DENSIDAD Y PESO MOLECULAR DEL AIRE1.- OBJETIVOS-El objetivo de nuestra experiencia es determinar la densidad y peso molecular aparente del aire de manera experimental, esto es, con la medicin de masas de aire a distintas temperaturas contenido en un recipiente de volumen y presin constante

2.- FUNDAMENTO TERICO

DENSIDAD DEL AIRE

La densidad de cualquier cuerpo sea slido, lquido o gaseoso expresa la cantidad de masa del mismo por unidad de volumen (d=m/v). Esta propiedad en el aire es en principio mal asimilada por poco intuitiva, pues es cierto que la densidad del aire es poca si la comparamos por ejemplo con la del agua, pero es precisamente esta diferencia lo que hace el vuelo posible. Dado que con la altura cambian la presin y la temperatura, para saber cmo cambia la densidad nada mejor que ver cmo afecta a esta las variaciones de presin y temperatura. Si se comprime, una misma masa de gas ocupar menos volumen, o el mismo volumen alojar mayor cantidad de gas. Este hecho se conoce en Fsica como ley de Boyle: "A temperatura constante, los volmenes ocupados por un gas son inversamente proporcionales a las presiones a las que est sometido". De esta ley y de la definicin de densidad dada, se deduce que la densidad aumenta o disminuye en relacin directa con la presin.

ECUACIN GENERAL DE LOS GASES IDEALES

Para una misma masa gaseosa, podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presin y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

PROCESOS GASEOSOS RESTRINGIDOS Procesos realizados mientras se mantiene constante la masa del gas, y uno de sus otros 3 factores: Volumen, Temperatura o Presin.

LEY DE BOYLE-MARIOTTE

Tambin llamado proceso isotrmico. Afirma que, a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presin:

LEYES DE CHARLES Y GAY-LUSSAC

Procesos realizados mientras se mantiene constante la masa del gas, y uno de sus otros 3 factores: Volumen, Temperatura o Presin.

LEY DE LOS GASES IDEALES

Los gases ideales son gases hipotticos, idealizados del comportamiento de los gases reales en condiciones corrientes. As, los gases reales manifiestan un comportamiento muy parecido al ideal a altas temperaturas y bajas presiones. Los gases ideales se encuentran en un estado homogneo, tomando la forma y el volumen del recipiente que lo contenga. Sus molculas se encuentran muy separadas unas de otras, por tanto el gas se puede comprimir o expandir con facilidad. Empricamente, se pueden observar una serie de relaciones entre la temperatura T, la presin P y el volumen V de los gases ideales.

Donde:

P = indica la presin del gas.

V = indica el volumen del gas.

n = es el nmero de mol-gramos del gas.

R = la constante de los gases.

T = la temperatura del gas.Esta ecuacin de estado rene las leyes anteriores, expresando la relacin que existe entre las magnitudes relevantes en los gases ideales, y describe satisfactoriamente el comportamiento de los gases en condiciones bajas presiones y altas temperatura

3.- DATOS3.1 DATOS EXPERIMENTALESDatos experimentales:

# de medicin123456

Temperatura(C)21.123342526580

Masa del sistema (g)112.2682112.2649112.2625112.2571112.2481112.2447

Masa(Erlenmeyer + tapn + agua)Presin del trabajoTemperatura de trabajoDensidad del agua(de tablas)

260.4 g760mmHg21.12C0.9980g/ml

4.-TRATAMIENTO DE DATOS:De la ecuacin: (1) Tenemos que el producto PV es constante, el peso molecular no vara tampoco ya que la proporcin de las componentes del aire no se modifica entonces es una ecuacin que solo depende del cambio de la temperatura y como este afecta a la masa del aire.La masa total del sistema es: MTOTAL=M (ERELEMEYER+TAPON) + MAIRE (2)Realizando algunos ajustes a la expresin, reemplazando en (2) la ecuacin (1):

MTOTAL=M (ERELEMEYER+TAPON) + (P.V.MAIRE)/R.T Y = a + b (1/T)

Usando ajustes de mnimos cuadrados para la recta Y = a + b (1/T):YXX.YX2

M total1/T(M total)( 1/T)(1/T)2

112.26823.4013 x 10-3381.8578 x 10-31.1568 x 10-5

112.26493.2679 x 10-3366.8704 x 10-31.0679 x 10-5

112.26253.1746 x 10-3356.3885 x 10-31.0078 x 10-5

112.25713.0769 x 10-3345.4038 x 10-30.9467 x 10-5

112.24812.9585 x 10-3332.0860 x 10-30.8752 x 10-5

112.24472.8328 x 10-3317.9667 x 10-30.8024 x 10-5

y x x.y X2

673.545518.712 x 10-32100.5732 x 10-35.8568 x 10-5

Reemplazando los datos de la tabla:673.5455= a (6) + b (18.712 x 10-3)2100.5732 x 10-3= a (18.712 x 10-3) + b (5.8568 x 10-5)a=112.1210b=43.9696Se obtiene la ecuacin lineal: Y=112.1210 + 43.9696 XHallando el volumen del Erlenmeyer:M1 (recipiente/agua)= 260.4g m(recipiente/agua)=(m1+m2)/2=260.5gM2 (recipiente/agua)=260.6g M (agua)= m (recipiente/agua)-m (recipiente/tapn) M (agua)=260.5g-112.12g=148.38g

El volumen que ocupa el agua es igual al volumen del aire encerrado con el tapn

= V (AIRE)

V(AIRE)=V(H2O)=148.38g/(0.9980g/ml)=148.67mlComparando con la ecuacin de la recta tenemos:b= (P.V.MAIRE)/R MAIRE= b.R/P.VMAIRE= (43.969g.K). (62.4mmHg.L.K/mol)/ (760mmHg). (148.67ml)MAIRE=24.28 g/molHallando el error (%) respecto a lo terico:

Error(%)=[(28.98-24.28)/28.98].100%Error (%)=16.2%Con los datos experimentales, hallamos la densidad del aire a las temperaturas a las que se desarrollaron la experiencia.

5.- DISCUSIN DE RESULTADOS: La disminucin de masa de aire dentro del erlenmeyer es debido que al aumentar la temperatura de las molculas de aire tiene mayor separacin saliendo as del recipiente por ende disminuye el nmero e moles en este. Segn nuestros resultados, encontramos que a medida que aumentamos la temperatura, la masa total del sistema disminuye, eso quiere decir que lo que disminuye es la cantidad de aire presente en el Erlenmeyer, tambin encontramos que la densidad del aire disminuye de acuerdo aumente la temperatura; se esperaban estos resultados porque de acuerdo a la ecuacin (1) hemos mantenido tanto la presin, volumen y peso molecular del aire constante por lo que la masa del aire y la temperatura son inversamente proporcionales, otra forma de verlo sera que al aumentar la temperatura, el aire que se encuentra adentro del Erlenmeyer tiene mayor presin que la del exterior eso conlleva a que haya una menor cantidad de aire dentro del Erlenmeyer. Comparando el resultado obtenido del peso molecular con el terico, obtuvimos un porcentaje de error de 16%, este error alto se debe al enfriamiento del Erlenmeyer al sacarlo del bao termosttico, tambin se debe al momento de secar el Erlenmeyer, ya que el trapo estaba a temperatura ambiente y tambin por el tiempo que se tiene que esperar para pesar el Erlenmeyer. Cuantitativamente hemos podido notar que al calentar el Erlenmeyer (aumentando la temperatura) la densidad del aire iba disminuyendo inversamente a la temperatura que aumentaba. Tambin se observ que al invertir la temperatura (1/T) la ecuacin tiende a ser una recta ya que la densidad y la temperatura son inversamente proporcionales.

6.-CONCLUSIONES: En este laboratorio se concluye que la temperatura es inversamente proporcional tanto a la masa y a la densidad del aire. Con este mtodo se puede hallar el peso molecular y como varia la densidad a distintas temperaturas pero no de una manera muy precisa. Se observ con los datos obtuvimos que la temperatura y la densidad son inversamente proporcionales. En la ecuacin de Van Der Waals se apreci que los parmetros a y b, donde se asume que las partculas o molculas que conforman el gas son esferas duras y pequeas de dimetro, donde b es el volumen disponible para que se mueva el gas mientras que a contiene la contribuciones de las fuerzas intermoleculares por la unidad de volumen al cuadrado. La ecuacin de Van Der Waals fue ms precisa al utilizar los datos en ella ya que en ella se tiene en cuanta las interacciones moleculares a comparacin de la ecuacin del gas ideal. Mediante PV=RTN se pudo obtener el error relativo de la masa ya que PV se mantena constante obteniendo como grafica una recta. Error Relativo de la masa del aire = 16% Se pudo obtener mejores resultados cuando el gas se encontraba en su estado crtico o cuando PV permaneca constante.

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Laboratorio de Fsico-Qumica IPgina 7