Laboratorio de Fisicoquimica I Cdigo: MA-08hrs F.Q. I-(A)

Laboratorio de Fisicoquimica I Cdigo: MA-08hrs F.Q. I-(A)

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICAE.A.P. INGENIERIA QUIMICA

Laboratorio de Fisicoqumica IPrctica de Laboratorio N1GASES INTEGRANTESDagnino Reyes Eric BryanSanchez Perez Giselle Andrea

PROFESOR:Francisco Torres DiazFecha de realizacin: 8 de SeptiembreFecha de entrega: 15 de Septiembre2015 IINDICE

Introduccin.3

Resumen..4

Marco Terico..5

Detalles experimentales11

Tabla de datos y resultados.14

Calculos16

Analisis de resultados20

Conclusiones y recomendaciones...21

Cuestionario.22

Bibliografa24

Apendice...25

INTRODUCCIN

La finalidad de conocer sus propiedades ms caractersticas es, para tener un conocimiento ms preciso de la sustancia que se va a emplear, y predecir su comportamiento, de pendiendo de su grado de pureza, densidad y capacidad calorfica, etc. Si mencionamos la utilidad de los gases en la industria, sta es muy diversa y tiene un sinnmero de aplicaciones como producto principal o simplemente como un aditivo en el proceso para la fabricacin de otro producto.Por ejemplo, en la fabricacin de combustibles gaseosos, stos combustibles son inodoros en estado puro, por lo que se les adiciona azufre para identificarlo en una posible fuga, entre stos tenemos gases como: el gas de hulla, que se genera de la destilacin destructiva del carbn, antiguamente se usaba un derivado del coque, como el gas de alumbrado, que hoy apenas tiene importancia; elgasdeproductores un tipo de gas de agua (gas obtenido mediante procesos de vapor de agua, toxico debido a su contenido de CO, N2,CH4,CO2.), se produce quemando combustible de baja calidad (como lignito o carbn bituminoso) resultando un gas que contiene alrededor de un 50% de nitrgeno; el gas natural, que se extrae generalmente de los yacimientos depetrleo, ya que siempre que hay ste hay gas natural asociado, pero tambin hay pozos que proporcionan solamente gas natural, antes de su uso comercial se le deben extraer los hidrocarburos ms pesados, como el butano y el propano, dejando slo el gas seco, compuesto por los hidrocarburos ms ligeros, metano y etano, el que tambin se emplea para fabricar plsticos, frmacos y tintes; el gas embotellado, se produce a partir de los hidrocarburos pesados ya mencionados, incluido el pentano, o mezclas de esos gases, los que se lican para almacenarse en tanques metlicos, que pueden utilizarse cocinas o estufas en localidades carentes de suministro centralizado de gas (como en nuestra capital). Por otro lado tambin poseen un uso particular como el dixido de carbono que es usado en algunos extinguidores para controlar y extinguir el fuego durante un incendio, y tambin se le utiliza en la fumigacin de ciertas plantas como el tabaco; el gas de aceite, del cual se producen los alquitranes que se usan para pavimentar las carreteras; el gas sulfuroso, usado en la fabricacin de azcar de remolacha, y tambin es utilizado en el blanqueo de las frutas; los gases inertes , que se utilizan como medio para la transmisin del calor, sin que reaccionen y as no alteren el proceso industrial; y para todo ello tambin tenemos que purificar los gases que se van a utilizar, ya que en nuestro medio no se encuentran sustancias puras, como refiere la teora, slo mezclas de ellas, y muchas veces slo se alcanza un mximo grado de pureza, que depende del proceso que se utilice, o simplemente cuando la sustancia requerida es muy costosa para el proceso, se usan sustitutos que posean similares propiedades que la sustancia mencionada, por lo cual tambin es til conocer las propiedades de stos gases.

RESUMENLa finalidad de esta prctica experimental fue el estudio de dos de las propiedades ms importantes en los gases, que son:

La densidad, usando el mtodo de Victor Meyer, en la cual se llen en una ampolla, una muestra de 0.2063 g (CHCl3), mientras, se calent el agua en donde se sumergi el bulbo del equipo, se ajustaron las condiciones iniciales y se verti la muestra en el bulbo, lo cual desplaz 21 mL de agua, lo cual, luego de realizar los respectivos clculos, nos dio como resultado una densidad experimental de 0.00982.

La capacidad calorfica, usando el mtodo de Clment y Desormes, en la que bombearemos aire a un baln conectado a un manmetro (agua), que posee una vlvula para que escape el gas, anotando alturas iniciales y otras secundarias, cuando se estabiliza luego de abrir sta vlvula por un momento, con todo ello se calcularon las Cp y Cv experimentales.

MARCO TERICO:

GASESSe denomina gas al estado de agregacin de la materia en el que las sustancias no tienen forma ni volumen propio, adoptando el de los recipientes que las contienen. Las molculas que constituyen un gas casi no son atradas unas por otras, por lo que se mueven en el vaco a gran velocidad y muy separadas unas de otras.El estudio de gases se clasifican como:Gases idealesLos primeros estudios fisicoqumicos realizados a partir del siglo 17 involucraron el estudio de los gases, debido a que stos responden en forma ms dramtica a cambios en el ambiente que los lquidos y los slidos. La mayora de estos primeros estudios estuvieron focalizados en las variaciones de presin, temperaturas y volumen de una determinada porcin de gas (relaciones p-V-T). La ms simple es la Ley de Boyle-Mariotte:PV = cteAnlogamente, Gay-Lussac report la relacin inversa entre el volumen y la temperatura:V/T = cteY la Ley Combinada es:PV/T = cteNecesitamos solamente determinar el valor de la constante de la ley anterior. Esto pude ser realizado midiendo el producto PV de n moles de un gas a muy baja presin y a una temperatura fija:

lim PV/n = P 0Donde = RT, y R es la constante de los gases ideales igual a 8.31441 [J/K/mol].

Ahora podemos enunciar la ecuacin de estado para un gas ideal, tambin conocida como Ley de los Gases Ideales:PV = nRTY expresada molarmente, donde V-raya es el volumen molar:PV = RTDe esta ley se deducen las isotermas de un gas ideal:

Ley de Dalton o de las Presiones Parciales:La presin de una mezcla (o solucin) de gas es igual a la suma de las presiones parciales de los gases que la componen.PT = P1 + P2 + P3 + + Pn = (Pi)Presin parcial es la presin que ejercera un gas si estuviese solo ocupando todo el volumen de la mezcla a la misma temperatura:Pi = Xi PT

Gases RealesEl modelo de gas ideal permite definir un marco de referencia para estudiar el comportamiento de los gases. En algunas ocasiones, podremos modelar los gases geolgicos utilizando Leyes Ideales; sin embargo, es de gran importancia tener una nocin de las desviaciones que sufren stos bajo determinadas condiciones de temperatura, presin y volumen. Los gases naturales o reales presentan las siguientes desviaciones del comportamiento ideal:- Para altas presiones: V real > V ideal- Para moderadas presiones: V real < V ideal- Para moderadas temperaturas: V real > V ideal

Estas desviaciones aparecen producto de la diferencia de volumen, por lo que definiremos el factor de compresibilidad (Z), que corresponde a una medida de la no-idealidad en el comportamiento de un gas:

Para un Gas Ideal, el factor de compresibilidad es unitario, mientras que para Gases Reales es mayor o menor que 1. Ejemplos para el H2O, CO2 y O2 gaseosos:

Ecuacin de Van der Waals

Dnde a es la correccin de la interaccin y b del volumen.Ecuacin de Berthelot

Donde:P= Presin (atm, bar, mmhg, pascal, tor)V=Volumen (Litros)n=Nmero de moles (mol)R= Constante universal de los gasesT=Temperatura en KelvinR=Constante corregidaPc=Presin crtica del gasTc=Temperatura crtica del gas

DENSIDAD DE GASESLa densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relacin entre la masa y el volumen de un cuerpo.

Densidad relativa: es la relacin existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades).

T = / 0

Donde: T : es la densidad relativa : es la densidad de la sustancia, y 0 : es la densidad de referencia o absoluta.CAPACIDAD CALORFICA DE GASESLa capacidad calorfica de una sustancia es el calor necesario para elevar, en una unidad termomtrica, la temperatura de una unidad de masa de dicha sustancia. Existen 2 tipos de capacidad calorfica: a presin constante y volumen constante y esto depende si es gas es mono, di, o poliatmico.Mediante el mtodo de Clement y Desormes en un sistema a presin superior a la atmosfrica se realiza una expansin adiabtica y luego un calentamiento a volumen constante; para un sistema de este tipo de cumple:

Y si el cambio de presin es pequeo, sabiendo que p= gh:

La capacidad calorfica de una sustancia tiene un valor mayor si se lleva a cabo a presin constante, que si es realizada a volumen constante. Toda vez que al aplicar presin constante a una sustancia, sta sufre un aumento en su volumen, lo que provoca una disminucin en su temperatura y, consecuentemente, necesitar ms calor para elevarla.

A volumen constante, todo el calor suministrado a la sustancia pasa a aumentar la energa cintica de las molculas, por lo tanto la temperatura se incrementa con mayor facilidad.Es evidente que mientras ms alto sea el valor de la capacidad calorfica de una sustancia, requiere mayor cantidad de calor para elevar su temperatura.

DETALLES EXPERIMENTALES:

PRIMERA PARTE:Determinacin del la densidad de gases por el Mtodo de Vctor Meyer.

1. Instalar el equipo compuesto por un vaso, una bureta, una pera, tubo de ensayo con desprendimiento lateral (tubo de vaporizacin), estufa tal como se muestra a continuacin.

2. El vaso deber contener agua (aproximadamente 2/3 de su volumen). El agua contenida en la bureta deber igualar sus extremos tanto en la pera como en la bureta. Para ellos se deber abrir la llave de la bureta.

3. Pese en la balanza analtica electrnica la masa de cloroformo que aparece contenido en una ampolla de vidrio. Para este propsito deber pesar primero el frasco con la sustancia en su interior, y posteriormente el frasco sin la sustancia, para obtener por diferencia la masa de cloroformo en cuestin.

4. Para evitar errores en los clculos coloque el tapn al tubo de vaporizacin de manera que se produzcan variaciones en los niveles del lquido. Este procedimiento deber repetirse hasta que tal variacin de niveles no sea mayor de 0.2 ml, entonces podremos iniciar el experimento.

5. Vierta el cloroformo en el tubo de vaporizacin y coloque inmediatamente el tapn de manera que no permita la fuga de vapor de cloroformo.

6. A medida que decrezca el nivel del agua en la bureta iguale el nivel de la pera (coloque la pera a una altura menor) hasta que el nivel de agua detenga su descenso.

7. El cloroformo que ha pasado a estado gaseoso ejerce presin en el lquido, al cual ha desplazado ocupando un cierto volumen. Cierre la llave de la bureta. Luego de 10 minutos aproximadamente, realice una recopilacin de los siguientes datos: temperatura del agua en la pera, y variacin de nivel de agua en la bureta. Ello constituye todo el proceso.

SEGUNDA PARTE: Determinacin de la capacidad calorfica (Cp y Cv) por el mtodo de Clement y Desormes.1. Instale el equipo tal como se muestra en la figura.

2. Inicie el experimento suministrando aire al equipo con el inflador. Esto con el objetivo de provocar en el manmetro que contiene agua, una diferencia de nivel de 10 cm. Observe que existe un orificio abierto (O), por esta razn, para evitar la fuga de gas, debe mantenerlo cerrado mientras se ingresa aire al equipo (tpelo con el dedo).

3. Una vez logrado el desnivel requerido, obstruya (presione con los dedos) el tubo (en el punto E, por ejemplo) con el objetivo de no permitir que el aire escape.

Es posible que al suministrar aire al equipo no consiga exactamente la diferencia de niveles que usted desea. En caso que haya logrado menos de lo que usted desea, deber bombear ms aire. En tanto, si ha excedido la diferencia de nivel que usted requera deber ir soltando un poco del aire (soltando el tubo por un pequeo instante) con mucho cuidado hasta lograr el desnivel objetivo.

4. Una vez lograda la diferencia de alturas de aproximadamente10 cm. Mida con exactitud de cuanto realmente es la diferencia de alturas. Esta altura inicial la caracterizaremos como h1.

5. El siguiente paso requiere de cierta habilidad para su realizacin. Una vez medido el desnivel inicial, deber retirar el dedo que obstrua el orificio (O) para permitir la salida de aire. Ello ocasionar que el agua en el manmetro se mueva buscando su posicin original. En el instante en el que el extremo superior se cruce con el extremo inferior, debe obstruirse nuevamente el orificio (O). Una vez que el lquido se haya estabilizado, mida la nueva diferencia de alturas, la cual caracterizaremos como h2. Ello constituye todo el proceso.

6. Debe repetir esta experiencia varias veces. Primero con una diferencia de alturas inicial de 9.4 cm (4 medidas que sern promediadas), posteriormente con diferencias iniciales de 14.3, 15 y 20.3 cm.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS:

Condiciones Ambientales

Presin (mmHg) Temperatura (C)% Humedad Relativa

756 2394

Determinacin de densidad de gasesMtodo de Vctor Meyer

Valores Experimentales

Volumen del gas (mL)21

Temperatura del sistema (C)26

Masa del Cloroformo (g)0.2063

Resultados Obtenidos

PropiedadesValores experimentales

Presin (mmHg)754.486

Volumen (mL)23.011

Densidad (g/L)9.823

Relacin de capacidades calorficas Mtodo de Clemer y Desormes

Valores experimentales

h (cm) h1 (cm) Teorico%Error

9.4 1.61.2051.413.93

14.3 2.41.1921.414.86

15 2.31.1901.415

20.3 5.41.3621.42.71

Porcentaje de error

Metodo de Victor MeyerPropiedadesValor tericoValor experimental%error

Presin (mmHg)7600.7255

Volumen (mL)19.22825-30.018

Densidad (g/mL)0.007110.00982-38.11

CALCULOSExperimento de Vctor Meyer1. Corrigiendo la presin baromtrica

Reemplazando

mmHg

2. Corrigiendo el volumen del aire desplazado a C.N

Reemplazando

3. Determinando la densidad experimental del gas a CN, dividiendo la masa entre el volumen corregido.

4. Por medio de la ecuacin de Berthelot hallamos la densidad.

Tc = 536.4KPc = 53.79 atm

Reemplazando = 5.108 g / LExperimento de Clment y Desormes

Para

Para

Para

Para

Sacando promedio ponderado

ANALISIS DE RESULTADOSAnalizando los resultados obtenidos en el experimento de Vctor Meyer determinamos un gran porcentaje de error en la densidad del gas, este error es con respecto al valor terico prctico.Este error se puede a ver dado debido a una mala ejecucin del experimento, al momento de hervir el agua y evaporar por completo el cloroformo, o al cometer un error en la observacin del volumen desalojado.Con respecto al experimento de Clement y Desormes los resultados obtenidos nos dan una idea del comportamiento ideal de un gas debido que el valor obtenido del gamma luego del experimento era cercano al de la relacin Cp/Cv para un gas diatmico.

Conclusiones Y RECOMENDACIONES

Los errores obtenidos en el experimento de Meyer se puede deber a una mezcla de gases, ya que no se genero el vaco necesario al usar el pomo.

Al efectuar varias veces el experimento de Clement y Desormes pudimos ver la tendencia de un gas real a un valor determinado en para la relacin calorfica, cuyo valor seria nico para un gas ideal.

Generar un buen vacio no dara un menor ndice de error, debido a la inclusin de cualquier masa gaseosa no deseada.

CUESTIONARIO:

1.- En que consiste el mtodo de Regnault para la determinacin de los pesos moleculares de las sustancias gaseosas?En qu consiste el mtodo deRegnault para la determinacin de los pesos moleculares delas sustancias gaseosas .Este mtodo 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 auna temperatura y presin, procediendo a pesarlo denuevo. 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 as obtenidos, se deduce elpeso molecular buscado mediante la ecuacinDRTP

M =

En un trabajo preciso se usa un bulbo ms grande para llenarloy otro de contra peso, y se corrigen lasmediciones reducindolas al vaco.

Explicar la diferencia y semejanzas que existen entre las isotermasde 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.Explicar el efecto de laaltura de un campo gravitacional sobre la presin de los gases.

P=Pa t+pgH

La altura o diferencia de altura que se tiene entre dos puntos genera un aumento odisminucin de la presin. De la ecuacin planteada podemos deducir que la altura Hinterviene en el diferencial depresin que se tendr debido a la ubicacin del gas.2.- Explique que es la temperatura de Boyle La temperatura de Boyle es la temperatura a la cual el segundo coeficiente del virial se hace nulo. Representa un punto en el que el gas se comporta de forma ms ideal que en otras ocasiones. La curva de Boyle es el lugar de los puntos del plano p,T en los que se cumple la condicin: . Un gas ideal cumple esta condicin en todo el plano p,T. La temperatura de Boyle es el lmite de la curva de Boyle a presin cero.3.- Defina el punto critico (Pc, Tc,Vc)a) Presion Critica :Lapresin crticaes una caracterstica de cualquier sustancia, que define el campo en el que sta puede transformarse envaporen presencia delsolidocorrespondienteb) Temperatura Critica:Latemperatura crticaes latemperaturalmite por encima de la cual un gasmiscibleno puede serlicuadopor compresin. Por encima de esta temperatura no es posiblecondensar un gas aumentando lapresin. A esta temperatura crtica, si adems se tiene unapresin crtica(la presin de vapor del lquido a esta temperatura), se est en el punto crtico de la sustancia.La temperatura crtica es caracterstica de cada sustancia. Las sustancias a temperaturas superiores a la crtica tienen un estado de agregacin tipo gas, que tiene un comportamiento muy parecido al de ungas ideal.

c) Volumen Critico:Volumen crtico se refiere al mximo del gas que se puede estar en un determinado volumen.

BIBLIOGRAFIA

1. Kirk ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGA QUMICAa. 1 Edicin en espaol, Unin Tipogrfica Editorial Hispano-Americana2. Microsoft Encarta 2006. 1993-2005 Microsoft Corporation.

3. MARON PRUTTON i. FUNDAMENTO DE FISICOQUIMICAii. Ed. Limusa, Noriega Editores, 1996. iii. Pgs. 47-49, 52-54.4. http://www.fisicanet.com.ar.

5. HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS a. 84TH EDITION , ED CRC PRESS 2003 - 2004

APENDICE

1) Relacion de Capacidades Calorificas por el mtodo de Clement y Desormes

BALON DE AIRE

MANOMETRO

2) Determinacion de la densidad de gases por el mtodo de Victor MeyerCLOROFORMOBURETAPERA

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