gases de fisicoquimica

Laboratorio de Fisicoquímica Fisicoquímica - Gases

Índice 1. 2. 3. 4. . %. 7. *.

Resumen…………………………………………………….. Objetivos…………………………………………………….. Principios teóricos…………………………………………. Procedimiento experimental……………………………… !"lculos # resultados …… ……………………………………… !onclusiones………………………………………………… &iblio'ra()a…………………………………………………… +p,ndice………………………………………………………

2 2 3 7 $ 14 1 1%

-. Resumen En el siguiente informe se estudiara las principales características de los gases, tales como la capacidad calorífica y densidad. En esta esta prim primera era práct práctic ica a de labor laborat atori orio o se traba trabajó jó bajo bajo las las sigui siguien ente tess condiciones: P =75 mm!g, " = #$%& y !umedad 'elati(a = )*+. El primer eperimento a tratar es la determinación de la densidad de gases por el m-todo de íctor /eyer en el cual utili0amos como insumo el cloro clorofo form rmo o 1&&l 1&&l23 23 el resul resulta tado do teóri teórico co de su densid densidad ad es de .12 g4l mientras ue al aplicar el procedimiento su densidad es de 7.12 g4l en el segundo eperimento de la relación de capacidades caloríficas utili0ando al 1

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aire como gas tenemos un resultado teórico de 14/ a una temperatura de #$6& mientras el resultado eperimental es de 1.21%1, obteni-ndose así un error en el &( y el &p de *./10 y %/.7*0 respecti(amente. Para la determinación de las capacidades caloríficas se utili0ó el m-todo de &lement y esormes. 8e toma una medida en el manómetro 9, en este caso fue de ;, 5, #; < #5 destapamos destapamos y cerramos cerramos en el momento momento en el ue ambas ramas del manómetro manómetro se cru0an, y medimos medimos 9# ue fue de .$, #, 2. y 5.#. &on estas # medidas se obtiene .

--. Objetivos Estudiar las principales propiedades de los gases, tales como capacidad calorífica, y densidad.

---. Principios te teóricos +.> ?n gas es la materia ue posee la propiedad de llenar completamente un recipiente a una densidad uniforme. e auí, no posee (olumen constante ni forma definida. @os gases se epanden libremente 9asta llenar el recipiente ue los contiene, y su densidad es muc9o menor ue la de los líuidos y sólidos. Aeneralmente se les clasifica en # grupos:










en la realidad. Este gas imaginario, constituido de mol-culas con masa pero sin diámetro ni interacción interacción alguna entre dic9as mol-culas se denomina gas ideal o perfecto.

a 5e# 5e# de los los 'ases 'ases ide ideal ales es @a teoría atómica de la materia define los estados, o fases, de acuerdo al orden ue implican. @as mol-culas tienen una cierta libertad de mo(imientos en el espacio. Estos grados de libertad microscópicos está es tán n as asoc ocia iado doss co con n el co conc ncep epto to de or orde den n ma macr cros oscó cópi pico co.. @a @ass mol-culas mol-cu las de un sólido están están colocadas en una red, y su libert libertad ad está restringida a peueBas (ibraciones en torno a los puntos de esa red. En cambio, un gas no tiene un orden espacial macroscópico. 8us mol-culas se mue(en aleatoriamente, y sólo están limitadas por las paredes del recipiente ue lo contiene. 8e 9an desarro desarrolla llado do leyes leyes empíri empíricas cas ue relaci relaciona onan n las (ariab (ariables les macrosc macroscópi ópicas. cas. En los gases gases ideale ideales, s, estas estas (ariab (ariables les incluy incluyen en la presión 1p3, el (olumen 13 y la temperatura 1"3. @a ley de Coyle> /ariotte afirma ue el (olumen de un gas a temperatura constante es in(ersamente proporcional a la presión. @a ley de &9arles y Aay> @ussac afirma ue el (olumen de un gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. @a combinación de estas dos leyes proporciona la ley de los gases idea ideale less p = n'" n'" 1n es el nDme nDmero ro de mole moles3 s3,, tamb tambii-n n llam llamad ada a ecuación de estado del gas ideal. @a constante de la derec9a, ', es una constante uni(ersal cuyo descubrimiento fue una piedra angular de la ciencia moderna.










#3

modelo lo del del gas gas idea ideall no pued puede e epl eplic icar ar el ases as es Reales. Reales. El mode comportamiento de un gas real bajo todas las condiciones. @a ecuación P=n'" solo es (álida para los gases ideales. Para todos los los gases gases reale realess sola solame ment nte e se cump cumple le con con prec precis isió ión n sufic suficie ient nte e a presiones bajas 1menos de  atm3 y a temperaturas ue se encuentran muy por encima del punto de ebullición de la sustancia correspondiente. Por tanto, la ecuación de estado de un gas ideal no es más ue una apro aproim imac ació iónF nF y debe debe ser ser reem reempl pla0 a0ada ada por ecuac ecuacio iones nes de esta estado do mejo mejora rad das, as, en part partic icul ular ar cuan cuando do las presi resion ones es son son alta altass y las las temper temperatu aturas ras bajas. bajas. @as ra0ones ra0ones ue eplic eplican an las des(ia des(iacio ciones nes del comp comport ortam amie ient nto o idea ideall son son fáci fácile less de compr compren ender der:: un gas gas idea ideall se considera formado por partículas de masa puntiformes, ue no se atraen entre síG por consiguiente, se desprecia tanto el (olumen propio de las partículas como la atracción entre ellas.

869-8+8 86 +6 @a densidad es la masa de la unidad de (olumen de un material. 8e representa por la letra griega p 1r9o3 y su ecuación dimensional es p=/@ >$. e comDn se indica la densidad de un gas por su masa en gramos de un litro, o sea con las unidades g.l>. En 8i el nDmero es id-ntico, pero en este sistema las unidades de la densidad son Hg.m>$. I condiciones normales o estándares 1; %& y  atm3, la densidad del aire es de .#)$ g4l o .#)$ Hg4m$. 8egDn se 9a (isto anteriormente la densidad del gas ideal es directamente proporcional a la presión e in(ersamente proporcional a la temperatura absoluta.










b3 8ensidad 8ensidad relativa. relativa. 'elación de la densidad de una sustancia con respecto a la de un gas de referencia. c3 5a densidad :; de un gas se puede obtener a partir de la relación. m

J=

V

=

PM RT RT

!+P+!-8+86 !+P+!-8+86 !+5OR-<-!+ ! +5OR-<-!+ =O5+R6 86 5O +6 8e llama capacidad calorífica de cualuier sistema, a la cantidad de calor reuerida para ele(ar en un grado la temperatura del sistema. 8i la masa del material es un mol se le designa como capacidad calorífica molar y si es un gramo se llama calor específico. En gases usaremos las capacidades caloríficas molares, las cuales son de los dos tipos siguientes: •

I (olumen constante, cuando el (olumen se mantiene constante mientras se ele(a la temperatura, lo ue da origen a ue aumente la presión del gas. El calentamiento se reali0a en recipiente cerrado.

•

I presión constante, cuando la presión se s e mantiene constante mientras se ele(a la temperatura, lo ue da origen a ue aumente el (olumen del gas. El calentamiento se reali0a en recipiente abierto. @a relación entre ambas, conocida como  depende de si el gas es mono, di o poli atómico y puede ser determinada eperimentalmente mediante el m-todo de &lement y esormes, reali0ando en el sistema, primero primero una epansión adiabática, adiabática, y luego un calentamien calentamiento to a (olumen (olumen constanteG para un sistema de este tipo se cumple:










< si el cambio de presión es peueBo, sabiendo ue P= Jg9:

Cp Cv

=

=

h1 h1

−

h2

K. K. Proc Proced edim imie ient nto o epe eperi rime ment ntal al 8ensidad de los 'ases por el m,todo de >)ctor =a#er












4.1

a3

Knstale el euipo como se muestra en la figura. b3 &olo &olou ue e en un (aso (aso agua agua de caBo. caBo. !asta !asta #4$ #4$ de su (olu (olume men n 1I3, 1I3, y dentro de este el tubo de (apori0ación 1C3, manteniendo cerrada la lla(e de la bureta L y abierto el tapón E. @le(e al agua a ebullición ebullición durante ; min. /ientras /ientras este calentando calentando el agua, pese una ampolla ampolla de (idrio 9asta las ; mil-simas de g. &aliente la ampolla, retire e introdu0ca el capilar en un (aso ue contenga una peueBa porción de líuido orgánico (olátil, enfri- y repita la operación 9asta introducir de ;. a ;.# g. de muestra pese y si se 9a logrado el peso adecuado al pesar, selle el capilar, d-jelo enfriar y p-selo nue(amente con eactitud. c3 Ibra Ibra la lla(e de la bureta, bureta, ni(el ni(ele e el agua 9asta 9asta la marca inicia iniciall con la pera. d3 &oloue &oloue el tapón tapón E, iguale iguale los ni(eles ni(eles,, lea la bureta bureta y anote. anote. 'etire 'etire el



















2. 8a 8ato tos s exper experim imen enta tale less Peso de la ampolla

/.%7%3 '

Pes eso o de de la la am ampolla m" m"s el el cl cloro(ormo

/.*/%14 '

@emperatura en la pera

2%B!

>olumen desplaCado

1* m5

3.8atos teóricos para densidad de 'ases 8ensidad @eórica

.12 ' D5

E Presión de vapor del a'ua a temperatura de ambiente F<

21./7 mm?'

Presión a !9

7%/ mm?'

@emperatura a !9

273 G

Presión cr)tica del !?!l3 a !9

411$2 mm?'

@emperatura @emperatura cr)tica del !?!l 3 a !9

3% G

Peso molecular F =

11$3% 'Dmol










ensidad eperimental

7.# g4@

ensidad teórica

5.# g4@

+ Error

$).;#5 +

. Para Para la capaci capacidad dad cal calor) or)(i (ica ca

9

H2



1ra. medición

;cm

.$ cm

.2)2

2da. medición

5cm

# cm

.5$*

3ra. medición

#;cm

2. cm

.#)*7

4ta. medición

#5cm

5.# cm

.## .#

I promedio

%. Para Para relación relación de capaci capacidad dades es calor)( calor)(ica icass !p  !v F R F*.314 aire

1.4/










&M@&?@N8

756 −

a3

(100 − 98)( 21.07) 100

PbO=

b3 ep = * ml

= 755.58

i =

" = # %& = #)) Q

" = ; %& = #7$ Q

PO= 755.5* mm!g

P= 7; mm!g

(755.58)(18) 299

=

(Vi )(760) 273

i = ).5) ml 2  T c    9 T c P   1 − 6    TR1 +  M  128 P cT   T    

m

c3 P =

(1)(119.36) (273)(0.082)

1

 1 + 

(536)(760)

9 (

)(

2    1 − 6 ( 536)   2   )












2. Relación de capacidades calor)(icas por el =,todo de !lement # 8esormes I"N8 ERPE'K/ES"I@E8 3 9i =; cm

#3 9i = 5

9f = .$ cm

9f = #

$3 9i = #; cm

23 9i = #5 cm

9f = 2. cm

9f = 5.# cm

&I@&?@N8 10

a3

Para 9i = ;

10 − 1.3

= 1.1494

γ=

15

1 1538









Laboratorio de Fisicoquímica Fisicoquímica - Gases C p C V

=

1.2161 = γ ....(1)

C p

− C v = R = 8.314

c3

J mol ° K

......(2)

e la ecuación 13: & p = .#&(

e la ecuación 1#3: .# & ( T &( = *.$2 C p

En la ecuación 13:

38.4729

Para la relación &p 4 &(: & 4& t ói

 2;

=

1 .2161

J

J

mol ° K

mol ° K

&( = $*.27#)

J

J

mol ° K

mol ° K

&p = 2.7**










&p teórico

= #).;))

&p e eperimental

= 2* 2*.7**

 29.099 − 48.7868  × 100 = −60.78%  29.099 

E % = 

>-. !onclusiones El primer eperimento a tratar es la determinación de la densidad de gases por el m-todo de íctor /eyer en el cual utili0amos como insumo el cloro clorofo form rmo o 1&&l 1&&l23 23 el resul resulta tado do teóri teórico co de su densid densidad ad es de .12 g4l mientras ue al aplicar el procedimiento su densidad es de 7.12 g4l en el segundo eperimento de la relación de capacidades caloríficas utili0ando al aire como gas tenemos un resultado teórico de 14/ a una temperatura de #$6& mientras el resultado eperimental es de 1.21%1, obteni-ndose así un error en el &( y el &p de *./10 y %/.7*0 respecti(amente.










Iguilar 8.I. Ediciones 17ma. edición, EspaBa, )7#3 Pág. #*$ -

PNS8 /?WWN, Aaston LisicouímicaF Editorial ?ni(erso 8.I. 1#da. Edición, @ima > PerD, )7$3 Pág. #2>#7

-

XuímicaF &entro de producción editorial de la ?S/8/ Pág. 2,*










P>F nR@ Para 9acer un trabajo más preciso se utili0a un bulbo o una ampolleta más grande para aumentar la masa del gas y se emplea un recipiente para aumentar la masa del gas.

2. 6xplic 6xplicar ar las di(erenc di(erencias ias # semeja semejanCa nCass Kue existe existen n entre las isoterm isotermas as de un 'as real # la de un 'as ideal. Para Para un 'as ideal solamente se necesitan asignar dos (alores a cualuiera cualuiera de las tres (ariables: p,  m y ", ", el (alor de la Dltima (ariable puede calcularse a partir de la ley del gas ideal. El estado de un gas ueda completamente descrito si los (alores de dos (ariables intensi(as están especificados, especificados, permitiendo una representación geom-trica clara de los estados de un sistema. En la gráfica, cualuier punto: I, determina un par de (alores de p y  m G esto es suficiente para describir el estado del sistema. @as cur(as de la figura son denominadas isotermas, estas en un gas ideal son 9ip-rbolas rectangulares determinadas por la relación:












una una apar aparie ienc ncia ia bast bastan ante te dist distin inta ta.. @a part parte e 9ori 9ori0o 0ont ntal al de las las cur( cur(as as a baja bajass temperaturas es peculiarmente sorprendente. 8i se considera un recipiente de gas en un estado descrito por el punto I de la figura. 8upongamos mó(il una de sus paredesG manteniendo la temperatura a ", comprimimos lentamente la pared disminuyendo así el (olumen,.. I medida en ue disminuye el (olumen, la presión aumenta lentamente a lo largo de la cur(a 9asta alcan0ar el (olumen #. @a reducción del (olumen más allá de # no produce cambio en la presión 9asta alcan0ar $. @a peueBa reducción del (olumen de ($ a (2 produce un gran aumento en la presión de pe a pO. Esta es una secuencia bastante interesante de sucesosG en particular la disminución del (olumen en un amplio inter(alo, en el ue la presión permanece constante en el (alor pe.










I partir de relaciones distintas, obtenemos ue para una me0cla de gases en un campo gra(itacional, pueda demostrarse ue a cada uno de los gases obedece la ley de distribución independientemente de los otros para cada gas.

Pi F pi/e=i 'CD R @

-=L696 1. 8eterminación de la 8ensidad de ases por el =,todo de >)ctor =e#er



















gases de fisicoquimica

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