Gases 1º Fiqui.docx

8/11/2019 Gases 1 Fiqui.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICA

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUMICA

LABORATORIO DE FISICOQIMICA I

GASES: DENSIDAD DE GASES

PROFESOR:

GARCA VILLEGAS, Vctor

INTEGRANTES:

1. Echevarria Urbizagastegui Enzo Eder 130701692. Alvarado Huanca, Manuel Augusto 13070

Fecha de realizacin de la prctica:Fecha de entrega de informe:

Lima-Per2014-II

MAR02FQ1-A


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Universidad Nacional Mayor de San Marcos

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ContenidoINTRODUCCIN .. . ..1 RESUMEN .............3

FUNDAMENTOS TEORICOS ..............................................................4MATERIALES Y REACTIVOS..5

DETERMINACIN EXPERIMENTAL......6-7

CLCULOS Y RESULsTADOS ...................................................... 7-12DISCUCIN DE RESULTADO......13

CONCLUSIONES.14

CUESTIONARIO.15-16

BIBLIOGRAFA.17


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INTRODUCCIN

En la prctica es ms difcil medir la densidad de un gas que la de un lquido, yaque para este ltimo fluido, existen muchos mtodos que nos permite obtenerresultados muy semejantes a la realidad.Y en efecto, los qumicos en la antigedad despreciaban tomar en consideracinla masa de los gases producidos en sus experimentos.

A pesar de las dificultades a la conllevara medir tanto las capacidades calorficasde un gas, como la densidad, en este experimento se ha de poder determinardichas propiedades mediante dos mtodos. Para hallar la densidad, usaremos elmtodo Vctor Meyer. En tanto para la capacidad calorfica usamos el mtodoClement y Desormes. Mtodos tiles para trabajar con gases.


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RESUMEN

La prctica realizada acerca de gases, tiene como objetivo el estudio de susprincipales propiedades, tales como densidad y capacidad calorfica.Las condiciones a las cuales se trabaj fueron las siguientes:Temperatura ambiente 19C, Presin baromtrica 756 mmHg y con 96% dehumedad.

En densidad de gases obtuvimos los siguientes resultados:

Pb = 755.3 mmHg, un volumen corregido a condiciones normales: 9.99ml; conestos clculos se hallaron 2 densidades: Densidad terica: 5.649 g/L y densidad

experimental: 5.415g/L. Hallndose un % error de 4.14%.En capacidades calorficas los siguientes datos:

Cp/Cv = 1.51 experimental; y un terico = 1.4, comparando ambos valores sehalla tambin un porcentaje de error: -7.86% y adems Cv = 6.5 , Cp = 9.8 (calmol-1 K-1).

Recomendamos mantener hermticamente cerrados los equipos de trabajo. Los

gases son fluidos que no tienen forma ni volumen definido.


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FUNDAMENTOS TEORICOS

A) GASES:Es uno de los estados de agregacin de la materia que est constituido por molculas las cualesse encuentran en constante movimiento catico ya que poseen alta energa cintica, debido a ello

poseen forma y volumen variable.

O GASES IDEALES:

Es toda sustancia gaseosa donde no existen fuerzas atractivas intermoleculares y donde el

volumen propio ocupado por las molculas es una fraccin insignificante frente al volumen

total ocupado por la masa gaseosa.

O GASES REALES:

Presentan fuertes atracciones intermoleculares siendo el volumen de las molculas significativo

respecto al volumen total. En los gases reales se aplica la Ecuacin de Vander Walls.

o ECUACIN DE VANDER WALLS.

El fsico holands Johannes Diderik van der Waals fue galardonado con el Premio Nobel deFsica en 1910. Interesado en la termodinmica, Waals desarroll una teora que vieneexpresada en la ecuacin de estado que lleva su nombre. The Nobel Foundation

La ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se comportanexactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Por ejemplo, un gasideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que se enfriara o comprimiera.Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases ideales, pV = nRT. Una de ellas,muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de estado de van der Waals (p + a/v2) (v -b) = RT, donde v = V/n, y a y b son parmetros ajustables determinados a partir de medidas


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experimentales en gases reales. Son parmetros de la sustancia y no constantes universales,puesto que sus valores varan de un gas a otro.

La ecuacin de van der Waals tambin tiene una interpretacin microscpica. Las molculasinteraccionan entre s. La interaccin es muy repulsiva a corta distancia, se hace ligeramenteatractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias ms grandes. La ley de los gasesideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas. Por ejemplo, larepulsin mutua entre molculas tiene el efecto de excluir a las molculas vecinas de unacierta zona alrededor de cada molcula. As, una parte del espacio total deja de estardisponible para las molculas en su movimiento aleatorio. En la ecuacin de estado, se hacenecesario restar este volumen de exclusin (b) del volumen del recipiente; de ah el trmino (v- b).

B) DENSIDAD DE LOS GASES Y SUS PESOS MOLECULARES:La ecuacin:

Se puede utilizar para determinar el peso molecular M de cualquier gas a partir de lasdeterminaciones de presin y volumen. Para obtener los pesos moleculares exactos es necesarioefectuar varias determinaciones a presiones cada vez menores y hacer una extrapolacin.

El mtodo de Vctor Meyer es muy conveniente para la determinacin aproximada de los pesosmoleculares de sustancias que se pueden pesar al estado lquido, evitndose el tener que pesarrecipientes muy voluminosos. Una cantidad determinada del lquido, contenido dentro de un

bulbo de vidrio, se evapora dentro de un tubo que contiene aire, calentando a temperaturaconstante, con lo cual se expulsa un volumen de aire equivalente al gas evaporado, el cual se

mide con una bureta de gases a una presin y temperatura conocidas.

C) CAPACIDAD CALORFICA:

Cuando se calienta un gas, absorbe energa que se traduce en un aumento de energa cintica detraslacin y en el caso de molculas poliatmicas, en un aumento de los movimientos vibratorios

PV = g RT

M


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y rotatorios. Si los tomos o molculas, son excitados a niveles electrnicos superiores, seabsorber, adems, una cantidad adicional de energa.

Existen dos tipos de capacidades calorficas:

o Capacidad calorfica a presin constanteCuando la presin se mantiene constante mientras se eleva la temperatura, lo que da origen a

que aumente el volumen de gas. El calentamiento se realiza en recipiente abierto.

o Capacidad calorfica a volumen constanteCuando el volumen se mantiene constante mientras se eleva la temperatura, lo que da origen a que aumente la presin del gas.El calentamiento se realiza en recipiente cerrado.La capacidad calorfica a presin constante es siempre mayor que la capacidad

calorfica a volumen constante puesto que se efecta un trabajo de presin volumen cuando se calienta una sustancia a presinconstante. La capacidad calorfica depende de las condiciones bajo las cuales se transfiere calor al sistema.

Proceso Adiabtico


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MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES.-Equipo de Victor MeyerEquipo para relacin de capacidadescalorficasReglaBulbos pequeosVasosPipetas

REACTIVOS.-Lquido voltil orgnico


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DETERMINACION EXPERIMENTAL1.- DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE GASES POR EL METODO DE VICTOR MEYER

- Una vez armado el equipo como se muestra en laimagen.

- Se procede a llenar el vaso con agua hasta 2/3 delvolumen y se calienta hasta ebullicin aprox. hasta10 min.

-Teniendo en consideracin que no est tapado eltubo de vaporizacin y teniendo abierta la llave de labureta.

- Mientras este calentndose el agua en el vaso, se pes una ampolla vaca, lacual nos servir de recipiente para nuestro liquido orgnico voltil(cloroformo).

- Para que el cloroformo ingrese a la ampolla se necesit calentarlo para quedentro de este se forme un vaco que rpidamente se llenara con cloroformo,para lograrlo despus de calentarlo se sumergi en una vaso lleno de

cloroformo como se muestra en la imagen.- Luego sellamos el cloroformo introducido calentndolo de nuevo y quebrandoel pico de la ampolla, con la ampolla sellada y sus restos se hizo otra pesada.

- Al finalizar introdujimos al tubo de vaporizacin la ampolla abierta yrpidamente lo tapamos y medimos la cantidad de agua que desplazo en labureta, es necesario mencionar que la presin que ejerce nuestro dedo almomento de taparlo se tom en cuenta y que debimos mantener la pera almismo nivel al que gradualmente bajaba el agua en la bureta.


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Tabla de volmenes de agua que se midi en la bureta

Volumen inicial de agua = V1 23 mL

Volumen final de agua = V2 11.1 mL

Volumen desplazado = V1 V2 11.9mL- 1mL(presin de dedo)= 10.9mL

=119.38 g/mol

Pc =54.004 atm

Tc =536.4 K

2.- RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS POREL METODO DECLEMENT Y DESORMES

- Una vez armado el sistema como en la imagen, se procede a brindarle gas(aire) con el inflador.- Para que el aire se mantenga en el recipiente y marque una altura en elmanmetro de agua se necesitaba que el agujero que se observa entre las

m1 = masa de la ampolla 0.5087 g

m2 = masa de la ampolla + cloroformo 0.5628 g

m2 - m1= masa del cloroformo 0.0541 g

Tf = Temperatura final de la pera 23C


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conexiones de tubos y el recipiente se mantuviera cerrado, para esousbamos nuestro dedo. Cuando se haca esto se notaba que al regresar almismo nivel se observa un desnivel que se tomara como otra altura.

-Al finalizar medimos diferencias de alturas de aprox. 10, 15, 20 y 25 cm con laayuda de una regla.

Altura de

10cm Altura de 15cm Altura de

20cm Altura de 25cm

H1(cm)

9.8 9.4 14.8 14.9 19.4 19.6 24.4 24.9

H2(cm)

3.3 2.6 5.5 5.6 7.1 7.9 9.7 9.8


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CALCULOS 1.- CLCULO DE LA DENSIDAD

- correccin de la presin baromtrica

( ) Dnde:

F : Presin de vapor a temperatura ambiente (21C)

H : % de humedad del aire

( )

-Clculo del volumen desplazado a condiciones normales

-Determinacin de la densidad terica del vapor a condiciones normalesUsando la ecuacin de Berthelot

* +


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+

A partir de la ecuacin de Berthelot calculamos el valor de la densidad terica aCN:

Al reemplazar

-Determinacin de la densidad experimental del vapor a condicionesnormales.

Densidad del cloroformo gaseoso % Error

terica

4.14exp.


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2.- CALCULO DE LA CAPACIDAD CALORIFICA-Relacin de capacidades calorficas

Ejemplo de clculo:


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DISCUSIN DE RESULTADOS

Para la presente prctica se hallaron errores que resultan ser considerablesrespecto a lo terico y lo obtenido en otras prcticas.

Estos se deben a diversos factores como por ejemplo, en el caso de la densidadde gases:

o A una mala lectura de volumen en el momento de la evaporizacin del

cloroformo.o El no haber colocado a tiempo el tapn cuando introducimos la ampolla con

el cloroformo.

De la misma manera para el caso de las capacidades calorficas del aire:

o El no sellar correctamente la llave B.o Al momento de tomar las alturas en las ramas manomtricas.o El no esperar que el sistema se estabilice.o El no sellar en el momento exacto del cruce del lquido manomtrico (agua).


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CONCLUSIONES

o La ecuacin de estado para un gas ideal, prescinde de la variable "z" yaque esta para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que estavariable tiene que ser diferente de uno, as que la formula queda de estaforma: pV=znRT.

o Para un gas ideal la variable "z" siempre vale uno, en cambio para un gasreal, "z" tiene que valer diferente que uno. El factor de compresibilidad Z esun factor que compensa la falta de idealidad del gas, as que la ley de losgases ideales se convierte en una ecuacin de estado generalizada.

o Los gases reales, a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales,

actan como gases ideales.

o El mtodo de Vctor Meyer consiste en hallar el volumen de vaporproducido por una cantidad pequea de lquido, cuyo peso es conocido,haciendo que desplace un volumen igual de aire en un aparato especial.

o En el experimento de la Relacin de Capacidades Calorficas, el rango delos valores que adquiere , debe estar entre 1,35 1,50.


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CUESTIONARIO

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

pesos moleculares de las sustancias gaseosas.El mtodo de Regnault 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

a una temperatura y presin, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de

pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenndoloy 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 con

contrapeso, y se corrigen las mediciones reducindolas al vaco.

2.-Explique que es la temperatura de Boyle.

La ley de Boyle es exacta solo para gases ideales. Los gases reales siguen la Ley

de Boyle a presiones hasta de 2 atmsferas con un error de unos 1.5%, cosa que

es despreciable. Si para un gas ideal trazamos un sistema de ejes coordenados, en

donde la ordenada representa el producto (PV) y la abscisa las presiones, se

obtendrn isotermas.

Para la mayora de gases reales, a temperaturas constantes, el producto (PV)

primero disminuye conforme aumenta la presin, pasa despus por un mnimo y

finalmente empieza a aumentar con el aumento de la presin. Para otros gases

como el hidrgeno y el helio, el producto (PV) aumenta continuamente con el

aumento de la presin sin pasar por un mnimo.


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No obstante para cada gas real hay una temperatura caracterstica de este, a la

cul (PV) permanece prcticamente igual cuando se aumenta su presin hasta

valores de presiones moderadamente altas. Entonces se denomina Temperatura

Boyle, porque el gas real obedece con gran exactitud la Ley de Boyle, dentro de un

sistema de variacin de la presin.

3.- Defina puntos crticos.

Es el conjunto de condiciones fsicas de presin, temperatura y volumen, a lascuales la densidad y otras propiedades del lquido y gas se vuelven idnticas, esdecir, es un punto a. una presin y temperatura dada donde fsicamente nopuede diferenciarse si se trata de gas o lquido. Estas propiedades crticas sonnicas (una sola presin, una sola temperatura) para una sustancia dada y serequiere para la determinacin de otras propiedades de la sustancia.La presin crtica, Pcr, y la temperatura crtica, Tcr, son medidas en el laboratorioy usualmente son desconocidas por lo que se requiere su determinacin pormedio de Correlacines, como la de Brown et al, para determinar las propiedadescrticas en funcin de la gravedad especfica del gas.


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BIBLIOGRAFA

LIBROS CONSULTADOS:

MARON Y PRUTTON, Fundamentos de Fisicoqumica, editorial Limuza, Dquinta reimpresin.

PONZ MUZZO GASTON Tratado de Qumica Fsica 2da edicin 1985 .

PGINAS CONSULTADAS:

www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico1.pdf

http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico2.pdf

http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/conserv_energia_calor2k1.pdf
http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico1.pdfhttp://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico1.pdf

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