Practica 4 Constante R.pptx

PRÁCTICA 4: DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES Prof. Elizabeth K. Galván Miranda Prof. Ximena Villegas Pañeda Facultad de Química, UNAM Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases ObjeMvo general Determinar experimentalmente la constante universal de los gases, R, y el volumen molar del hidrógeno. Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Gas •  Estado de agregación de la materia en el que las moléculas están muy separadas entre sí. •  Las moléculas están en movimiento conMnuo y no son afectadas por interacciones intermoleculares. El estado gaseoso de una sustancia se puede definir al especificar: CanMdad de substancia (n) Volumen (V) Presión (P) Temperatura (T) Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Constante R •  La constante de los gases R aparece en muchas ecuaciones fundamentales PV = nRT
Gas ideal Ered
RT ared
=E !
ln
nF aox
!
red
Nernst J
R = 8.3144621
molK
energía temperatura y canMdad de sustancia Constante de proporcionalidad que relaciona la temperatura con la energía considerando 1 mol Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Leyes empíricas de los gases •  R es una combinación de constantes de las leyes de Boyle-­‐Mario[e, Charles, Gay-­‐Lussac y Avogadro ¿Qué quiere decir que sean “empíricas”? Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Ley de Boyle-­‐Mario[e •  Para un gas en un recipiente cerrado, la presión es inversamente proporcional al volumen manteniendo la temperatura y canMdad de sustancia constantes 1
P!
V
k
P=
V
PV = k
ecuación de estado T y n constantes isoterma Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Ley de Charles •  El volumen de un gas aumenta de forma proporcional al aumentar la temperatura manteniendo la presión y canMdad de sustancia constantes P y n constantes V !T
V = kT
V
=k
T
ecuación de estado isobara Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Ley de Gay-­‐Lussac •  Al aumentar la temperatura, la presión de un gas aumenta de manera proporcional manteniendo el volumen y canMdad de sustancia constantes P !T
P = kT
V y n constantes isocora P
=k
T
ecuación de estado Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Ley de Avogadro •  El volumen de un gas es directamente proporcional a la canMdad de sustancia manteniendo la presión y temperatura constantes V !n
V = kn
P y T constantes V
=k
n
ecuación de estado Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Superficie de todos los estados posibles (P,V,T) para una canMdad fija de sustancia (n constante) Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Boyle-­‐Mario[e PV = k
T y n constantes Charles V
=k
T
P y n constantes Gay-­‐Lussac Avogadro P
=k
T
V
=k
n
V y n constantes P y T constantes Combinando estas ecuaciones: PV = k ! nT
k=R
R es una constante de proporcionalidad y vale lo mismo para todos los gases Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Ecuación de los gases ideales PV = nRT
Es la ecuación de estado aproximada para todos los gases, cuando P  0 se hace más exacta Un gas que obedece está ecuación en todas las condiciones, es un gas ideal *  Temperatura absoluta *  Presión absoluta Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Hipótesis de Avogadro Un mol de gas ocupa un volumen de 22.4 L a 1 atm de presión y 0 °C ¿Cuánto vale R? R en diferentes unidades Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Problema •  Manteniendo constantes n, P y T, obtener experimentalmente la constante universal de los gases R y el volumen molar a parMr de la reacción entre Mg y HCl para producir H2 Mg(s) + 2HCl(ac) → MgCl2 (ac) + H2 ( g ) ↑
Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases DisposiMvo experimental Mg(s) + 2HCl(ac) → MgCl2 (ac) + H2 ( g ) ↑
Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases DisposiMvo experimental •  Determinar el valor de R •  Calcular el Vm del hidrógeno ¡ojo! Ley de Dalton de las presiones parciales Ptot= P1+P2+…+Pn (T y V ctes) Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Presión de vapor de agua t (ºC)
P / (kPa)
t (ºC)
P / (kPa)
4
0.81359
18
2.0644
5
0.87260
19
2.1978
6
0.93537
20
2.3388
7
1.0021
21
2.4877
8
1.0730
22
2.6447
9
1.1482
23
2.8104
10
1.2281
24
2.9850
11
1.3129
25
3.1690
12
1.4027
26
3.3629
13
1.4979
27
3.5670
14
1.5988
28
3.7818
15
1.7056
29
4.0078
16
1.8185
30
4.2455
17
1.9380
31
4.4953
Laboratorio de Termodinámica. PrácCca 4: Determinación de la constante universal de los gases Resultados DATOS EXPERIMENTALES
Temperatura ambiente (ºC)
Temperatura ambiente (K)
Presión atmosférica (hPa)
Presión atmosférica (atm)
Masa de Mg antes de la reacción (g)
Volumen inicial antes de la reacción (mL)
Volumen final después de la reacción (mL)
Volumen de gas desprendido (mL)
Volumen de gas desprendido (L)
Masa de Mg después de la reacción (g)
Masa de Mg que reaccionó (g)
CanMdad de sustancia de Mg que reaccionó (mol)
CanMdad de sustancia de H2 que se formó (mol)
Presión de vapor del agua a la T de trabajo (kPa)
Presión de vapor del agua a la T de trabajo (atm)
Presión parcial del H2 (atm)
Constante Universal R experimental (Latm/molK)
Volumen molar del H2 (L/mol)