gases practica 1

7/30/2019 Gases Practica 1

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INDICE

Pag

RESUMEN 1

INTRODUCCION 2

MARCO TEORICO 3

DETALLES EXPERIMENTALES 6

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS 8

CALCULOS 10

DISCUSION DE RESULTADOS 14

CUESTIONARIO 15

RECOMENDACIONES 17

CONCLUSIONES 17

BIBLIOGRAFIA 18


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Laboratorio de fisicoqumica 2012

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RESUMEN

El objetivo principal del experimento es reconocer y observar en la prctica las propiedades de

los gases tales como la densidad a travs del mtodo de Vctor Meyer y la capacidad calorfica a

travs del mtodo de Clement y Desormes. El experimento se desarrollado en un ambiente

adecuado con reactivos y materiales que han sido estudiados con anterioridad para esta

aplicacin, en este caso el cloroformo (CHCl3) es nuestro gas a analizar ylas condiciones

de laboratorio son: Presin =756mmHg, Temperatura =20C y Humedad relativa = 94% .

El mtodo de Vctor Meyer nos permite hallar el volumen experimental de un gas a

temperatura de ebullicin, El mtodo de Clement y Desormes; nos permite hallar el coeficiente de

dilatacin adiabtica que es la razn entre la capacidad calorfica a presin constante (Cp) y

la capacidad calorfica a volumen constante (Cv). De esta experiencia se tiene que la

relacin de la capacidad calorfica a presin constante y la capacidad calorfica a volumen constante ante

pequeas variaciones de presion esta en funcion de las alturas.


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INTRODUCCIN

Los cuerpos en la naturaleza se nos presentan en tres estados de agregacin

molecular: gaseoso, lquido y slido.

En el siguiente laboratorio estudiaremos la materia en estado gaseoso, sus propiedades

principales tales como capacidad calorfica y densidad; las molculas en el estado gaseoso

estn dotadas de un movimiento incesante y catico que bien entre ellas puede existir

fuerza intermolecular (como es el caso de los gases reales) no (gases ideales), y esto hace

que para cada uno de estos gases se usa diferentes ecuaciones para hallar las diferentes

caractersticas, ya sea volumen, temperatura, presin, etc.

Para la ingeniera industrial el conocimiento de las propiedades y comportamiento de los

gases es muy importante, ya que si un ingeniero trabaja en lo que es planta o en control de

maquinas, debe tener en cuenta los gases que se producen o si hay fuga de gas saber cmo

controlarlo.

Tambin debemos tener en cuenta que hay gases que contaminan el medio ambiente, por lo

cual debemos tratar de minimizar el grado de contaminacin del medio o de tratar de

utilizar materias primas, tal que al reaccionar no produzcan esos gases.


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PRINCIPIOS TEORICOS

GAS:

Un gas es un fluido que ocupa en su totalidad el recipiente que lo contiene, no tiene

forma ni volumen propio, sino que adoptan la forma y volumen del recipiente donde est

confinado, los gases son fcilmente compresibles. Poseen alta velocidad de difusin y

efusin. En un recipiente de un tamao dado a una temperatura determinada, la presin

ejercida por el gas depende de la cantidad de gas presente y dicha presin es igual sobre

toda la superficie del recipiente.

GAS IDEAL:

Un gas ideal es un modelo simplificado del estado gaseoso, est constituido por

masa puntual (que no tiene volumen, ni dimetro). Un gas formado por tales partculas no

existe en la realidad. Este gas imaginario, constituido de molculas con masa pero sin

dimetro ni interaccin alguna entre dicha molcula se denomina gas ideal o perfecto. Se

aplica la siguiente ecuacin de estado:

P V = n R T

Donde:

R es la constante universal de los gases, P es la presin, V es el volumen, n es el nmero demoles y T es la temperatura.


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GAS REAL:

Un gas real, es un gas que existe cuyas molculas estn sujetas a las fuerzas de

atraccin y repulsin, adems el volumen ocupado por las molculas es significativo con

respecto al total. Se les aplica diferentes ecuaciones de estados, tales como la de Van Der

Waals, Berthelot, Dietrici, etc.

Ecuacin de Van der Waals

Para n molesa, b: Cte. Especficos para cada gasVm: volumen molar (V/n)

Ecuacin de Berthelot

PM =

2

61128

91

T T

T P

PT TR C

C

C

Temperatura Crtica: Es la temperatura en la cual la energa cintica es igual a la energapotencial mxima de atraccin de las molculas del gas, es la temperatura mxima hasta la

cual el gas puede ser licuado.

Presin Crtica:Es la presin mnima requerida para causar la licuacin de un gas que seencuentra en su temperatura crtica.

nRT nbnV V

aP

m

m

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CAPACIDAD CALORFICA:

Se define como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una

sustancia en un grado. Si la masa de la sustancia es un mol, se le designa como capacidad

calorfica molas; y si es un gramo se le denomina calor especifico.

En gases se utilizan las capacidades calorficas molares y se dividen en dos tipos:

A Presin constante cuando la presin se mantiene constante mientras se eleva la

temperatura, lo que da origen a que aumente el volumen del gas. Esto se produce en un

recipiente abierto. A Volumen constante cuando el volumen se mantiene constante mientras se eleva la

temperatura, esto da origen a que aumente la presin de gas. Esto se produce en un

recipiente cerrado.

Se designa Cv y Cp a las capacidades calorficas de volumen y presin. La relacin entre las

capacidades calorficas, , depende de la cantidad de tomo que posee el gas (mono, di o

poliatmico).

= CP = h1 Cv h1 - h2


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DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES Y REACTIVOS:

- Equipo de Vctor Meyer para densidad de vapor, equipo para relacin de capacidades

calorficas por el mtodo de Clement y Desormes, regla, vasos de 50 y 200 mL, cocinilla,

ampolla, mechero, termmetro.

- Lquido orgnico voltil (Cloroformo).

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Experimento 1: DETERMINACIN DE LA DENSIDAD

METODO DE VICTOR MEYER

Primero en un vaso de

600 mL ponemos calentar

agua en sus 2/3 de su

volumen mientras el agua va

calentando pesamos una

ampolla de vidrio vaca, en

un vaso de 100 mL

introducimos una pequeacantidad de la muestra (en nuestro caso cloroformo) luego calentamos la ampolla con un

mechero y luego lo introducimos en el vaso que contiene cloroformo y repetir esta

operacin hasta que la ampolla introduzca un poco ms de la mitad de la muestra, sellar el

capilar y luego pesarlo con mucha exactitud.


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Ya en el equipo de Vctor Meyer nivelar con la pera la marca inicial del agua , luego romperel extremo de la ampolla le introducirlo en el tubo de vaporizacin y colocar

inmediatamente el vapor. Notamos que poco a poco la muestra que se encuentra en la

ampolla va desapareciendo y notamos que va bajando el nivel del agua en la bureta

mientras eso sucede tenemos que igualar con la pera hasta llegar en el mismo nivel.

Finalmente tomamos la temperatura del agua en la pera.

Experimento 2: CAPACIDAD CALORFICA

METODO DE CLEMENT Y DESORMES

Manteniendo A abierto y B

cerrado se aadi aire al recipiente

a travs del inflador, aumentando

as la presin del sistema al no

variar el volumen, hasta tener un

desnivel aproximado de 10 cm en

el manmetro, luego se cerr A y

con la ayuda de una regla se midi

la diferencia de altura exacta obtenindose as h 1.

Posteriormente se abri el orificio B hasta el momento en que los niveles de lquido del

manmetro se crucen, luego se espero hasta que los niveles de lquido se estabilicen y se

midi la nueva diferencia de alturas, obtenindose as h 2.

Este procedimiento fue repetido para alturas de 10 15, 20 y 25 cm aproximadamente.


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TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

CONDICIONES EXPERIMENTALES

Experimento 1: DETERMINACIN DE LA DENSIDAD

Densidad del Cloroformo (g/L)

5.652

5.370

% Error 5,25

CN Terica

CN al Experiment

P (mmHg) 756

T ( oC) 20

%HR 94

Masa de la ampolla (g)

Vaca 1.0966

Llena 1.1960

Masa del Cloroformo (g) 0.0994Temperatura en la Pera ( oC) 21

Presin Baromtrica corregida (mmHg) 754.947

Volumen desplazado (L) 20x10 -

Volumen desplazado a condiciones normales (L) 18,510x10 -3


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Experimento 2: CAPACIDADES CALORFICAS

DATOS EXPERIMENTALES

h1 (cm) h2 (cm)

10 1.8

15 3.2

20 3.9

25 4.8

RESULTADOS EXPERIMENTALES

promedio 1,25

1,241,26

1.181.26

Cv 8.28 K molcal

Cp 10.27 K molcal


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CALCULOS

1. DENSIDAD DE GASES

a) Corrija la presin baromtrica usando :

Pb = P b -100

)100( F h

Donde :

Pb, P b : Presin baromtrica y presin baromtrica corregida.F : Presin de vapor del agua a temperatura ambienteh : porcentaje de humedad del aire

Tenemos :

H = 94% humedad

Pb = 756mmHg

FH

2

O

20C =17.546

La presin corregida es: P b = 756 (100-94)17.546 = 754.947 mmHg 100

b) Corrija el volumen del aire desplazado a condiciones normales (CN), 0C y 1 atm:T = 0C = 273K

P = 1 atm. = 760 mmHg Tenemos :

P1(Pb)=754.947 mmHg

T1=20C = 293K

V1= 20 mLTCondNormales=273K

PCondNormales=1 atm = 760 mmHg


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VCNPCN = V1P1 TCN T1

VCN = 20 x 754.947 x 273 = 18,510 mL 293x760

c) Determine la densidad terica a CN, usando la ecuacin de Berthelot Tenemos:

T = 273K Tc = 536.2K

R = 0.082 atm. M = 119.390g

P = 1 atm. Pc = 54.2atm

PV =

2

61128

91

T Tc

PcT TcP

RT M m

V/m = (T*R/P*M) [1 + (9TcP/128PcT) (1 6 (Tc/T) 2)]

-1 =

2

273

2.53661

)2732.54(

)12.536(

)128(

)9(1

390.1191

082.0273

x x

x x

= 0.177 L/g

= 5.652 g/L


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d) Determine la densidad del vapor a CN dividiendo, masa entre volumen.

Masa = 0.0994 g

VCN = 18,510x 10 -3L

=V

m = 5.370 g/L

Hallamos el porcentaje de Error:

%Error = [(| 5.370 - 5.652 | ) / 5.370 ] * 100

%Error = 5,25 %

RELACIN DE CAPACIDADES CALORFICAS

a) Determine la relacin de capacidades calorficas para cada altura inicial:

Para la primera vez :

1 = CP = h1 10 = 1.21Cv h1 - h2 10 - 1.8

Del mismo modo se obtiene los dems valores de :

2 = 1.27 3 = 1.25 4 = 1.23

b) Determine la promedio:

promedio = ( 1 + 2 + 3 + 4) = 1.244


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c) A partir del valor promedio de calcule Cp y Cv experimentales:

)1....(24.1 V

p

C

C )2......(987,1 K mol

cal RC C v p

de la ecuacin (1) : Cp = 1.24Cv

de la ecuacin (2) :

1.24 C v Cv = 1.987K mol

cal Cv = 8.28

K molcal

En la ecuacin (1):

Cp = 10.27 K mol

cal


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ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

En el mtodo de Vctor Meyer se puede calcular el volumen del gas esto se ve

por el volumen desalojado por la presin que ejerce el gas por el tubo y as se

verifica el volumen del mismo.

Para la densidad del gas se debe tener en cuenta la masa y volumen, as como la

temperatura del sistema ya que este interviene en el volumen del gas.

Hay que esperar que el lquido de la ampolla pase al estado gaseoso

completamente.

La determinacin de la capacidad calorfica con el mtodo de Clement es un

procedimiento sencillo, pero hay que tener cuidado con la presencia de alguna

fuga en el equipo y con las mediciones de las alturas, es muy fcil cometer

errores en esta parte por eso se debe tener la mayor atencin y cuidado al

realizar la experiencia.


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CUESTIONARIO

1. En qu consiste el mtodo de Regnault para la determinacin de pesosmoleculares de las sustancias gaseosas.

Este mtodo se usa para determinar los pesos moleculares de las sustancias gaseosas

a la temperatura ambiente, y se realiza as: Un matraz de vidrio de unos 300 a 500

c.c. de capacidad, provisto de llave, se evacua y pesa , llenndolo con el gas cuyo

peso molecular se busca a una determinada temperatura y presin, procediendo apesar de nuevo. La diferencia de pesos (W) representa el del gas cuyo volumen se

determina llenndolo y pesndolo con agua o mercurio cuyas densidades se conocen.

Los gases ideales se basan en la ecuacin: PV = nRT, donde las variables n y V

son variables extensivas (se obtiene sumando los valores de esta en todas las partes

del sistema), y P y T son las variables intensivas (su valor es uniforme en todo e

sistema). Pero la ecuacin de estado de Van Der Waals nos representan los datos

experimentales ms precisamente, y cuya ecuacin es: (P + a/Vm2

)(Vm b)=RT,donde Vm es volumen molar y a y b son constantes especficas para cada gas;

Van Der Waals fue el primero en reconocer la influencia del tamao molecular y de

las fuerzas intermoleculares sobre la presin de un gas.


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2. Explicar las diferencias y semejanzas que existen entre las isotermas de un gasreal y la de un ideal

Para un gas ideal la variable z siempre v ale uno, en cambio para un gas real,

z tiene que valer diferente que uno.

La ecuacin de estado para un gas ideal, prescinde de la variable z ya que esta

para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que esta variable tiene que ser

diferente de uno, as que la formula queda de esta forma: pV=znRT .

La ecuacin de Van Der Waals se diferencia de las de los gases ideales por la

presencia de dos trminos de correccin; uno corrige el volumen, el otro

modifica la presin. Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales, actan

como gases ideales

3. Explicar el efecto de la altura en un campo gravitacional sobre la presin de losgases

La consecuencia interesante de esta ley es que las presiones parciales de gases muy

ligeros disminuyen menos rpidamente con la altura que la de los gases ms

pesados. As, en la atmsfera terrestre, el porcentaje de composicin a alturas muy

grandes es completamente diferente que a nivel del suelo. A una altura de 100 km.

Los gases ligeros tales como el helio y el nen tienen un mayor porcentaje que a

nivel del suelo.

Se produce una disminucin relativa constante de la presin con incrementos iguales

en la altura.


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CONCLUSIONES

Los gases carecen de forma definida. Son compresibles, tienen baja densidad,

ejercen una presin uniforme y se mezclan de manera espontnea.

La presin ejercida por un gas es un resultado de golpeo permanente de las

partculas sobre las paredes de un recipiente.

La fcil compresibilidad de un gas se debe a la existencia de un gran espacio vaci

entre sus partculas.

Para la determinacin de la capacidad calorfica de un gas en el caso de pequeos

cambios de presin se considera la relacin p=gh (p=presin; =densidad; g=

gravedad; h=altura). De esto se tiene que la relacin de la capacidad calorfica a

presin constante y la capacidad calorfica a volumen constante est en funcin de

las alturas.

RECOMENDACIONES

Primeramente verificar que los equipos y materiales estn en buenas condiciones y

limpios. Armar el equipo mostrado en la figura con el cuidado de que todas las

uniones queden hermticamente cerradas.

En el primer experimento, hay que esperar que el lquido de la ampolla pase alestado gaseoso completamente para evitar el alto porcentaje de error ocurrido en

esta prctica.

En el segundo experimento, antes de leer la diferencia de alturas, asegrese que se

estabilice el lquido en el manmetro. Tener mucha precisin en la medida de las

diferencias de alturas que se producen en manmetro, cuando ambas ramas se

crucen.


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BIBLIOGRAFA

Fisicoqumica - Iran N. Levine (5 Edicin en espaol Volumen 1) 2004

Gases Reales - Pg. 278.

Gua de prcticas de Laboratorio de Fisicoqumica, UNMSM 2011

Practica 1, Gases, Pgs. 10 14.

Pons Muzzo, Gastn, Fisicoqumica, 5ta Edicin, UniversidadNacionalMayor de San Marcos, Lima Per 1981.

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf

http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/7cloroformo.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_universal_de_los_gases_ideales

gases practica 1

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