practica N1 gases

practica N1 gasesUNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUIMICA E ING. QUIMICADEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUIMICA

ASIGNATURA: Laboratorio de fisicoqumica I PRACTICA N1: gases HORARIO:8:00 - 11:00 am CDIGO:MA-08Hr-FQI(B) PROFESOR: Torres Diaz,Francisco ALUMNO: Mara Claudia Espinoza ramos CDIGO:13970199 FECHA DE REALIZACIN: 09/09/14 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 16/09/14

TABLA DE CONTENIDO

Cartula1 Tabla de contenido2 Resumen3 Introduccin4 Objetivo Fundamento terico5 Detalles experimentales9 Discusin de resultados18 Conclusiones19 Recomendaciones20 Apndice21 Bibliografa27

RESUMEN

En la primera practica de laboratorio, el tema realizado fue gases y la estudiar y corroborar las principales propiedades de estos, nos centraremos en la capacidad calorfica y la densidad. Tambin tomamos en cuenta las condiciones de trabajo: T(C)= 18CP(mmHg)=756mmHg%HR=98%Para ello ,para la determinacin de estas propiedades trabajaremos ,para la determinacin de la densidad por el mtodo de Vctor Meyer, y para la capacidad calorfica por el mtodo de Clement y Desormes.Para la determinacin de la densidad de gases, trabajamos con el cloroformo y hallamos el volumen, con la diferencia de alturas, tomamos La temperatura del agua y pesamos la cantidad de masa de cloroformo, para poder calcular la densidad experimental, luego de ello calculamos la densidad terica, usando la ecuacin de Berthelot.Luego de ello calculamos el %de error.Y luego hallamos la relacin de capacidades calorficas ,tomamos diferentes alturas iniciales y finales, para hallar la variacin de alturas y mediante un cociente entre la altura inicial con la variacin ,determinamos el coeficiente de comprensibilidad y ya conociendo la relacin de la capacidad calorfica a presin constante y a volumen constante ;siempre y cuando que la presin es pequeo ,entonces la igualamos con el coeficiente de comprensabilidad,con ello hallaramos las capacidades calorficas experimentales y las comparamos con las tericas que se encuentran en tablas ,y tambin hallamos el % error.

INTRODUCCION

El estado gaseoso ser el tema de este captulo, ya que el estudio de este estado, el ms simple de los estados de la materia, puede conducirnos hacia alguno de los conceptos ms universalmente tiles de las ciencias Qumicas. Se sabe que algunos de los sustratos y productos del metabolismo son gases, como el oxgeno, gas carbnico, nitrgeno, e hidrgeno; de ah la importancia de estudiar algunas de sus propiedades. Si tenemos en cuenta que el estado gaseoso es un estado disperso, de una de las formas de agregacin de la materia, lo que significa que sus molculas estn separadas unas de otras por distancias mucho ms grandes que el dimetro real de sus molculas, lo cual significa que existen unas propiedades macroscpicas que describen el comportamiento del sistema gaseoso. Esas propiedades son: el volumen (V), la presin (P), la temperatura (T) y la cantidad de masa, que en este caso son las moles (n). Los gases difieren de los otros estados en que no poseen volumen intrnseco, lo que significa que ocupa todo el espacio cerrado donde se introduce.Los gases sonfluidosaltamentecompresibles, que experimentan grandes cambios dedensidadcon la presin y la temperatura. Las molculas que constituyen un gas casi no son atradas unas por otras, por lo que se mueven en el vaco a gran velocidad y muy separadas unas de otras.Pero los gases tambin se clasifican por su comportamiento ya que pueden ser ideales y reales, teniendo ecuaciones desde la ms siempre que es la ecuacin general y universal de los gases, siempre y cuando el comportamiento sea ideal, pero en la vida real se comportan de forma distinta ,por ello las ecuaciones del estado ideal ya no son suficientes para el comportamiento real, utilizando mas ecuaciones que corrigen las desviaciones de la idealidad.Tambin en el estudio de sus propiedades, en esta experiencia nos centramos en la densidad y la relacin de las capacidades calorficas de gases,toamndo los resultados experimentales y comparndoos con los valores tericos .

OBJETIVO

Estudiar las principales propiedades de los gases, como la capacidad calorfica y la densidad. Comprobar experimentalmente la determinacin de estas propiedades y compararlas con los resultados tericos. Tener una nocin ms clara de los gases y su comportamiento, segn sea ideal o real. Porque la importancia de tratar y saber diferenciar a un gas en la industria.

FUNDAMENTOS TERICOSGASESCuando genricamente nos referimos a un gas, estamos refirindonos a algo que consideramos como gas perfecto o ideal, cuyo comportamiento est claramente definido por las leyes de los gases ideales que describiremos ms adelante. Los gases reales difieren en algn aspecto de los gases ideales, pero inicialmente estudiaremos ese comportamiento y despus haremos nfasis en las desviaciones particulares con respecto al comportamiento ideal. Pero cual es la diferencia que existe entre los llamados gases perfectos o ideales y los reales?. Veamos, en los ideales se considera que el volumen ocupado por las propias molculas es insignificante en comparacin con el volumen total ocupado por el gas, bajo todas las condiciones de temperatura y presin; adems las atracciones intermoleculares, conocidas como fuerzas de van der Waals, son insignificantes en todo momento. Para los gases reales ambas caractersticas son apreciables y la magnitud de ellas depender de la naturaleza, presin y temperatura. Lo anterior nos lleva a concluir que un gas ideal es hipottico, ya que las molculas de cualquier gas deben ocupar volumen (o sino no existiran) y por consiguiente ejercen atracciones. Las condiciones de idealidad se dan cuando los gases estn a bajas presiones y altas temperaturas. 123Las condiciones de los gases estn afectados por las cuatro variables o propiedades macroscpicas vistas anteriormente y ellas estn involucradas en lo que llamamos leyes de los gases perfectos o ideales que veremos a continuacin.

GASES IDEALES O PERFECTOSEl comportamiento de estos gases fue estudiado por nuestros predecesores, los cuales, enunciaron unas leyes que generalmente llevan sus nombres, entre ellas tenemos: a) la ley de Boyle o Mariotteb) ,ley de Charles-Gay Lussac, c) ley de las presiones parciales de Dalton, d) ley de difusin de Graham, e) ley de Amagat,f) ley de los volmenes de combinacin de Gay Lussac,g) ley general de los gases, hh) ) ley combinada de los gases,i) ley de Avogadro, etc. LEY DEL GAS IDEAL O LEY GENERAL DE LOS GASES Las leyes de los gases descritas en los apartados anteriores nos indican claramente que el volumen de un gas, a temperatura y presin constante, vara directamente con el nmero de 136moles, es decir, que dos moles de un gas ocuparan el doble del volumen que ocupa una sola mol del mismo gas, pero teniendo en cuenta el principio de Avogadro, seccin 5.7.4, podemos concluir que el volumen que ocupan un mol de gas especfico es exactamente igual al volumen que ocuparan un mol de cualquier otro gas siempre y cuando se midan a las mismas condiciones de temperatura y presin, es decir, V nLa ley de Boyle nos ensea que V 1/P y la de Charles que V T, luego las tres relaciones pueden combinarse para obtener una ecuacin general que relacione el volumen, la presin, la temperatura y el nmero de moles, as: V (n)(1/P)(T)si introducimos una constante de proporcionalidad, que para nuestra conveniencia llamaremos R, tenemos: V = R(n)(1/P)(T)que ordenando nos queda, PV = nRTque es la famosa ecuacin que se conoce como ecuacin de estado para los gases ideales, debido que a temperatura y presiones ordinarias la mayora de los gases se ajustan a ella. Las condiciones en las cuales esta ley no se cumple, altas presiones y bajas temperaturas, sern estudiadas ms adelante. Ahora analicemos la constante de proporcionalidad R. Esta es conocida con el nombre de constante molal de los gases o constante universal de los gases. Su valor depender de las unidades que se escojan para el volumen, presin, temperatura y moles.

GASES REALESUngas real, en oposicin a ungas idealo perfecto, es ungasque exhibe propiedades que no pueden ser explicadas enteramente utilizando laley de los gases ideales. Para entender el comportamiento de los gases reales, lo siguiente debe ser tomado en cuenta: efectos de compresibilidad capacidad calorficaespecfica variable fuerzas de Van der Waals efectos termodinmicos del no-equilibrio cuestiones con disociacin molecular y reacciones elementales con composicin variable.Para la mayora de aplicaciones, un anlisis tan detallado es innecesario, y la aproximacin de gas ideal puede ser utilizada con razonable precisin. Por otra parte, los modelos de gas real tienen que ser utilizados cerca del punto decondensacinde los gases, cerca depuntos crticos, a muy altas presiones, y en otros casos menos usuales.

Modelo de Van der WaalsLos gases reales son ocasionalmente modelados tomando en cuenta su masa y volumen molares

donde P es lapresin, T es latemperatura, R es laconstante de los gases ideales, y Vmes elvolumen molar. "a" y "b" son parmetros que son determinados empricamente para cada gas, pero en ocasiones son estimados a partir de sutemperatura crtica(Tc) y supresin crtica(Pc) utilizando estas relaciones:

Modelo de RedlichKwong[Laecuacin de RedlichKwonges otra ecuacin de dos parmetros que es utilizada para modelar gases reales. Es casi siempre ms precisa que la ecuacin de Van der Waals, y en ocasiones ms precisa que algunas ecuaciones de ms de dos parmetros. La ecuacin es

donde "a" y "b" son dos parmetros empricos quenoson los mismos parmetros que en la ecuacin de Van der Waals. Estos parmetros pueden ser determinados:

Modelo de Berthelot y de Berthelot modificadoLa ecuacin de Berthelot (nombrada en honor de D. Berthelot1es muy raramente usada

pero la versin modificada es algo ms precisa:

NOTA:nosotros vamos a trabajar con esta ecuacin,para determinar la densidad teorica de un gas.

PROPIEDADES DE LOS GASESa) Densidad de un gasLa densidad de todas las sustancias depende de la temperatura; en el caso de los gases, de la temperatura y la presin. La temperatura utilizada como base para determinar o reportar valores de la densidad no es la misma para todas las sustancias. Para los slidos, 0C (32F) es la temperatura preferida; para muchos lquidos, la temperatura de referencia es 15.56C (60F), y para los gases, 32F y una presin de 0C y 760 mm Hg o 101.325 kilopascales (29.921 in Hg) se utilizan para la mayor parte del trabajo cientfico y para las tablas de datos sobre gases.As la densidad del gas est dada por la expresin del lado derecho de la ltima ecuacin:d=PM/RT

b) Capacidad calorfica de gasesLa capacidad calorfica de una sustancia a presin o volumen constante se define como el calor suministrado a un mol de la misma, mantenida a presin o volumen constante, dividido por el incremento de temperatura obtenido, cuando ambos son infinitesimales. Ambas varan con la temperatura pero Cp es siempre mayor que Cv. De manera cualitativa, la diferencia viene de que a volumen constante el calor recibido se invierte exclusivamente en aumentar la energa interna de la sustancia y por tanto su temperatura, mientras que a presin constante parte del calor recibido se emplea en expandir el sistema que realiza trabajo sobre el exterior siendo en consecuencia menor el aumento de energa interna y por tanto de la temperatura. Para slidos y lquidos la diferencia entre Cp y Cv es pequea, ya que se dilatan poco con el calor, sin embargo para los gases la diferencia es significativa. Por ejemplo, para un gas ideal monoatmico a temperatura ambiente la diferencia es R (8.3143 J/mol.K). En esta prctica se trata de determinar la capacidad calorfica del aire que puede considerarse como un gas diatmico mezcla de nitrgeno (78% en volumen) y oxgeno (22% en volumen).

DETALLES EXPERIMENTALESI.DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE GASES POR EL MTODO DE VICTOR MEYER

a) clculo de la densidad experimental:

v1=21,4mlp1=Patm-(100-%h)Pv*/100t1=21,5ca condiciones normalesv2=p=1 atmt=273kRealizamos el calculo mediante la ley general de los gases:P1 V1/T1 =P2 V2/T2Obtenemos el volumen :V2=Densidad experimental=m/v2D experimental=

b)clculo de la densidad terica:Dteorica=PM/RTR=R[1+ 9/128 * P/T*Tc/Pc(1-6Tc2/T2)]Densidad teorica=

%error=

II.RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS POR EL METODO DE CLEMENT Y DESORMESa) Cp,Cv

=h1/h1-h2Hallamos el valor promedio:=Sabemos que:Cp/Cv=Cp-Cv=R

CONCLUSIONES

En la presente experiencia para determinar la densidad de un gas ,trabajamos con el cloroformo. Para hallar los capacidades calorficas por el mtodo de clement y desormes trabajamos con el aire. Para ambos experimentos tuvimos que tomar en cuenta las condiones de trabajo ,como la humedad relativa,la presin y la temperatura.

RECOMENDACIONES

Siempre tomar en cuenta las condiones sobte las cuales vamos a trabajar. Mantener el rea de trabajo limpio ,para un mejor desarrollo y para nuestra seguridad.

APENDICE

CUESTIONARIO1. En que consiste el mtodo de Regnault para la determinacin de los pesos moleculares de las sustancias gaseosasEste 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 evaca y pesa, llenndolo a continuacin con el gas cuyo peso molecular se busca auna temperatura y presin, procediendo a pesarlo denuevo. La diferencia de pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenndolo y pesndolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen. Con los datos as obtenidos, se deduce elpeso molecular buscado mediante la ecuacinEn un trabajo preciso se usa un bulbo ms grande para llenarloy otro de contrapeso, y se corrigen lasmediciones reducindolas al vaco.2. Explique que es la temperatura de boyleLa temperatura de Boyle es la temperatura a la cual el segundo coeficiente del virial se hace nulo. Representa un punto en el que el gas se comporta de forma ms ideal que en otras ocasiones. La curva de Boyle es el lugar de los puntos del plano p,T en los que se cumple la condicin: . Un gas ideal cumple esta condicin en todo el plano p,T. La temperatura de Boyle es el lmite de la curva de Boyle a presin cero.

3.Defina el punto criticoEntermodinmicay enfisicoqumica, unpunto crticoes aquel lmite para el cual elvolumende unlquidoes igual al de unamasaigual devaporo, dicho de otro modo, en el cual lasdensidadesdel lquido y del vapor son iguales. Si se miden las densidades del lquido y del vapor en funcin de latemperaturay se representan los resultados, puede determinarse la temperaturaa partir del punto de interseccin de ambas curvas. Temperatura y presin por encima de la cual no se puede condensar un gas.

Pgina 2