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I. RESUMEN:

Esta prctica tiene como objetivo estudiar las principales propiedades de los gases, tales como

capacidad calorfica y densidad. Para determinar la densidad del gas utilizamos el Mtodo

Vctor Meyer y para determinar la relacin de capacidades calorficas del gas, por el Mtodo de

Clement y Desormes. La prctica fue realizada a una presin de 756mmHg, temperatura de

25C y porcentaje de humedad relativa de 96%.

De la prctica obtendremos el valor de la densidad experimental del gas de cloroformo

(Dexp=5.005g/L) y el valor del coeficiente de dilatacin adiabtica experimental del aire

(prom=1.31). Finalmente calcularemos los valores de porcentaje de error de cada uno de estos

datos al compararlos con los valores tericos conocidos.

Con esta experiencia se ha podido demostrar que al utilizar el mtodo de Vctor Meyer se

puede obtener de una forma prctica la densidad de gases reales como es el caso del

cloroformo, tambin se comprueba que a travs del mtodo de Clement y Desormes se puede

determinar la relacin de capacidades calorficas de un gas real de manera prctica y segura.

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II. INTRODUCCION:

Las aplicaciones de los gases en la vida real son bastantes, y cada producto tiende a usar unas

pocas. Se suelen utilizar para disear propulsores en latas, dado que la presin del gas se

puede acumular y despus tener una salida controlada. Otros tipos de usos pueden incluir

dispositivos de seguridad e incluso el transporte.

En un globo aerosttico podemos observar la Ley de Charles, al calentar el gas el globo tiende

a expandirse ms, es decir, su volumen aumenta, logrando elevar el globo a mayor altura.

En las ollas a presin se puede ver la Ley de Gay Lussac, en ellas el volumen es constante, y al

calentarla, el gas en su interior aumenta su presin.

La lata de soda o como es tambin conocido, refresco, hace uso de la Ley de Henry, la cual dice

que la cantidad de gas disuelta en un lquido es directamente proporcional a la presin que

ejerce ese gas sobre el lquido. Como la soda usa dixido de carbono, cuando se abre la lata

escapa el gas y el carbono disuelto se eleva hasta arriba y escapa, de ah el sonido que emite.

Hay gases medicinales, los cuales por sus caractersticas especficas son utilizados para el

consumo humano y aplicaciones medicinales en instituciones de salud y en forma particular,

como lo son: Oxgeno, xido nitroso y Aire medicinal.

Tambin estn los gases de uso domstico, que se emplean principalmente para la cocina,

calefaccin de agua y calefaccin ambiental, adems de usarse para el funcionamiento de

lavadoras, secadoras y neveras; y los de uso industrial, el cual debe su empleo a la capacidad

que tiene el gas de regulacin y la ausencia de cenizas y de azufre; ste es imprescindible en la

industria del vidrio, cermica, porcelana, textil, papel e industria qumica.

3

III. PRINCIPIOS TEORICOS:

GAS:

Se denomina gas (palabra inventada por el cientfico flamenco Jan Baptista van Helmont en el

siglo XVII, sobre el latn chaos) al estado de agregacin de la materia en el cual, bajo ciertas

condiciones de temperatura y presin, sus molculas interaccionan solo dbilmente entre s,

sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las

contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse, todo lo posible por su alta energa

cintica.

GAS IDEAL:

Un gas ideal es un gas terico compuesto de un conjunto de partculas puntuales con

desplazamiento aleatorio que no interactan entre s. El concepto de gas ideal es til porque el

mismo se comporta segn la ley de los gases ideales, una ecuacin de estado simplificada, y

que puede ser analizada mediante la mecnica estadstica.

En condiciones normales tales como condiciones normales de presin y temperatura, la

mayora de los gases reales se comporta en forma cualitativa como un gas ideal. Muchos gases

tales como el nitrgeno, oxgeno, hidrgeno, gases nobles, y algunos gases pesados tales como

el dixido de carbono pueden ser tratados como gases ideales dentro de una tolerancia

razonable. Generalmente, el apartamiento de las condiciones de gas ideal tiende a ser menor a

mayores temperaturas y a menor densidad (o sea a menor presin), ya que el trabajo realizado

por las fuerzas intermoleculares es menos importante comparado con energa cintica de las

partculas, y el tamao de las molculas es menos importante comparado con el espacio vaco

entre ellas.

El estado de una cantidad de gas se determina por su presin, volumen y temperatura. La

forma moderna de la ecuacin relaciona estos simplemente en dos formas principales. La

temperatura utilizada en la ecuacin de estado es una temperatura absoluta: en el sistema SI

de unidades, kelvin, en el sistema imperial, grados Rankine.

La ecuacin que describe normalmente la relacin entre la presin, el volumen, la temperatura

y la cantidad (en moles) de un gas ideal es:

GAS REAL:

Un gas real, en oposicin a un gas ideal o perfecto, es un gas que exhibe propiedades que no

pueden ser explicadas enteramente utilizando la ley de los gases ideales. Para entender el

comportamiento de los gases reales, lo siguiente debe ser tomado en cuenta:

4

Efectos de compresibilidad

Capacidad calorfica especfica 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 de condensacin de los gases, cerca de puntos

crticos, a muy altas presiones, y en otros casos menos usuales.

DENSIDAD DE GASES:

Densidad absoluta: Relacin entre la masa por unidad de volumen.

Densidad relativa: Relacin de la densidad de una sustancia con respecto a la de un gas de

referencia.

CAPACIDAD CALORIFICA:

Para un gas ideal se definen dos capacidades calorficas molares volumen constante (CV), y a

presin constante (Cp).

CV: es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un mol de gas ideal para elevar su

temperatura un grado mediante una transformacin iscora.

Cp: es la cantidad de calor que es necesario suministrar a un mol de gas ideal para elevar su

temperatura un grado mediante una transformacin isbara.

El valor de ambas capacidades calorficas puede determinarse con ayuda de la teora cintica

de los gases ideales. Los valores respectivos para gases monoatmicos y diatmicos se

encuentran en la siguiente tabla:

MONOATOMICO DIATOMICO

Cv 3R 2

5R 2

Cp 5R 2

7R 2

Donde R es la constante universal de los gases ideales, R = 8.31J/mol.K.

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IV. DETALLES EXPERIMENTALES

MATERIALES Y REACTIVOS

- Equipo de Vctor Meyer para densidad

de vapor

- Equipo para relacin de capacidades

calorficas del mtodo Clemnt y

Desormes

- Regla

- Bulbos pequeos

- Vasos de 50, 200, 600mL

- Pipetas

REACTIVO

- Cloroformo

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Determinacin de la Densidad de Gases por el Mtodo de Vctor Meyer

- Con el equipo instalado como se muestra en la imagen, colocamos un vaso con

aproximadamente 500mL de agua de cao en la cocina para llevarlo a ebullicin

durante 10min. Dentro de este vaso colocamos el tubo de vaporizacin abierto.

Abrimos la llave de la bureta para llevar el agua hasta el nivel inicial, retiramos el tubo

de vaporizacin del agua hirviente y le colocamos el tapn, medimos el volumen de

agua desalojado, retiramos el tapn y colocamos el tubo nuevamente en el agua

hirviente. Repetimos esto hasta que el volumen de agua desalojado no flucte en ms

de 0,2mL respecto a las lecturas anteriores.

- Mientras se est calentando el agua, pesamos una pequea ampolla de vidrio hasta las

10 milsimas de g. Calentamos la ampolla por la parte ms ancha y la colocamos en un

vaso con una pequea porcin de lquido orgnico voltil, enfriamos el capilar hasta

introducir en l entre 0,1 a 0,2g de muestra. Sellamos el extremo abierto del capilar

calentndolo, lo dejamos enfriar un momento y lo pesamos nuevamente.

- Rompemos el extremo delgado de la ampolla y lo colocamos rpidamente en el tubo

de vaporizacin e inmediatamente le colocamos el tapn. A medida que baja el nivel

de agua en la bureta igualamos el nivel de agua en la pera hasta que el nivel de agua

deje de bajar. Cerramos la llave de la bureta, esperamos 10min y tomamos la

temperatura del agua en la pera, leemos el nivel de agua en la bureta tomando como

referencia la lectura realizada previamente slo con vapor de agua.

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Relacin de Capacidades Calorficas por el Mtodo de Clment y Desormes

- Con el equipo armado con todas las uniones hermticamente cerradas. Mantenemos

cerrado el extremo B, abrimos el tubo A para permitir el paso del gas por el baln

hasta tener un desnivel aproximadamente de 10cm en manmetro de agua y leemos

la diferencia de altura exacta (h1).

- Abrimos rpidamente el extremo B y la cerramos en el momento en el que ambas

ramas del manmetro se crucen. Esperamos a que se estabilice el lquido del

manmetro y leemos la nueva diferencia de alturas (h2).

- Repetimos ambos procedimientos para alturas iniciales de aproximadamente 15, 20 y

25cm.

8

V. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

Tabla N1: Condiciones Experimentales

Presin atmosfrica

(mmHg)

Temperatura (C)

%H.R.

756 25 96

DETERMINACIN DE DENSIDAD DE GASES

Tabla N2: Datos Tericos

Densidad terica del cloroformo a CN (g/L)

Coeficiente de dilatacin adiabtica del aire ()

5.655 1.40

Tabla N3: Datos Experimentales

Masa de lquido utilizado (g)

Volumen desalojado por gas (mL)

0,0348 6,6

RELACIN DE CAPACIDADES CALORFICAS

Tabla N4: Valores de para cada Altura Inicial

h1 (cm) h2 (cm) exp

11 2.4 1.31

14 3.2 1.30

19.6 4.6 1.31

23 5.6 1.32

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Tabla N5: Valores de Cp y C v Experimentales para cada Altura Inicial

h1 (cm) Cp

(cal/mol.K) Cv

(cal/mol.K)

11 8.45 6.45

14 8.67 6.67

19.6 8.45 6.45

23 8.25 6.25

Tabla N6: Porcentajes de error:

Densidad del cloroformo Relacin de capacidades

calorficas

11.49% 6.43%

10

VI. CLCULOS

DETERMINACIN DE DENSIDAD DE GASES

- Corregimos la presin baromtrica:

= (100 )

100

= 756 (100 96)23.756

100

= 755.05

- Corregimos el volumen de aire desplazado a CN:

(

)

= (

)

756273

=755.05(7.6)

298

= 6.954

- Determinamos la densidad terica del gas a CN, usando la ecuacin de Berthelot:

Primero corregimos el R:

= [1 +9

128(1

62

2)]

= (0.082) [1 +9(536.4)(1)

128(53.79)(273)(1

6(536.42)

2732)]

= 0.07733

Con el valor de R corregido calculamos la densidad terica del gas:

=

=1 119.39/

0.07733 (. . ) 273

= 5.655/

11

- Determinamos la densidad experimental del gas a CN:

=

=0.0348

6.954= 5.005103/

= 5.005103

103

1= 5.005/

- Finalmente calculamos el porcentaje de error:

% = |

| 100

% = |5.655 5.005

5.655| 100 = 11.49%

RELACIN DE CAPACIDADES CALORFICAS

De la ecuacin:

=

=1

1 2

Determinamos sta relacin para cada altura inicial, ejemplo:

1 =1

1 2=

11

11 2.4= 1.31

De la Tabla N4 calculamos el promedio:

=1 + 2 + 3 + 4

4

=1.31 + 1.30 + 1.31 + 1.32

4= 1.31

Por teora sabemos:

=

= + 2

Siendo f: grados de libertad vibracional de la molcula.

12

Entonces tenemos:

=

= + 2

A partir de los valores de calculamos Cp y Cv experimentales:

Por ejemplo, para h1 aprox=10:

1.31 = + 2

0.31 = 2

= 6.45

= 8.45

Por ltimo calculamos el porcentaje de error:

% = |

| 100

% = |1.40 1.31

1.40| 100 = 6.43%

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VII. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

En la determinacin de la densidad de los gases por el mtodo de Vctor Meyer notamos

un error experimental de 11.49%; ya que pudo haber un error al no asegurar bien el

equipo con el tapn y esto hacer que se desplace ms volumen al ingresar mayor cantidad

de aire.

En el mtodo de Clement y Desormes se determin el valor de Gamma a partir de un

proceso adiabtico en donde al bombear aire a travs de la manguera de se produjo una

comprensin adiabtica ,es decir, sin intercambio de calor con el entorno, al entrar el aire

al envase se produce un incremento de la presin y una disminucin del volumen del aire

contenido dentro del frasco esto produce que las molculas dentro del envase aumenten

su movimiento o energa cintica e intenten escapar del envase debido su movimiento

aleatorio constante por el aumento de la presin, entonces pasan a la manguera y

producen un trabajo en el movimiento del aceite dentro del tubo, aumentando la altura

inicial, luego al dejar escapar un poco el aire (liberar presin) se disminuye la altura del

aceite, pues la presin disminuye, sin embargo se experimenta una expansin adiabtica

debido a el movimiento de las molculas dentro del envase que a pesar de haberse

liberado presin intentan escapar del recipiente travs de la manguera aumentando la

altura del aceite dentro del tubo y todo esto bajo un proceso isotrmico es decir a

temperatura constante.

La determinacin del ndice adiabtico gamma se realiz midiendo las diversas alturas que

alcanzo en la compresin adiabtica y la expansin adiabtica, se utiliz su promedio en

una ecuacin para determinar el calor especfico a volumen constante (Cv) y a presin

constante (Cp).

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VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En la experiencia para determinar las capacidades calorficas para el se obtuvo el valor de

1,31 para el coeficiente es decir, por lo que se nota existe una diferencia bastante grande

del valor de gamma para el aire que tericamente es de 1,40 por lo que el error fue de

6.43% y tal vez la diferencia se debi a que hubieron ciertos problemas a la hora de tomar

las mediciones y de ejercer la presin sobre el aire contenido en el recipiente.

Se ha podido demostrar que al utilizar el mtodo de Vctor Meyer se puede obtener de

una manera prctica la densidad de gases reales como es el caso del cloroformo; as como

al utilizar el mtodo de Clement y Desormes para el clculo de capacidades calorficas de

los gases.

En la experiencia del mtodo de Clement y Desormes se sugiere tener mucho cuidado al

tapar el agujero por donde se podra escapar el aire; ya que esto afectara mucho a los

clculos.

En la experiencia del mtodo de Vctor Meyer se recomienda en todo momento estar

pendiente que el volumen de agua que estamos colocando en ebullicin sea constante.

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IX. BIBLIOGRAFA

- Pginas Webs visitadas:

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

https://prezi.com/wfbhehlkeodr/copy-of-pesos-moleculares-de-los-gases/

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Practica_5_Masa_Molar_26958.pdf

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/gasreal.html

- Fisicoqumica, Gilbert W. Castellan

16

X. APNDICE

CUESTIONARIO

1. En qu consiste el mtodo de Regnault para la determinacin de los pesos

moleculares de las sustancias gaseosas.

Consiste en le medida directa de la densidad de un gas pesndolo en un matraz de

volumen perfectamente conocido. Se realizan los siguientes pasos: En un matraz de

vidrio de unos 300 a 500 c.c. de capacidad, provisto de llave, se evaca y pesa. Se llena

con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presin determinadas.

Se pesa nuevamente. 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 obtenidos se deduce el peso molecular buscado

mediante la ecuacin:

=

2. Explicar las diferencias y semejanzas que existen entre las isotermas de un gas real y

la de un gas ideal.

Las isotermas de un gas real tienen una forma ms compleja que las isotermas de un

gas ideal (hiprbolas), ya que deben dar cuenta de los cambios de fase que puede

experimentar la sustancia.

Las semejanzas y diferencias en las isotermas se dan por factores como las presiones,

volumen y temperatura, ya que los gases reales tienden a comportarse como ideales a

ciertas temperaturas, presiones y volmenes, pero como estamos tratando

especficamente de las isotermas cabe mencionar que mientras la temperatura de un

gas sea ms alta va a tender a comportarse como un gas ideal.

En las siguientes grficas siguientes se representan las isotermas de la ecuacin de Van

de Waalls para el oxgeno (en rojo) junto con las isotermas de un gas ideal (en azul).

Como puede observarse, para valores altos de temperatura y para valores bajos de

presin ambas ecuaciones dan el mismo comportamiento.

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Por otra parte, la ecuacin de Van der Waals describe la zona de las isotermas que

corresponden al estado lquido (zona izquierda de pendiente elevada), mientras que

no funcionan para la zona de las isotermas (recto horizontal de las isotermas de

Andrews) que se encuentra por debajo de la curva de saturacin. La isoterma crtica

del oxgeno corresponde a una temperatura de aproximadamente -118C.

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

gases.

Debido a que todas las mediciones se hacen en sistemas de laboratorio sometidos a la

accin de la gravedad, es importante conocer qu efecto produce la influencia de este

campo. Se puede decir que, para sistemas gaseosos de tamao ordinario, la influencia

de la gravedad es tan insignificante que pasa desapercibida aun con mtodos

experimentales altamente refinados. Para un fluido de alta densidad, como un lquido,

el efecto es ms pronunciado y la presin ser diferente para diferentes posiciones

verticales en un recipiente.

Una columna de fluido (Fig. 2.10) con una seccin transversal A, y a una temperatura

uniforme T, est sujeta a un campo gravitacional que acta hacia abajo para dar a una

partcula una aceleracin g. la coordenada vertical z se mide hacia arriba a partir del

nivel de referencia donde z=0. La presin a cualquier altura z en la columna est

determinada por la masa total m del fluido por encima de esa altura. La fuerza hacia

abajo sobre esta masa es mg; esta fuerza dividida por el rea es la presin a la altura z:

=

(2.33)

Sea la presin a la altura z+dz, p+dp; entonces:

+ =

,

Donde m es la masa del fluido por encima de la altura z+dz. Pero

+ = o =

Si dm es la masa del fluido en la porcin entre z y z+dz. Por tanto,

+ =( )

=

Con la ecuacin (2.33), esta ltima se convierte en:

=

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Si es la densidad del fluido, entonces dm=Adz; utilizando esto en la expresin para

dp, tenemos:

= (2.34)

La ecuacin diferencial (2.35) relaciona el cambio en la presin, dp, con la densidad del

fluido, la aceleracin gravitacional y el incremento en la altura dz. El signo negativo

quiere decir que si la altura aumenta (dz es +) la presin del fluido disminuir (dp es -).

El efecto del cambio en la altura sobre la presin es proporcional a la densidad del

fluido; por tanto, es importante en los lquidos y despreciable en los gases. Si la

densidad de un fluido es independiente de la presin, como en el caso de los lquidos,

entonces la ecuacin (2.34) puede integrarse de inmediato. Debido a que y g son

constantes, salen de la integral y obtenemos

= ,

0

0

Que, una vez integrada, da:

0 =

Donde p0 es la presin en el fondo de la columna, y p es la presin a la altura z por

encima del fondo de la columna. La ecuacin (2.35) es la ecuacin usual para la presin

hidrosttica en un lquido.

Para aplicar la ecuacin (2.34) a un gas debe aceptarse que la densidad del gas es una

funcin de la presin. Si el gas es ideal, tendremos entonces, a partir de la ecuacin

(2.20), =Mp/RT.