informe gases fisicoquimica terminado

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Profesor: Ing. Agerico Pantoja Cadillo Integrantes: Código: Flores Alvarez Ivan Adrian 13170065 Pimentel Ramos Lino David 12170044 Flores Marques Maricielo Escarleth 13170217 Caraza Cerron Astrid Yanely 13170138 Fecha de realización: 08 de septiembre de 2015 Fecha de entrega: 15 de septiembre de 2015 Turno: Martes de 10:00-12:00 horas. LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA TEMA: GASES

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Page 1: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Profesor: Ing. Agerico Pantoja Cadillo

Integrantes: Código:

Flores Alvarez Ivan Adrian 13170065

Pimentel Ramos Lino David 12170044

Flores Marques Maricielo Escarleth 13170217

Caraza Cerron Astrid Yanely 13170138

Fecha de realización: 08 de septiembre de 2015

Fecha de entrega: 15 de septiembre de 2015

Turno: Martes de 10:00-12:00 horas.

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA

TEMA: GASES

Ciudad universitaria 2015

Page 2: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

TABLA DE CONTENIDO

I. RESUMEN:..........................................................................3

II. OBJETIVO:..........................................................................5

III. FUNDAMENTO TEÓRICO:.................................................5

Gases ideales.............................................................................................................5

Gases reales...............................................................................................................6

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..................................7

IV.1 Materiales............................................................................................................7

IV.2 Reactivos.............................................................................................................7

IV.3 Procedimiento:...................................................................................................7

IV.3.1 Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor Meyer:.......................................................................................................................8

IV.3.2 Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y Desormes:................................................................................................................9

V. CALCULOS Y RESULTADOS.............................................9

V.1 Tablas de datos experimentales.......................................................................9

V.3 Cálculos..............................................................................................................11

V.3.1 Densidad del Gas (Cloroformo) por el método de Víctor Meyer:.........11

V.3.2 Relación de las capacidades caloríficas del aire por el método de Clément y Desormes.............................................................................................14

V.4 Tablas de resultados y % de errores..............................................................18

VI. CONCLUSION:..................................................................21

VII. DISCUSION:.....................................................................22

VIII. BIBLIOGRAFÍA................................................................22

1

Page 3: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

I.RESUMEN:

El objetivo principal de la práctica es el de determinar las principales

propiedades de los gases (CHCL3), como por ejemplo la de capacidad

calorífica, mediante el método de Clément y Desormes; o también la

propiedad de densidad, mediante el método de Víctor Meyer.

Según el método de Víctor Meyer:

Para determinar la densidad de gases, mediante el método de Víctor

Meyer, primero tenemos que corregir la presión barométrica, mediante la

siguiente fórmula:

P ´b=Pb−¿

(100−h)100

F ¿

Remplazando los valores, hallamos:

P´b=758.73mmH

También tenemos que corregir el volumen del aire desplazado a

condiciones normales:

PCN xV CNTCN

=PCLV CLTCL

V CN=0.0179 L

Luego determinamos la densidad teórica del vapor a condiciones

normales, según la ecuación de Berthelot:

R ´=R [1+ 9T CP

128 PcT (1−6T C2

T 2 )] Latmmol K

Luego de reemplazar los valores, de la ecuación de Berthelot, obtenemos:

R=58.87 LmmHgmol K

3

Page 4: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Luego determinamos la densidad del vapor a condiciones normales.

ρExperimentalCN = m

V CN…

ρExperimentalCN =8.0459 g

L

ρTeóricoCN = PM

R´ T

ρTeóricoCN =5.18 g

L

Para poder determinar el porcentaje de error, utilizaremos la siguiente

fórmula:

%E=|V t−V eV t |x100%%E=55%

Para poder hallar la relación de capacidades caloríficas, necesitaremos la

siguiente fórmula:

γ=CPCV

=h1h1−h2

γ exp=1.263

C v=9.47521calmol K

C p=11.46121calmol K

Luego hallaremos el porcentaje de error:

%E=|V t−V eV t |x100%%Error γ aire=9.784%

4

Page 5: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

%ErrorCv=86.078%

%ErrorC p=61.9225%

II. OBJETIVO:

Estudiar las principales propiedades de gases en este caso del

cloroformo CHCL3 y del aire, tales como densidad y capacidad

calorífica respectivamente.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO:

Un gas constituye el estado físico más simple de la materia, cuya

característica principal es que la sustancia llena completamente el

recipiente que la contiene. Por ello se dice que los gases son fluidos que

no tienen forma ni volumen definido.

Los gases se comportan de dos formas:

Los gases ideales.

Los gases reales.

Gases ideales

“Las moléculas de una gas ideal son puntuales, es decir son de forma

esférica y de dimensión (volumen) despreciable”1. “Un gas real tiende a un

comportamiento ideal a presiones bajas y temperaturas altas, porque a

dichas condiciones las fuerzas intermoleculares tienden a cero.”2

Ecuación universal de los Gases Ideales

1 Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 572, 2008.2 Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 574, 2008.

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Page 6: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Es denominada también ecuación de estado de los gases ideales, porque

nos permite establecer una relación de funciones de estado, que definen

un estado particular de una cierta cantidad de gas (n).

PV=nRT …(1)

Donde: n=WM

R → constante universal de gases

V → volumen del gas, debe medirse siempre en litros (L)

T → temperatura del gas, debe medirse en escala Kelvin (K)

P → presión absoluta del gas

Otras formas de expresar la ecuación universal:

PV=WMRT…(2)

Donde W es la masa en gramos del gas y M la masa molar del gas,

expresado en g/mol.

En función a la densidad (D=WV

) del gas tenemos:

PM=WVRT→PM=DRT …(3)

Gases reales

Presentan fuertes atracciones intermoleculares, siendo el volumen

significativo respecto al total. Estos gases no siguen la ecuación (1) y en

la (2) y (3) se reemplaza R por un R´.

Existen ecuaciones llamadas ecuaciones de estado, que corrigen las

desviaciones de la idealidad, entre ellas tenemos la de Berthelot.

R ´=R [1+ 9T CP

128 PcT (1−6T C2

T 2 )] Latmmol K…(4)

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Page 7: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Capacidades caloríficas de los Gases

La capacidad calorífica de una sustancia es el calor necesario para

elevar, en una unidad termométrica. Hay dos tipos de capacidad

calorífica: a presión constante y a volumen constante. La relación entre

ambas puede ser determinada experimentalmente mediante el método de

Clément y Desormes. Mediante este método, en un sistema a presión

superior a la atmosférica, se realiza una expansión diabática, y luego un

calentamiento a volumen constante; para un sistema de este tipo se

cumple:

CPCV

=ln P1−lnP0ln P1−lnP0

…(5)

Y si el cambio de presión es pequeño, sabiendo que p=ρgh:

γ=CPCV

=h1h1−h2

…(6)

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

IV.1 Materiales

1 Vaso de 600 mL.

1 Vaso de 250 mL.

1 Vaso de 50 mL.

1 Luna de reloj.

Ampolla de vidrio, pinza y termómetro.

IV.2 Reactivos

Cloroformo (CHCl3)

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Page 8: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

IV.3 Procedimiento:

IV.3.1 Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor

Meyer:

a) Instalamos el equipo como muestra la siguiente figura (fig. 4.1):

b) Colocamos agua en el vaso precipitado y manteniendo abierto el tapón

del tubo de vaporización y la llave de la bureta cerrada, dejamos que el

agua contenida en el vaso ya mencionado hierva durante 10 minutos.

c) Mientras esto ocurría, taramos la balanza con una ampolla sin muestra,

para luego pesarla pero cuando ésta ya contenía un chorrito de

cloroformo.

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Page 9: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

d) Abrimos la llave de la bureta igualamos los niveles de agua de ésta con

la pera. Colocamos el tapón al tubo de vaporización y observamos en

cuantos milímetros se desnivelaba el agua, tomamos nota y quitamos el

tapón.

e) Abrimos la ampolla y la colocamos en el tubo de vaporización,

inmediatamente cerramos este tubo con el tapón. A continuación, una vez

que el agua deja de descender igualamos los niveles.

f) Cerramos la llave de la bureta y esperamos 10 minutos, a continuación

tomamos la temperatura del agua contenida en la pera.

IV.3.2 Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y

Desormes:

a) Armamos el equipo así como lo muestra la siguiente figura (fig. 4.2):

b) Tapamos B con el dedo y con ayuda del balón otorgamos gas al

sistema. Bombeamos hasta que el desnivel de agua en el manómetro sea

de 10 centímetros.

c) Destapamos B y la tapamos inmediatamente en el momento en el que

ambas ramas del manómetro se cruzan por primera vez.

d) Esperamos que se estabilice el líquido manométrico y leemos la nueva

diferencia de alturas.

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Page 10: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

e) Realizamos el mismo procedimiento con las siguientes diferencias de

alturas iniciales: 15, 20 y 25 cm.

V. CALCULOS Y RESULTADOS

V.1 Tablas de datos experimentales

Tabla 4.1: Condiciones experimentales de laboratorio

P(mmHg) T(ºC) %HR

756 24 94

Tabla 4.2: Determinación de la densidad de gases por el método de

Víctor Meyer

M CHCL3 (g) 0.1641

V del agua desplazado (mL) 19.4

T H2O en la pera (K) 24

Tabla 4.3: Relación de las capacidades caloríficas por el método de

Clément y Desorme

10h1 (cm) h2 (cm)

12.1 2

10.8 1.8

h1 (cm) 11.45 h2(cm) 1.9

1514.6 3.5

15.0 2.9

h1 (cm) 14.8 h2(cm) 3.2

2019.0 3.7

21.0 4.5

h1 (cm) 20 h2(cm) 4.1

h1 (cm) h2 (cm)

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Page 11: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

2527.0 4.9

28.3 5.8

h1 (cm) 27.65 h2(cm) 5.6

V.2 Tablas de datos teóricos

Tabla 4.4: Datos del cloroformo3

Temperatura crítica (K) 536.15

Presión crítica (mmHg) 41192

Peso molecular (g/mol) 119.38

Tabla 4.5: Datos del agua4

Temperatura crítica (K) 647.130

Presión crítica (mmHg) 165984

Densidad (g/mL) 0.323

Tabla 4.6: Datos del aire5

Temperatura crítica (K) 132.45

Presión crítica (mmHg) 28272

Densidad (g/mL) 0.35

V.3 Cálculos

V.3.1 Densidad del Gas (Cloroformo) por el método de Víctor

Meyer:

a) Corrección de la presión barométrica de la fórmula:

3 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp1354 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp1355 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135

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Page 12: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

P ´b=Pb−¿

(100−h)100

F…(7)¿

Siendo:

P´b, Pb : presión barométrica corregida y presión barométrica,

respectivamente.

F : presión de vapor de agua a temperatura ambiente.

h : %de humedad en el aire

Datos:

Pb=756mmHg

h =94%

F =21.07 mmHg6

Reemplazando en (7):

P ´ b=756−(100−94100 )21.07P´b=758.73mmHg…(8)

b) Corrección del volumen de aire desplazado a condiciones normales

(CN) ,273.15K, 760mmHg.

De la fórmula:

PCN xV CNTCN

=PCLV CLTCL

… (9)

Siendo:

CN: condiciones normales

CL: condiciones de laboratorio

6 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp57

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Page 13: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Datos:

PCN = 760 mmHg

TCN = 273.15 K

VCN = ?

PCL = P´b=758.73mmHg

TCL = 297 K

VCL = 19.4 mL

760mmHg×V CN273.15K

=758.73mmHg×19.4mL297K

V CN=1.783mL×1 L

103mL=0.0178 L

c) Determinar la densidad teórica del gas a CN, usando la ecuación de

Berthelot:

De la ecuación (3)

ρTeóricoCN = PM

R´ T

Ecuación de Berthelot: ec (4)

R ´=R [1+ 9T CP

128 PcT (1−6T C2

T 2 )] Latmmol K

Siendo:

R´ = constante corregida

R = Constante de los gases ideales

TC, PC = Temperatura y presión crítica del gas

T y P= Temperatura y presión del gas

13

Page 14: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

Reemplazando datos en (4)

R ´=62.32 LmmHgmol K [1+ 9(536.15K×21.028mmHg)128(41.192mmHg×296.15) (1−6 ( 536.15K296.15K )

2)]R ´=58.87 LmmHg

mol K

Reemplazando R´en (3)

ρTeóricoCN =

760mmHg×119.38gmol

62.2452LmmHgmol K

×273.15

ρTeóricoCN =5.18 g

L

d) Determinamos la densidad experimental del gas a CN, dividiendo la

masa entre el volumen corregido.

ρExperimentalCN = m

V CN… (6 )

ρExperimentalCN =0.1641g

19.4 L

ρExperimentalCN =8.045 g

L

V.3.2 Relación de las capacidades caloríficas del aire por el método de Clément y Desormes

a) Determinamos la relación de capacidades caloríficas por el método de

Clement y Desormes.

*Para una altura teórica de h=10cm

h1(cm) h2(cm)

1 12.1 2

2 10.8 1.8

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Page 15: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

→Hallamos el promedio para ambas alturas

h1=12.1+10.8

2=11.45 cm

h2=2+1.82

=1.9cm

→ Sabiendo el promedio, hallamos σ n−1

σ h1n−1=√ (11.45−12.1)2+(11.45−10.8)2

2−1

σ h1n−1=0.91923

σ h2n−1=√ (1.9−2)2+(1.9−1.8)2

2−1

σ h2n−1=0.1414

→ Ahora hallamos ∆ h=σn−1

√n… (10)

∆ h1=0.91923

√2=0.6499

∆ h2=0.1414

√2=0.0999

→ Ahora hallamos γ 10=h1h1−h2

…(11)

γ 10=γ10±∆ γ10

γ 10=h1h1−h2

= 11.4511.45−1.9

=1.19895

15

Page 16: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

∆ γ=√( ∆h1h1 )2

+(∆ h2h2 )2

+…+(∆hnhn )2

n…(12)

∆ γ10=√( 0.649911.45 )2

( 0.09991.9 )2

2

∆ γ10=0.4914

γ 10=1.19895±0.4914

*Para una altura de h=15cm

h1(cm) h2(cm)

1 14.6 3.5

2 15.0 2.9

→Promedio de las alturas

h1=14.8cm

h2=3.2cm

→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)

∆ h1=0.1797

∆ h2=0.6198

→ Ahora hallamos γ 15 con la ecuación (11)

γ 15=1.1930

Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ15=0.1322

γ 15=1.1930±0.1322

*Para una altura de h=20cm

16

Page 17: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

h1(cm) h2(cm)

1 19.0 3.7

2 21.0 4.5

→Promedio de las alturas

h1=20cm

h2=4.1cm

→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)

∆ h1=0.4498

∆ h2=0.8718

→ Ahora hallamos γ 20 con la ecuación (11)

γ 20=1.1518

Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ20=0.1684

γ 20=1.1518±0.1684

*Para una altura de h=25cm

h1(cm) h2(cm)

1 27.0 4.9

2 28.3 5.8

→Promedio de las alturas

h1=27.65cm

h2=5.35cm

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Page 18: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)

∆ h1=0.6382

∆ h2=1.6181

→ Ahora hallamos γ 25 con la ecuación (11)

γ 25=0.1077

Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ25=0.1322

γ 15=1.3758±0.1077

*Hallamos Cp y Cv teóricos:

Sabiendo que:

CpC v

=γaire=1.4… (13)

C p−C v=R… (14 )

Cp=1.4Cv

1.4Cv-Cv=0.082

0.39C v=0.082Latmmol K

×1cal

4.129×10−2atm L

C v=5.0922calmol K

C p=7.0782calmol K

*Ahora hallamos Cp y Cv experimental tenemos:

γ exp=1.263

γ exp=CpCv

=1.263

18

Page 19: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

C p−C v=0.082Latmmol K

×1cal

4.129×10−2atm L

1.2096C v−C v=1.9861calmol K

0.2096C v=1.9861calmol K

C v=9.47521calmol K

C p=11.46121calmol K

V.4 Tablas de resultados y % de errores

Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor Meyer

%E=|5.18−8.0455.18 |×100%%E=55%

Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y

Desormes

Tabla 4.7 Resumen de Cálculos para (10 cm)

h1(cm) h2(cm)

h 11.45 1.9

∆ h 0.6499 0.099

γ 10 1.19895

∆ γ 0.4914

γ 10±∆ γ 1.19895±0.4914

Tabla 4.8 Resumen de Cálculos para (15 cm)

h1(cm) h2(cm)

h 14.8 3.2

19

Page 20: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

∆ h 0.1797 0.6198

γ 15 1.1930

∆ γ 0.1322

γ 15±∆ γ 1.2130±0.1327

Tabla 4.9 Resumen de Cálculos para (20 cm)

h1(cm) h2(cm)

h 20 4.1

∆ h 0.4498 0.8718

γ 20 1.1518

∆ γ 0.1684

γ 20±∆ γ 1.1818±0.1684

Tabla 4.10 Resumen de Cálculos para (25 cm)

h1(cm) h2(cm)

h 27.65 5.6

∆ h 0.6382 1.6181

γ 25 1.3758

∆ γ 0.1077

γ 25±∆ γ 1.3758±0.1077

%E=¿

%Error γ aire=|1.4−1.261.4 |×100%

%ErrorCv=|5.0922−9.47525.0922 |×100%

20

Page 21: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

%ErrorC p=|7.0782−11.46127.0782 |×100%%Error γ aire=9.784%

%ErrorCv=86.0728%

%ErrorC p=61.9225%

21

Page 22: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

VI. CONCLUSION:

En el siguiente laboratorio, hallamos el volumen corregido

saliéndonos el valor teórico de 17.83 ml y nuestro valor

experimental, medido por el desplazamiento del agua de la bureta,

19.4 ml, por lo cual nuestro porcentaje de error -8.09%, un error en

exceso.

En este laboratorio también hallamos la densidad teórica del

cloroformo saliéndonos 5.8 g/L y nuestro valor experimental 8.045

g/L, siendo nuestro porcentaje de error de 55%, porcentaje en

defecto, por motivos como el mal pesaje de la masa del cloroformo,

como también la del volumen desplazado.

En este laboratorio hallamos el coeficiente adiabático que por

método experimental obtuvimos 1.263 y por un dato teórico

sabemos que es 1.4, por lo cual nuestro porcentaje de error es de

9.78%, un porcentaje de error en defecto.

RECOMENDACIONES

Instalar bien los equipos con los que se va a trabajar, en este caso

el de Victor Meyer y el de Clement y Desormes.

Verificar en ambos equipos que las conexiones, deben de estar

herméticamente cerradas.

Estar atentos en el experimento de Victor Meyer, al momento de

destapar la ampolla para que no se escape el gas.

En el experimento de Clement y Desormes, tener bien presionada

la manguerilla para que no escape gas, y cerrar rápidamente el

tubo de la tapa, ni bien crucen los líquidos, para evitar márgenes

de error, para ello nuestra velocidad de reacción debe ser pronta.

22

Page 23: Informe Gases Fisicoquimica Terminado

VII. DISCUSION:

El porcentaje de error obtenido en el primer experimento fue debido

a que no se tuvo la rapidez necesaria al colocar la ampolla con el

cloroformo dentro del tubo de ensayo sumergido en agua caliente.

En el caso del experimento de la relaciones de las capacidades

caloríficas no se tuvo el cuidado ni rapidez al momento de cerrar la

entrada de aire y luego al observar el cruce de los meniscos.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

1. Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y

aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 572, 2008.

2. Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y

aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 574, 2008.

3. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135

4. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135

5. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135

6. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp57

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