del manómetro pudimos darnos cuenta de como es la relación presión volumen ya que cuando es mayor la presión el volumen es menor y viceversa cuando el volumen es grande la presión es menor eso quiere decir que la presión es inversamente proporcional al volumen y si lo graficamos obtendremos una hipérbola que nos muestra esta relación. También al hacer distintas graficas en unas podemos observar que se obtienen valores constantes y nos da mas idea de como funciona este tipo de relaciones.
Bibliografia
Wikipedia
Fisicoquímica, Raymond Chang, Ed 2008 Mc Graw Hill