LEY DE CHARLES V - T

Jacques Charles (1746-1823)

OBJETIVOS Aplicar la ley de charles en situaciones planteadas

Observa la tabla y responde ¿Qué ocurre con el volumen al aumentar la temperatura? AUMENTA

¿Cómo es la relación V / T? CONSTANTE

¿Qué ocurre con el volumen al bajar la temperatura? November 2004 ¿Qué ocurre con el volumen al bajar la temperatura?

Ley de Charles Volume (mL) Temperature (K) V / T (mL / K) 40.0 44.0 47.7 51.3 273.2 298.2 323.2 348.2 0.146 0.148 0.147 The volume and absolute temperature (K) of a gas are directly related at constant mass & pressure Hot air rises and gases expand when heated. Charles carried out experiments to quantify the relationship between the temperature and volume of a gas and showed that a plot of the volume of a given sample of gas versus temperature (in ºC) at constant pressure is a straight line. Gay-Lussac showed that a plot of V versus T was a straight line that could be extrapolated to –273.15ºC at zero volume, a theoretical state. The slope of the plot of V versus T varies for the same gas at different pressures, but the intercept remains constant at –273.15ºC. Plots of V versus T for different amounts of varied gases are straight lines with different slopes but the same intercept on the T axis. Significance of the invariant T intercept in plots of V versus T was recognized by Thomson (Lord Kelvin), who postulated that –273.15ºC was the lowest possible temperature that could theoretically be achieved, and he called it absolute zero (0 K). Charles’s and Gay-Lussac’s findings can be stated as: At constant pressure, the volume of a fixed amount of a gas is directly proportional to its absolute temperature (in K). This relationship is referred to as Charles’s law and is stated mathematically as V = (constant) [T (in K)] or V  T (in K, at constant P). Courtesy Christy Johannesson www.nisd.net/communicationsarts/pages/chem

El volumen de un gas aumenta a medida que se incrementa T en K 100 200 300 400 El volumen de un gas aumenta a medida que se incrementa su Temperatura absoluta

LEY DE CHARLES ¿Qué ocurre con el volumen que ocupa el gas al aumentar la temperatura, si la presión se mantiene constante? AUMENTA

¿Cómo varía el volumen con la temperatura? Si ponemos un globo en nitrógeno líquido ( -196 °C) se contrae ( disminuye el volumen de gas) Si calentamos un gas se dilata ( aumenta el volumen de gas)

El volumen de un gas aumenta con un incremento de temperatura. Introductory Chemistry; 2nd Ed; by Nivaldo Tro; Prentice Hall Publishing 2006, p356

Ley de Charles T1 V1 T2 V2 P = constante n = constante

¿Qué imagen representa lo que ocurre con el gas cuando se aumenta la temperatura? (Suponga n y P constante)

RESPUESTA: D

Si comenzamos con 1 L de gas a P = 1 atm 300 K Si comenzamos con 1 L de gas a P = 1 atm Y la Temperatura aumenta a 600 K tenemos:

El volumen se incrementará a 2 litros a 1 atm. 600 K 300 K El volumen se incrementará a 2 litros a 1 atm.

Volume of balloon at room temperature Volume of balloon at 5°C

Ley de charles Jacques Charles determina la relación entre temperatura y volumen de un gas. Él midió el volumen de aire a diferentes temperaturas y observó un patrón de comportamiento que llevó a su ley matemática. Durante el experimento la presión del sistema y la cantidad de gas fueron constantes.

¿Cómo es la gráfica de la ley de Charles? Volume V/T = k Pressure, # of particles remain constant Temp

Ley de Charles A medida que aumenta la temperatura, el volumen aumenta. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, disminuye el volumen.

Volumen vs. Temperatura en kelvin de un Gas a Presión constante Trial Temperature (T) Volume (V) oC K mL 10.0 283 100 50.0 323 114 100.0 373 132 200.0 473 167 180 160 140 120 100 80 60 40 20 180 160 140 120 100 80 60 40 20 Volume (mL) Trial Ratio: V / T 0.35 mL / K The pressure for this data was NOT at 1 atm. Practice with this data: (where Pressure = 1 atmosphere) Volume Temp (oC) (K) V/T 63.4 L 500 773 0.0821 55.2 400 673 0.0821 47.0 300 573 0.0821 38.8 200 473 0.0821 Hot air rises and gases expand when heated. Charles carried out experiments to quantify the relationship between the temperature and volume of a gas and showed that a plot of the volume of a given sample of gas versus temperature (in ºC) at constant pressure is a straight line. Gay-Lussac showed that a plot of V versus T was a straight line that could be extrapolated to –273.15ºC at zero volume, a theoretical state. The slope of the plot of V versus T varies for the same gas at different pressures, but the intercept remains constant at –273.15ºC. Plots of V versus T for different amounts of varied gases are straight lines with different slopes but the same intercept on the T axis. Significance of the invariant T intercept in plots of V versus T was recognized by Thomson (Lord Kelvin), who postulated that –273.15ºC was the lowest possible temperature that could theoretically be achieved, and he called it absolute zero (0 K). Charles’s and Gay-Lussac’s findings can be stated as: At constant pressure, the volume of a fixed amount of a gas is directly proportional to its absolute temperature (in K). This relationship is referred to as Charles’s law and is stated mathematically as V = (constant) [T (in K)] or V  T (in K, at constant P). origin (0,0 point) 0 100 200 300 400 500 Temperature (K) -273 -200 100 0 100 200 Temperature (oC)

Ley de Charles: V  T (en K)

Ley de Charles

Charles’ Law V = 125 mL V = 250 mL T = 273 K T = 546 K Observe el V y la T del balón. ¿Qué ocurre con el volumen con el cambio de temperatura? AUMENTA

Podemos concluir: El volumen de un gas varía de manera directamente proporcional con la temperatura en grados Kelvin ( a presión y cantidad de partículas constantes)

(Pressure is held constant) Ley de Charles V1 V2 = T1 T2 (Pressure is held constant)

Ley de Charles Según la Ley de Charles el volumen de un gas es proporcional a la temperatura absoluta (Kelvin), siempre y cuando la presión y cantidad de gas sea constante V = kT V1 = T1 V2 T2 Nota: La temperatura debe estar en grados Kelvin Scheffler 30

Cuando T aumenta, V aumenta V a T V = kT V/T = k V1/T1 = V2/T2 A presión y cantidad de gas constante Cuando T aumenta, V aumenta

Si pensamos en una pelota de basketball. APLICACIÓN Si pensamos en una pelota de basketball. ¿Cómo es su rebotar en un día caluroso de verano comparado con un día muy frio de invierno? ¿Qué dice la ley de Charles? MEJOR EN VERANO

RELACIÓN ENTRE EL VOLUMEN Y LA TEMPERATURA DE UN GAS El globo se infla por que las partículas de aire que están dentro del matraz Erlenmeyer ganan energía cinética, al colocar el matraz sobre mechero encendido. Las partículas de gas comienzan a moverse más rápidamente y ocupar más espacio entre las partículas del gas (dilatarse), lo que hace que el globo se infle.

Cuando colocamos el matraz dentro de la cubeta con hielo, disminuimos la energía cinética entre las partículas, con lo cual se contrae ( las partículas del gas ocupan menos espacio entre ellas), lo que hace que el globo se desinfle.

Los gases también se dilatan al calentarlos Hagamos la siguiente experiencia y observaremos que al calentar suavemente el aire del recipiente de cristal el globo se hincha sólo. Conclusión: Los gases se dilatan con el calor. Aire