CALCULOS

RESUMEN:La finalidad de esta prctica es calcular experimentalmente la capacidad calorfica y densidad de los gases, en este caso del cloroformo. Esta prctica se realiz a las condiciones de 756 mmHg de presin, una temperatura de 24 C y con un porcentaje de humedad relativa de 95%.

Bajo estas condiciones, en el caso de clculo de densidad, Primero determinamos la correccin para la desviacin de la idealidad (R) mediante la ecuacin de Berthelot y obtuvimos un valor de , con esto obtuvimos la densidad terica del cloroformo. Luego calculamos la presin baromtrica corregida igual a y el volumen del gas a condiciones normales igual a con esto dividiendo masa entre volumen pudimos hallar la densidad experimental del cloroformo , obteniendo un porcentaje de error igual a .

En el caso del calculo de capacidades calorficas, con los datos experimentales determinamos el (experimental) promedio, conociendo la relacin entre Cp, Cv y . obtuvimos Cv y Cp experimental igual a y respectivamente y comparando con los valore tericos, obtenidos en tabla, determinamos un porcentaje de error para el caso del Cv igual a y para el caso del Cp igual a

De esto se concluimos que para poder aplicar la ecuacin general de los gases para un gas ideal (cloroformo) se debe realizar una correccin en dicha ecuacin.Con la experiencia de esta prctica se recomienda ser cuidadoso al momento de realizarla, es muy importante instalar bien los equipos, tanto el de Vctor Meyer como el de Clement y Desormes.

INTRODUCCIN

Aunque vivimos inmersos en un gas, el aire que forma la atmsfera, pocas veces reparamos en l. Otro tanto ocurre con la mayora de los gases que se nos presentan diariamente: el vapor de agua al cocinar, el dixido de carbono que se forma en la combustin o el butano que sale de la cocina: normalmente no se ven y si uno se fija en ellos, al final se mezclan con el aire y parece que desaparecen. El primer cientfico que se fij en los gases, e incluso invent la palabra gas fue el filsofo belga Van HelmontUna vez que se reconocieron los gases como sustancias materiales, se comenz su estudio sistemtico.

Las densidades de los gases tienen muchas aplicaciones en la vida diaria, desde el cocinado de rosetas de maz hasta el pronstico del tiempo. Las rosetas de maz estallan porque la densidad del vapor de agua, como la de todos los gases, es del orden de 0.001 g/ml, mientras que la del agua lquida es 1 g/ml. Cuando el calor del aire caliente en un homo convierte el agua del corazn del maz en vapor, el volumen del agua aumenta unas 1000 veces casi instantneamente, y el corazn explota o se hincha.

En los explosivos se hace una aplicacin parecida de los grandes cambios de volumen. La nitroglicerina es el ingrediente activo de la dinamita* y es un ejemplo. Cuando explota la nitroglicerina, que es lquida bajo condiciones ordinarias, cada mol se convierte en 8 moles de productos gaseosos:

2C3H5(ONO2)3(l) 3CO(g) + 2CO2(g) + 4H2O(g) + 6NO(g) + H2CO(g)Se produce el calor suficiente como para elevar la temperatura hasta unos 5000 C. El resultado es un aumento casi instantneo de volumen en 2.4 x 104 veces. No es de extraar que las cosas vuelen en pedazos.

Un conocimiento amplio de las densidades de tales gases podra salvar vidas en caso de accidentes, como cuando se vuelca un camin que transporta cloro o amoniaco lquido, provocando la salida del gas. Si la densidad del gas es mayor que la del aire, como en el caso del cloro, el gas tender a asentarse en todos los puntos bajos, y uno debe tratar de llegar al lugar ms alto posible (correr cuesta arriba o trepar a un rbol). Si la densidad del gas es menor que la del aire, como en el caso del amoniaco gaseoso, el gas subir, y uno debe meterse en, la zanja ms cercana, o correr cuesta abajo.

El que sea ms denso que el aire es una propiedad que se aplica en los extinguidores de bixido de carbono. Tambin es no inflamable, y forma una capa protectora sobre un incendio, mantenindolo alejado del aire.

El vapor de agua es menos denso que el aire. Por consiguiente, el aire hmedo es un poco menos denso que el aire seco. La presin baromtrica es baja cuando el aire es hmedo, de modo que cuando la presin desciende se pronostica lluvia.

Los globos de aire caliente flotan por el cielo porque la densidad del aire caliente es menor que la del aire fri. Los dirigibles y los globos meteorolgicos se llenan con helio, que es mucho menos denso que el aire.

PRINCIPIOS TEORICOSGASES:Se denomina gas al estado de agregacin de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Gas. Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los lquidos y slidos, con respecto a los gases las fuerzas gravitatorias y de atraccin entre partculas resultan insignificantes.

I) GASES IDEALES:

Son gases hipotticos cuya composicin son molculas donde no existen fuerzas de atraccin ni de repulsin y cuyos choques son perfectamente elsticos (conservacin de momento y energa cintica), haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene. El volumen de cada molcula es insignificante respecto al volumen total y se ajustan a las Leyes de los Gases Ideales. Los gases reales que ms se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatmicos en condiciones de baja presin y alta temperatura.

1.-Ley general de los gases ideales

Donde:

= Presin.

= Volumen.

= Moles de gas.

= Constante universal de los gases ideales .

= Temperatura en Kelvin.

El valor de R depende de las unidades que se estn utilizando:

R = 0,082 atmlK1mol1 si se trabaja con atmsferas y litros

R = 8,31451 JK1mol1 si se trabaja en Sistema Internacional de Unidades

R = 1,987 calK1mol1

R = 8,31451 1010 erg K1mol1

De esta ley se deduce que un mol de gas ideal ocupa siempre un volumen igual a 22,4 litros a 0 C y 1 atmsfera. Tambin se le llama la ecuacin de estado de los gases, ya que solo depende del estado actual en que se encuentre el gas.

2.- Procesos gaseosos particulares

Procesos realizados manteniendo constante un par de sus cuatro variables (n, P , V, T), de forma que queden dos; una libre y otra dependiente. Segn cada caso, reciben los nombres:

a) Ley de Boyle - Mariotte

Cuando el volumen y la presin de una cierta cantidad de gas es mantenida a temperatura constante, el volumen ser inversamente proporcional a la presin: PV=K (Donde K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes).

b) Ley de Avogadro

Es aquella en el que las constantes son presin y temperatura, siendo el Volumen directamente proporcional al Nmero de moles (n)

c) Ley de Charles

A una presin dada, el volumen ocupado por un gas es directamente proporcional a su temperatura. Matemticamente la expresin:

O d) Ley de Gay-Lussac

La presin del gas, que se mantiene a volumen constante, es directamente proporcional a la temperatura:

Es por esto que para poder envasar gas, como gas licuado, primero se ha de enfriar el volumen de gas deseado, hasta una temperatura caracterstica de cada gas, a fin de poder someterlo a la presin requerida para licuarlo sin que se sobrecaliente, y, eventualmente, explote.

Ecuacin general de los gases ideales

Para una misma masa gaseosa (por tanto, el nmero de moles (n) es constante; n=cte), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presin y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

II) GASES REALES

Los gases reales no se expanden infinitamente, sino que llegara un momento en el que no ocuparan ms volumen. Esto se debe a que entre sus tomos/molculas se establecen unas fuerzas de atraccin molecular, debido a los cambios aleatorios de sus cargas electrostticas, a las que se llama fuerzas de Van der Waals. Los molculas de los gases reales tienen un volumen significativo respecto del total

El comportamiento de un gas suele concordar ms con el comportamiento ideal cuanto ms sencilla sea su frmula qumica y cuanto menor sea su reactividad, tendencia a formar enlaces.

1.- Ecuacin de Van der Waals (ecuacin de estado para gases reales)Para estudiar los gases reales con mayor exactitud, es necesario modificar la ecuacin del gas ideal, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volmenes moleculares finitos. Este tipo de anlisis fue realizado por primera vez por el fsico holands L.D. van der Waals en 1973. Adems de ser un procedimiento matemtico simple, el anlisis de van der Waals proporciona una interpretacin del comportamiento del gas real a nivel molecular.

En el gas real , las atracciones intermoleculares ejercidas por las molculas tienden a disminuir la presin, de manera que la presin real queda definida as :

donde a es una constante, n es el nmero de moles y V el volmen del gas:

Con respecto al volumen ocupado por las molculas del gas, cada molcula ocupa un nivel intrnseco finito, aunque pequeo, de manera que :

Donde n es el nmero de moles del gas b es una constante.

Tomando en cuenta las correcciones de presin y volumen, se vuelve a escribir la ecuacin del gas ideal en la forma siguiente:

Donde:

= Presin del gas ideal

= Volumen del gas ideal

= Moles de gas.

= Constante universal de los gases ideales

= Temperatura.

y son constantes determinadas por la naturaleza del gas .

2.- Ecuacin de Berthelot

Esta ecuacin corrige las desviaciones de la idealidad, es vlidad para presiones cercanas a 1 atm:

3.- Licuacin de gases

Es el proceso mediante el cual un gas cambia su estado al de lquido. Los gases se pueden licuar por la aplicacin de suficiente enfriamiento y compresin.

temperatura crtica: Es la mxima temperatura a la cual es posible licuar un gas sometido a cualquier cantidad de presin.

presin critica: Es la presin requerida para licuar un gas estando en su temperatura crtica.

volumen critico: Es el volumen ocupado por una mol de gas estando en la temperatura y presin crticas

3.- Densidad y peso molecular de los gases

a) Densidad absoluta. Masa que tiene una unidad de volumen de la sustancia.

b)Densisdad relativa . Relacin entre la densidad absoluta del gas y la densidad del aire

4.- Capacidad calorfica de los gases

La capacidad calorfica de un cuerpo es razn de la cantidad de energa calorfica transferida a un cuerpo en un proceso cualquiera por su cambio de temperatura correspondiente. En una forma menos formal es la energa necesaria para aumentar un grado su temperatura.

La capacidad calorfica no debe ser confundida con la capacidad calorfica especfica o calor especfico, el cual es la propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un cuerpo para almacenar calor,[ ]y es la razn de la capacidad calorfica entre la masa del objeto. Calor especfico de los gases

En el caso de los gases, ha de distinguirse entre calor especfico a volumen constante (cv) y a presin constante (cp). Por el primer principio de la termodinmica, y dado que el calentamiento de un gas a volumen constante no produce trabajo, se tiene que:

En el caso particular de gases diluidos, la vinculacin entre el calor especfico a presin y a volumen constante sigue la llamada relacin de J. R. Mayer (1814-1878):

siendo Nm el nmero de moles por unidad de masa y R la constante universal de los gases perfectos.

La relacin entre ambas , conocida como depende de si el gas es mono, di o poliatmico y puede determinarse experimentalmente mediante el mtodo de Clment y Desormes, realizando en el sistema, primero una expansin adibatica, y luego un calentamiento a volumen constante; para un sistema de este tipo se cumple:

y si el cambio de presin e pequeo, sabiendo que P = gh :

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALMateriales: Equipo de Vctor Mayer para densidad de vapor. Equipo para relacin de capacidades calorficas por el mtodo de Clment y Desormes. Bulbos pequeos, vaso de 100 mL, pipetas.

Reactivos :lquido orgnico voltil (cloroformo).

1.- Determinacin de la Densidad de Gases por el mtodo de Vctor Meyer

Instale el equipo de Vctor Meyer

Coloque agua en el vaso de 100 mL hasta 2/3 de su volumen (A), y dentro de ste el tubo de vaporizacin (B), manteniendo cerrada la llave de la bureta F y abierto el tapn E. Lleve al agua a ebullicin durante 10 minutos.

Mientras se est calentando el agua, pese una ampolla vaca, luego heche en ella una pequea cantidad de cloroformo, tape la ampolla y vuelva a pesar. Anote los resultados.

Cuando el agua est en ebullicin abra la llave (F) de la bureta y nivele el agua hasta la marca inicial de la pera (C).

Destape la ampolla y chela con todo el contenido dentro del tubo de vaporizacin y coloque inmediatamente el tapn E. A medida que baja el nivel de agua en la b Ureta iguale el de ela pera, hasta que el nivel de agua deje de bajar.

cierre rpidamente lallave F, espere 10 minutos y tome la temperatura del agua en la pera, lea el nivel de agua en la bureta, tomando como referencia la lectura realizada anteriormente.

2.- Relacin de Capacidades Calorficas por el mtodo de Clment y Desormes Arme el equipo mostrado, de forma que todas las uniones queden hermticamente cerradas.

Manteniendo cerrado B, abra A permitiendo el paso de gas por baln hasta tener un desnivel aproximadamente de 10 cm en el manmetro de agua, cierre B y lea la diferencia de altura exacta (h1)

Abra rpidamente B y cirrela en el momento en el que ambas ramas del manmetro se crucen.

Deje que se estabilice el lquido manmetrico y lea la nueva diferencia de altura h2.

Repita con diferencias distintas de alturas iniciales 4 veces mas

TABULACION DE DATOSCONDICIONES DE LABORATORIOPresin756 mmHg

Temperatura26C

Humedad Relativa95%

DATOS EXPERIMENTALES DENSIDAD DE GASES:Masa de la ampolla1.1840 g.

Masa de la ampolla ms cloroformo1.2418 g.

Volumen desplazado en la bureta13.5 ml

Temperatura de la pera24C

RELACION DE CAPACIDADES CALORFICAS:

1234

h11622.525.524.3

h24.86.38.97.3

DATOS TERICOS: (*1)Temperatura critica (TC) = 536.2 K

(*2)Presin critica (PC) = 54.20

(*3)Presin de vapor de agua a 24C = 22.377 mmHg

(*4)Relacin de capacidades calorficas = 1.36 RESULTADOS:DENSIDAD DE GASES

RELACION DE CAPACIDADES CALORFICAS

ERRORES:

DENSIDAD DE GASES:

RELACION DE CAPACIDADES ESPECFICAS

Para Cv:

Para Cp:

(*1)(*2) Separata dada en clase de fisicoqumica

(*3) http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf(*4) Pgina 336 /manual del ingeniero qumico

CLCULOSDensidad de gases:Trabajando a condiciones normales:P= 1atm o 760 mmhg

T= 237K

Hallando R

Reemplazando (2) en (1):

Hallando

Reemplazando (5) en (4):

Reemplazando (6) en (3):

Hallamos el porcentaje de error:

Relacin de capacidades calorficas: Hallando Cp y Cv tericos:

De:

Con los datos experimentales:

Utilizamos:

Reemplazando (10) en (9)

Hallamos el porcentaje de error:

Para Cv

Para Cp

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOSDe los resultados de esta prctica comparados con los datos tericos obtuvimos pequeos porcentajes de error y esto puede deberse a no haber instalado bien los equipos de trabajo tanto el de Vctor Meyer como el de Clement y Desormes. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCuando la presin no est muy separada de las condiciones en que se conoce la capacidad calorfica, las correcciones necesarias pueden ser despreciadas, ya que son de muy pequea magnitud.

A presiones altas, la densidad del gas aumenta, las molculas estn ms cerca entre si y las fuerzas de atraccin son considerables, en este caso hay mayor desviacin al comportamiento ideal.

El hecho de que las capacidades calorficas, a presin y a volumen constante, sea solo funcin de la temperatura no es aplicable completamente a los gases reales. Sin embargo, como todos los gases reales a bajas presiones y temperatura ambiente o superior a ella cumplen la ecuacin de estado del gas ideal, es til presentar los datos de capacidades calorficas en ese estado y realizar las correcciones necesarias para no idealidad mediante los mtodos termodinmicos apropiados.

Los gases reales cumplen con las leyes de los gases en determinadas condiciones.

Para predecir el comportamiento de los gases reales en condiciones poco apropiadas para suponer comportamiento ideal, se debe realizar una correccin en la ecuacin general de los gasesBIBLIOGRAFA http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_01800.html http://es.wikipedia.org/wiki/Gas http://fisica.laguia2000.com/termodinamica/ecuaciones-de-estado-ii http://es.wikipedia.org/wiki/Marcellin_Berthelot http://www.educaplus.org/gases/gasesreales.htmlAPNDICECUESTIONARIO:1. En que consiste el mtodo de Regnault para la determinacin de los pesos moleculares de las sustancias gaseosas?Este mtodo se usa para determinarlos pesos moleculares de las sustancias gaseosas a la temperatura ambiente, y se realiza as: una matraz de vidrio de unos 300 a 500 c.c. de capacidad, provisto de llave, se evacua y pesa, llenndolo a continuacin con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presin, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos representa 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 el peso molecular buscado mediante la ecuacin:

En un trabajo preciso se usa un bulbo ms grande para llenarlo y otro de contrapeso, y se corrigen las mediciones reducindose al vaco. 2. Explicar las diferencias y semejanzas que existen entre las isotermas de un gas real y de un gas ideal

Isotermas de gases reales

Se observa que a presiones ms altas hay mayor desviacin respecto al comportamiento ideal.

Se observa que a elevada temperatura (1000K) se acerca ms al comportamiento ideal y a baja temperatura (200k) se desva ms del comportamiento ideal. A presin baja y temperatura elevada, tiende mejor al comportamiento ideal.

Para este tipo de gases se observan desviaciones mayores a medida que la presin aumenta.

Isotermas de gases ideales

Se observa que la presin vara en forma inversamente proporcional a su volumen3. Explicar el efecto de la altura en un campo gravitatorio sobre la presin de los gases.Existe relacin de la altura con respecto al campo gravitacional sobre la presin, como bien se sabe a una mayor altura existe menos gravedad, y esto influye directamente.

A partir de relaciones distintas, obtenemos que para una mezcla de gases en un campo gravitacional, puede demostrarse que a cada uno de los gases obedece la ley de distribucin independientemente de los otros para cada gas

Donde pi es la presin del i-esimo gas de la mezcla a la atura z, p i 0 es la presin parcial del gas a nivel del suelo y Mi es la masa molar del gas. 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 mas 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 forman un mayor porcentaje de la atmsfera que a nivel del suelo.

Se puede estimar la composicin atmosfrica a diferentes altitudes utilizando la ecuacin.

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