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“SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
CONTENIDO
Introducción Objetivo Principios teóricos Detalles del experimento Materiales y reactivos Procedimiento Cálculos y resultados Discusión de los resultados Conclusiones y recomendaciones Bibliografía Apéndice
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INTRODUCCION
La presente práctica de laboratorio tiene como objetivo el determinar la Densidad de un líquido que es volátil. Por el método de Víctor Meyer .para la realización de la práctica se hace necesario utilizar el equipo de Víctor Meyer el cual trabajara a condiciones normales es decir de ambiente. Al terminar este experimento estaremos en la capacidad de resolver cualquier tipo de problemas que se asemejan
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OBJETIVO Estudiar las propiedades más importantes de los gases. Tales como: densidad, capacidad calorífica y difusión
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PRINCIPIOS TEORICOS
LEY DE BOYLE O MARIOTTE: En 1.662 Robert Boyle, científico inglés, promulgó la relación matemática que existe entre el volumen y la presión de una cantidad dada de gas a temperatura constante. Boyle encerró una cantidad de aire en el extremo de un tubo en U empleando como fluido mercurio, como lo muestra la Figura 4.4 En este experimento la presión que existe en el aire encerrado es igual a la presión atmosférica más la presión ejercida por la altura (h) de la columna de mercurio. Al verter más Hg al tubo se aumenta la presión sobre el gas se observa que el volumen disminuye. Boyle, en sus experimentos, descubrió que el producto del volumen por la presión, cuando la masa y temperatura permanecen constantes, es un valor aproximadamente constante. En términos generales la ley de Boyle puede enunciarse así: El volumen ocupado por una determinada masa de gas, cuando la temperatura se mantiene constante, es inversamente proporcional a la presión que se ejerce sobre él. Matemáticamente se expresa así: VPα…………………… 1 Si se introduce una constante de proporcionalidad k , V = k P…………………….1 y multiplicando medios por extremos, PV = k Donde: V = volumen ocupado por el gas P = presión k = constante de proporcionalidad , depende de la naturaleza del gas.
La ecuación anterior nos enseña que si en un punto dado la presión y el volumen son P1 y V1 y en otro punto P2 y V2, si la masa y la temperatura se mantienen constante, se debe Cumplir: 4
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P1V1 = k P2V2 = k
1.- GAS.- Se denomina así, a aquel fluido que no tiene forma ni volumen definido. Generalmente se comportan de 2 formas:
a) GASES IDEALES: son aquellas en los cuales el volumen ocupado por las moléculas , es insignificante respecto al volumen total y se ajustan a la ley de los gases ideales y a la ecuación de estado PV = nRT
…………………………(1)
b) GASES REALES.- el volumen ocupado por las propias moléculas. Es significativo respecto del volumen total del gas. Además, se considera como factor importante la atracción intermolecular. El comportamiento de estos gases obedecen a presiones altas y temperaturas relativamente bajas. Para estudiar el comportamiento de los gases reales existen un conjunto de ecuaciones de estado, entre ellas tenemos de la de Berthelot, que corrige desviaciones de la idealidad. La ecuación de Berthelot, es válida para presiones cercanas a 1 atm: PV = NR´T ……………………………………….(2)
………………....(3)
En las ecuaciones (2) y (3): M: Peso molecular m: Masa de la sustancia R: Constante de los gases ideales 5
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R´: Corrección para la desviación de la idealidad. P, V, T:
Presión, volumen y temperatura del gas.
Pc, Tc:
presión y temperatura criticas del gas
Los vapores de sustancias que no son gases a temperaturas ordinarias suelen encontrarse en este tipo.
2.- DENSIDADES DE LOS GASES: Para determinar la densidad de un material, es necesario conocer el peso específico de cada material, es decir la relación que existe entre (N/m 3), esto es la masa multiplicada por la gravedad entre el volumen que ocupa; por otra parte es necesario mencionar que la densidad es la relación que existe entre la masa de un material y el volumen que ocupa y sus unidades son diferentes a las del peso específico, ya que están dadas en (kg/m 3).las unidades de densidad y peso específico se pueden expresar en la unidades del sistema inglés. Para lo anterior tenemos lo siguiente:
Entonces de acuerdo a la formula anterior, podemos hacer una relación con la fórmula de los gases ideales, lógicamente sabiendo los principios de los gases ideales se hace la siguiente relación, entonces tenemos:
Entonces tenemos:
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Pero trabajando con un sistema particular, en este caso de gases, tenemos lo siguiente:
= densidad del gas; m = masa del gas; V = volumen del sistema; PM = peso
molecular del gas;
R = constante universal de los gases; P = presión del sistema y T =temperatura del sistema. Todas las variables con sus unidades correspondientes. Además de esto sabemos que la densidad de un gas esta en proporción directa a la presión e inversa a la temperatura la densidad de los gases se puede rescribir de presión inicial y presión final esto es:
Usando las formulas anteriores, podemos determinar la densidad de un gas, a continuación se presentan una serie de procedimientos, que se realizan, para determinados experimentos, estos también van ligados para la determinación de la densidad de un gas.
a) ABSOLUTA.- Relación entre la masa por unidad de volumen. b) DENSIDAD RELATIVA.- Relación de la densidad de una sustancia con respecto a la de un gas de referencia.
c) DENSIDAD La densidad (ρ) de un gas se puede obtener a partir de la relación 7
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ρ=
=
…………………… (4)
d) la ecuación general de los gases (Acondiciones del laboratorio )
=
(a condiciones normales )… (5)
3.- R ELACIÓN DE CAPACIDADES CALORÍFICAS DE LOS GASES:
Capacidad calorífica de gases.-
Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia en un grado. Hay dos tipos de capacidad calorífica: a presión constante y a volumen constante. La relación entre ambas, conocida como γ Depende de si el gas es
mono, di o poliatomico y puede ser determinada experimentalmente mediante el método de Clément y Desormes, realizando en el sistema, primero una expansión adiabática, y luego un calentamiento a volumen constante; para un sistema de este tipo se cumple:
Y si el cambio de presión es pequeño, sabiendo que
4.-DIFUSION GASEOSA: A una temperatura dada, la energía cinética de cualquier par de moléculas es la misma. De este principio se deduce la ley de Graham de la difusión “la
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velocidad de difusión de gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su respectivo peso molecular o de su densidad”. La expresión matemática es:
DETALLES DEL EXPERIMENTO
1.- MATERIALES Y REACTIVOS: MATERIALES.
Equipo de Víctor Meyer, para la densidad del vapor
Balanza analítica
Ampolla de vidrio
Termómetro
Equipo para relación de capacidades caloríficas por el método de Clément y Desormes
Vasos d precipitación de 50, 100 y 500 ml.
Pipetas, etc.
REACTIVOS.Líquido orgánico volátil, hidróxido de amonio concentrado, ácido clorhídrico, concentrado, balón deCO 2 u otro gas
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2.- PROCEDIMIENTO
2.1.-Determinacion de la densidad de un gas por el método de Víctor Meyer:
Instale el equipo como se muestra en la figura
Coloque en la chaqueta de calentamiento agua de caño, hasta 2/3 de su volumen (A), manteniendo cerrada la llave de la bureta F y abierto el tapón E, lleve el agua a ebullición durante 10mim.
Mientras se esté calentando agua, pese una ampolla de vidrio hasta las 10 milésimas de gramo, caliente la ampolla, retire e introduzca el capilar en un vaso que contenga una pequeña porción de la muestra, enfrié y repita la operación hasta introducir de 0.1 a 0.2gr de muestra, pese y si ha logrado el peso adecuado al pesar, selle el capilar, déjelo enfriar y péselo nuevamente con exactitud.
Abra la llave de la bureta, nivele el agua hasta la marca inicial con la pera C. Coloque el tapón E, observe el descenso del volumen y si este no fluctúa en más de 0.2ml, iguale los niveles y lea la bureta. retire el tapón E, y haga que el nivel llegue nuevamente al punto inicial.
Rompa el extremo de la ampolla, introdúzcala rápidamente en el tubo de vaporización B y coloque inmediatamente el tapón E. a medida que baja
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el nivel del agua en la bureta iguale el de la pera, hasta que el nivel del agua deje de bajar.
Cierre rápidamente la llave F y espere 10mim tome la temperatura del agua en la pera lea el nivel del agua en la bureta, tomando referencia la lectura realizada en D.
2.2.-RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS POR EL MÉTODO DE CLEMENT Y DESORMRS:
Armar el equipo.
Abra A, y cierre B permitiendo el paso del gas por el balón hasta tener un desnivel aproximado de 10cm en el manómetro de agua, cierre B y lea la diferencia de altura exacta h 1en el manómetro.
Abra rápidamente B y ciérrela en el momento en el que ambas ramas del manómetro se crucen.
Deje que se estabilice el líquido manométrico y lea la nueva diferencia de alturas h2.
Repita con diferencias de alturas iniciales de aproximadamente 15, 20 y 25.
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CALCULOS 1.- DATOS DEL EXPERIMENTO: A)
DATOS PARA DENSIDAD DE GASES. a = 0.9868g, : peso del capilar b = 1.1596g, : peso del capilar más la muestra T(amb) = 19°c, T(amb): temperatura ambiente T(eb.H2O) = 90 oc, T(eb.H2O) : temperatura de ebullición del agua. Volumen del vapor desplazado:
B)
DATOS PARA CAPACIDADES CALORÍFICAS. Primera medición: h1 = 5cm
h2 = 1.6cm
segunda medición: h1 = 9.25cm
h2 = 1.1cm
tercera medición: h1 = 14.7cm
h2 = 2.45cm
cuarta medición: h1 = 19.4cm
h2 = 2.5cm
quinta medición: h1 = 24cm
h2 = 2.9cm
2.-DENSIDAD DE LOS GASES:
peso del etanol:
volumen del vapor desplazado por la vaporización del etanol:
presión a condiciones del laboratorio o presión barométrica: (según la tabla nº 01), TebH2O = 90ºc, P b = 525.8mmHg
presión del vapor de agua a condiciones de laboratorio. (según la tabla Nº 02), T amb = 16ºc, F = 13.63mmHg
humedad del aire en Huaraz: h = 5%
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corrección de la presión barométrica:
Donde:
presion barométrica corregida y presión barométrica
F: presión del vapor de agua a temperatura ambiente. h: % de humedad de aire.
,
corrección del volumen del vapor del etanol desplazado por la
evaporación
a
de la ecuación Nº (5),
condiciones
normales:
calculo de la densidad teórica del vapor del etanol a
condiciones
normales, usando la ecuación de Berthelot.
Donde:
[ { }] [{}]
M: masa molar del etanol (M = 46.07g.mol -1) TC: temperatura critica del etanol (T C = 516.1K) PC: presión critica del etanol (P C = 63.3atm) P: presión barométrica (P = 51209878mmHg) T: temperatura ambiente (T = 289K) R: constante universal de los gases. (0.08205atm.l.mol -1k -1)
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{ }
determinación de la densidad del gas a condiciones normales:
(de la
ecuación Nº 4)
3.-CAPACIDADES CALORÍFICAS: , para primer medida:
, para segunda medida
, para tercera medida
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, para cuarta medida
, para quinta medida
Promedios:
TABLA DE RESULTADOS:
para densidad de gases.
VCN
512.9878mmHg 16.2592ml 25.5ml 1.3115g.l -1 0.0106g.(ml)-
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para capacidades caloríficas.
̅ CV
CP
1.2182 2.25 10.3116 12.5616
DISCUSION DE RESULTADOS
Para poder calcular la densidad de un gas se puede utilizar el método de Víctor Meyer.
El método de Víctor Meyer consiste en volatizar el peso conocido de una muestra liquida y medir en un eudiómetro el volumen de aire que es desplazado por el vapor de dicha muestra (equipo de Víctor Meyer ) a condiciones de temperatura y presión conocidas
el líquido cuyo peso molecular se determina va encerrado en una pequeña ampolla de vidrio, que es vacía primero, luego se llena con el alcohol, se sella y por último se pesa de nuevo. Esta diferencia de pesos nos da el peso de la muestra. Se lleva esta muestra al porta muestras, se deja caer la muestra para q la ampolla se rompa y se libere el vapor que se desplaza por el tubo neumometrico (goma) en proporción igual al de los vapores formados a la temperatura del tubo interior.
El error del experimento lo radica en la lectura del volumen desplazado por la vaporización del etanol.
El error también se ha cometido por el uso de los termómetros descalibrados.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones:
la densidad del vapor del etanol, según el experimento realizado es de 0.0106g.ml -1.
experimento es de 1.2182.
̅
La relación de las capacidades caloríficas ( ) del gas en nuestro El C p y CV que sale de los cálculos del experimento es de 12.5616 y 10.3116 respectivamente.
Recomendaciones:
Se debe de tener mucho cuidado al momento de manipular los equipos del laboratorio por q estos son muy frágiles.
Se debe de tener en cuenta q no se debe de jugar al momento de hacer las prácticas de laboratorio.
Se tiene q tener cuidado al manipular el termómetro ya q este instrumento es muy costoso y también muy frágil.
Los datos deben de ser tomados con un cuidado especial por q de otro modo los cálculos nos saldrán erróneos.
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BIBLIOGRAFIA
Libro de físico química de Pons Musso
GUIA DE LABORATORIO
http://www.google.com.pe/search?hl=es&q=presion+barometrica&meta =
http://books.google.com.pe/books?id=yinGhHba9tAC&printsec=frontco ver&dq=DENSIDAD+DE+GASES+%22METODO+DE+VICTOR+ME YER%22#PPA10,M1
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