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.

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.

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:

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:MONOATOMICODIATOMICO

Cv3R25R2

Cp5R27R2

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

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

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.

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.

V. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

Tabla N1: Condiciones ExperimentalesPresin atmosfrica (mmHg)Temperatura (C)%H.R.

7562596

DETERMINACIN DE DENSIDAD DE GASES

Tabla N2: Datos TericosDensidad terica del cloroformo a CN (g/L)Coeficiente de dilatacin adiabtica del aire ()

5.6551.40

Tabla N3: Datos ExperimentalesMasa de lquido utilizado (g)Volumen desalojado por gas (mL)

0,03487,6

RELACIN DE CAPACIDADES CALORFICAS

Tabla N4: Valores de para cada Altura Inicialh1 (cm)h2 (cm)exp

112.41.31

143.21.30

19.64.61.31

235.61.32

Tabla N5: Valores de Cp y C v Experimentales para cada Altura Inicialh1 (cm)Cp (cal/mol.K)Cv (cal/mol.K)

118.456.45

148.676.67

19.68.456.45

238.256.25

Tabla N6: Porcentajes de error:Densidad del cloroformoRelacin de capacidades calorficas

11.49%6.43%

VI. CLCULOS

DETERMINACIN DE DENSIDAD DE GASES

Corregimos la presin baromtrica:

Corregimos el volumen de aire desplazado a CN:

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

Primero corregimos el R:

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

Determinamos la densidad experimental del gas a CN:

Finalmente calculamos el porcentaje de error:

RELACIN DE CAPACIDADES CALORFICAS

De la ecuacin:

Determinamos sta relacin para cada altura inicial, ejemplo:

De la Tabla N4 calculamos el promedio:

Por teora sabemos:

Siendo f: grados de libertad vibracional de la molcula.

Entonces tenemos:

A partir de los valores de calculamos Cp y Cv experimentales:Por ejemplo, para h1 aprox=10:

Por ltimo calculamos el porcentaje de error:

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).

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.

IX. BIBLIOGRAFA

Pginas Webs visitadas:http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/7cloroformo.pdfhttps://prezi.com/wfbhehlkeodr/copy-of-pesos-moleculares-de-los-gases/http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Practica_5_Masa_Molar_26958.pdfhttp://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/gasreal.html Fisicoqumica, Gilbert W. Castellan

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.

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.

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:

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. Peroo

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:

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

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

Que, una vez integrada, da:

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.1

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