LN – 14h 14h – F.Q.I F.Q.I – E E - F UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA – 07.2 LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
PRACTICA № 01:
GASES
INTEGRANTES: RIVERA NUÑEZ JHAMER CLINTON LEON MANCILLA JAIRO ALBERTO
17070123 17070039
PROFESOR: FRANCISCO TORRES DIAZ FECHA DE REALIZACION: 03/09/18 FECHA DE ENTREGA: 10/09/18
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INDICE
RESUMEN………………………………………………… RESUMEN…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………3 ………3 INTRODUCCION………………………………… INTRODUCCION………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ……………………………………………..4 …………..4 PRINCIPIOS TEORICOS………………………………………… TEORICOS…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………5 …………………………………5 MATERIALES Y REACTIVOS………………………………… REACTIVOS…………………………………………………………………… …………………………………………………………………….7 ………………………………….7
PROCEDIMIENTO………………………………………………… IMIENTO…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………..8 ………………………………..8 TABLA DE DATOS……………………………………………… DATOS…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….1 ……………………………….11 1 CÁLCULO Y RESULTADOS………………………………… RESULTADOS…………………………………………………………………… ……………………………………………………………………..1 …………………………………..14 4 CONCLUSIONES……………………………………… CONCLUSIONES………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………19 ………19 RECOMENDACIONES………………………… RECOMENDACIONES…………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………19 ……………19 CUESTIONARIO…………………………………… CUESTIONARIO……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………….20 ………….20 BIBLIOGRAFIA…………………………………… BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… …………………………………………………22 ……………22
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Resumen El objetivo fue estudiar las principales propiedades de los gases, tales como densidad y capacidad calorífica. La experiencia se desarrolló a condiciones ambientales con Presión de 756 mmHg, Temperatura 20 ˚C, humedad relativa 95.8 %.Para determinar la densidad densidad de la acetona acetona en su su forma de vapor vapor se utilizó el método de Meyer que nos permite conocer el volumen de aire que desplaza el líquido orgánico orgánico volátil cuando a vaporizado vaporizado y también su masa para a partir de ellos y haciendo la corrección en el volumen a condiciones normales (CN) determinar la densidad experimental del vapor. También se halló la densidad teórica del vapor a CN haciendo uso de la ecuación de Berthelot. Para determinar la relación de las capacidades caloríficas del aire se utilizó el m étodo de Clément y Desormes, este método consiste en bombear el gas dentro de un recipiente de gran volumen hasta que su presión sea ligeramente mayor que la atmosférica, esto se lleva a cabo permitiendo que el gas alcance el equilibrio térmico con su entorno. Cuando se ha alcanzado este estado de equilibrio, se deja que parte del gas abandone libremente el recipiente hasta que la presión dentro del recipiente se iguale a la presión atmosférica. Luego de ocurrida esta expansión, se tapa rápidamente el orificio de salida del gas impidiendo que siga ocurriendo el intercambio gaseoso con el medio. En este estado se vuelve a dejar que el gas alcance el equilibrio térmico con el entorno. La determinación del valor de
se realiza realiza a través de las diferencias de alturas producidas producidas por el gas antes
de la expansión adiabática y luego de alcanzado el equilibrio térmico por segunda vez. En la experiencia se obtuvo obtuvo para la acetona acetona
3.617 g/L g/L con un
error 30.10% y un Yexp.de 1.235 donde el error es de 12.50% Con esto concluimos que es posible la determinación determinación de manera sencilla en laboratorio de la densidad y coeficiente adiabático de gases además de que
también es
una relación en el incremento de presiones pr esiones en el proceso adiabático.
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Introducción Los gases son ampliamente utilizados a nivel industrial .Principalmente son empleados en procesos como fabricación de acero, aplicaciones médicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Los gases de, más amplio uso y producción son el Oxígeno, Nitrógeno, Hidrógeno y los gases inertes tales como el Argón. Estos gases desempeñan roles tales como reactivos para procesos, forman parte de ambientes que favorecen reacciones químicas , sirven como materia prima para obtener otros productos, algunos de ellos como el Oxígeno necesitan controlarse sus concentraciones en los equipos ya que un exceso puede causar corrosión en los mismos. El proceso adiabático se utiliza en la industria para aprovechar el consumo de calor y reducir el consumo eléctrico buscando optimizar costos, así como también es utilizado utilizado cuando se requiere una baja baja en la temperatura. Viendo las múltiples aplicaciones de los gases en la industria vemos la importancia de como futuros ingenieros químicos conocer sus propiedades entre ellas la densidad y la capacidad calorífica que son objetivos de la práctica.
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PRINCIPIOS TEÓRICOS A. Gases Se denomina así aquel fluido que no tiene forma ni volumen definido. Se clasifican como: a) Gases ideales.- Son aquellos en los cuales el volumen volumen ocupado por las moléculas, es insignificante respecto al volumen total y siguen l a ley de los gases ideales: (1) b) Gases reales.-Presentan reales.-Presentan fuertes atracciones intermoleculares, intermoleculares, siendo el volumen de las moléculas significativo respecto al total. Estos gases no siguen la ecuación (1). Existen una serie de ecuaciones llamadas ecuaciones de estado, que corrigen las desviaciones de la idealidad, entre ellas tenemos la de Berthelot:
" 9 (1 62) 1+ 128 (1
En las ecuaciones (2) y (3)
M=Masa molecular de la muestra. m=Masa de la muestra. R=Constante de los gases ideales. R”=Corrección para la desviación de la idealidad.
P,V,T=Presión , volumen y temperatura del gas. PC,Tc=Presión y Temperatura crítica del gas. Los vapores de sustancias que no son gases a temperaturas ordinarias suelen encontrarse en este tipo.
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B.DENSIDAD DE GASES a)
Densidad Absoluta.- Relación entre la masa por unidad de volumen, Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud una magnitud intensiva.
b) Densidad Relativa.Relativa.- La densidad relativa relativa de una sustancia sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades). c)
La densidad (p) de un gas se puede obtener a partir de la relación: p = m/V = P M/R’T
C. RELACIÓN DE CAPACIDADES CALORÍFICAS CALORÍFICAS DE
LOS GASES
Capacidad Calorífica de Gases: Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia en un grado. Hay 2 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 poliatómico y puede ser determinada
experimentalmente mediante el método de Clement y Desormes. Mediante este método, en un sistema a presión superior a la atmosférica, se realiza una expansión adiabática, y luego un calentamiento a volumen constante: para un sistema de este tipo se cumple:
p=lnp−lnp lnp−lnp
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Y si el cambio de presión es pequeño, sabiendo que p = pgh: γ= Cp /Cv = h1 / h1 –h2
MATERIALES Y REACTIVOS Materiales
Equipo de de Víctor Meyer para densidad densidad de vapor. vapor.
Equipo para relación de capacidades caloríficas por el método de Clement y Desormes.
Regla, bulbos pequeños..
Reactivos
Líquido orgánico volátil.
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PROCEDIMIENTO Determinación de la Densidad de Gases por el Método de Víctor Meyer a) Ínstale el equipo equipo como se muestra en la Fig. Fig. (1) b) Coloque en un vaso agua de caño, hasta hasta 2/3 de su volumen (A), y dentro de éste el tubo de vaporización (B). Manteniendo cerrada la llave de la bureta F y abierto el tapón E. Lleve al agua a ebullición durante 10 min. Mientras se esté calentando el agua, pese una ampolla de vidrio hasta las 10 milésimas de g. Caliente la ampolla, retire e introduzca el capilar en un vaso que contenga una pequeña porción de líquido orgánico volátil, enfríe y repita la operación hasta introducir de 0.1 a 0,2 g de muestra, pese y si ha logrado el peso adecuado al pesar, selle el capilar, déjelo enfriar y péselo nuevamente con exactitud. c) Abra la llave de la bureta, nivele el agua agua hasta la marca inicial con la pera. d) Coloque el tapón E, iguale los niveles, lea la bureta bureta y anote. Retire el tapón E y haga que el nivel llegue nuevamente al nivel inicial. e) Repita d) hasta que todo el volumen desalojado desalojado de agua no fluctúe en más de 0.2 mL respecto a la lectura anterior. f) Rompa el extremo de la ampolla, introdúzcala rápidamente en el tubo de
vaporización y coloque inmediatamente el tapón E. A medida que baja el nivel del agua en la bureta iguale el de la pera, hasta que el nivel del agua deje de bajar. g) Cierre rápidamente la llave llave F. espere 10 minutos y tome la temperatura del agua en la pera, lea el nivel del agua en la bureta, tomando como referencia la lectura realizada en (d).
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Fig .1 Método de Víctor Víctor Meyer Meyer
Relación de Capacidades Caloríficas por el Método de Clément y Desormes. a) Arme el equipo mostrado en la Fig. Fig. (2) de forma que todas las uniones uniones queden herméticamente cerradas. b) Manteniendo cerrado B, abra A permitiendo el paso paso de gas por el balón balón hasta tener un desnivel aproximadamente de 10 cm en el manómetro de agua, cierre B y lea la diferencia de altura exacta (h 1). c) Abra rápidamente B y ciérrela en el momento en el que ambas ramas del manómetro se crucen. d) Deje que se estabilice estabilice el líquido manométrico manométrico y lea la nueva diferencia diferencia de alturas (h2). e) Repita con diferencias diferencias de alturas iníciales de aproximadamente 15, 20 y 25 cm.
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TABLAS DE DATOS:
Condiciones ambientales:
T=298
H=96%
P=756mmHg
Experimento: Densidad de gases
P vapor H2O (mmHg) a 20˚c
17.535
Tc C3H6O(K) a 20˚c
508.2
Pc C3H6O (atm) a 20˚c
46.391
Datos experimentales experimentales obtenidos obtenidos
Vmuestra+gas(ml)
27.1
Vgas(ml)
2.1
Vmuestra(ml)
25
Mmuestra=0.0837g
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Resultados obtenidos P’ (P barométrica corregida)
755.12
R’ (Constante corregida)
0.7736
Densidad teórica del C3H6O (CN)
5.650g/L
Densidad Experimental del C3H6O(CN)
3.617g/L
Error Experimental 33.10%
Error %
Experimento: Capacidad Calorífica Capacidad calorífica H1
H2
18cm
3.6cm
14.6cm
2.4cm
19.4cm
3.9cm
10.6cm
2.0cm
Datos teóricos Y aire
1.4
Cp Aire
6.93
Cv Aire
4.95 12
Resultados obtenidos Y promedio Cp
8.51
Cv
10.51
Error Experimental Error % Cp
33.3 %
Error % Cv
41.2 %
Error% y
12.09%
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CÁLCULOS Y RESULTADOS DENSIDAD DE GASES
1. Corrija la presión presión barométrica usando:
´ Donde: Pb , P´b : presión barométrica y presión barométrica corregida. F: presión de vapor del del agua a temperatura ambiente. h: % de humedad del aire.
Tenemos como datos que: h = 95%
P b =756mmHg
F(20°) = 17.535 mmHg
Entonces la presión corregida será:
´ 756 −. ´ 755. 755.12 ´ . 2. Corrija el volumen volumen del aire desplazado a condiciones condiciones normales normales (CN), 0°C y 1 atm. Se debe cumplir que:
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1´755.1 122 5 1 20° 293.15
1 760 76¿?¿0? 0° 273.15 . . .
VCN = 23.14ml 3. Determine la densidad densidad teórica teórica del vapor vapor a CN, usando la ecuación de Berthelot.
´ 9 6 ´ [1+ 128 1 1 ]
Donde: Tc (C3H6O) a condiciones normales=508.2K Pc (C3H6O) a condiciones normales= 46.391 atm PCN= 1atm TCN= 273.15 K
Reemplazando tenemos que:
) [1[1 + 1289 536. 1 5 1 6 536. 1 5 ´ (0.082 1 273.15 ] 54 273 1
´
Ahora calculando
Donde:
ó
0.07736
:
58.2
´ ó
15
. ó . xx . KK
. ó
4. Determine la densidad densidad experimental experimental del vapor a CN, dividiendo la masa entre el volumen corregido.
Masa del cloroformo: 0.0837 g. VCN= 23.14mL
23.0.01837 . 4
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RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS a) Determine la relación de capacidades caloríficas para cada cada altura inicial.
=
H1
H2
18
3.6
1.25
14.6
2.4
1.20
19.4
3.9
1.25
10.6
2.0
1.23
ℎ ℎ−ℎ
-Determine
̅
Y EXPERIMENTAL
promedio para el gas.
=1.235 =1.235
A partir del valor promedio de
, calcule los CP Y Cv experimentales.
−=
De:
̅
-Usando =1.235 =1.235 y R=
2
2 1.23
2 2 .
1.23
0.23
=
=
=8.51
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PORC PO RC ENTAJE DE ER ROR PAR A CADA EXPERIMENTO EXPERIMENTO
. 1.23
2.750
30.10
TABLA 2
1.4 12.08 TABLA 3
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CONCLUSIONES Se logró determinar de manera experimental el valor de la densidad del cloroformo en su forma de vapor así como también la relación entre C P Y CV en un proceso adiabático el cual corresponde al
, observando también que es
una relación en el incremento incremento de presiones presiones en el proceso. proceso.
RECOMENDACIONES Esperar a que el fluido dentro del medidor de alturas deje de oscilar hasta el ultimo momento Los errores obtenidos en la experiencia pueden pueden ser de tipo aleatorios y los sistemáticos, en el método de Meyer pudieron cometerse en una lectura inadecuada de volúmenes desplazados Fugas de aire en el quipo, la hora de pesar la ampolla con el líquido, en el sellado de la ampolla y en el proceso de ponerlo en el tubo de vaporización se pudo haber perdido masa debido a su volatilidad.
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CUESTIONARIO
1)E n que cons is te el método método de R eg nault nault para para la determinación determinación de los pes os molecula molecu larr es de las las s us tanc tancias ias g aseos as eos as. as .
Este método se usa para determinar los pesos moleculares de las sustancias gaseosas a la temperatura ambiente y se realiza así: Un matraz de vidrio de unos 300 a 500 c.c. de capacidad, provisto de llave, se evacúa y pesa, llenándolo a continuación con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presión, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenándolo y pesándolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen. En un trabajo preciso se usa un bulbo más grande para llenarlo y otro decontra peso, y se corrigen las mediciones reduciéndolas al vacío.
2)D es c r iba por lo menos menos dos métodos experi exp eri mentales mentales para la determina determinación ción de pes pes os mole molecula culares res de ga g as es. -Método -Método de Dumas: Jean Baptiste André Dumas demostró que el peso molecular
de algunos compuestos orgánicos era directamente proporcional a la densidad de vapor del compuesto, y, usando este principio, creó un metodo para determinar los pesos atómicos, especialmente de gases y líquidos con bajos puntos de ebullición y cuyos vapores cumplen la ley de gas ideal: PV=nRT Este método se basa en la determinación de la densidad del vapor de la muestra. Se determina el volumen ocupado por un vapor a una temperatura superior a su punto de ebullición y se determina la masa de ese vapor por pesada
se tiene la siguiente ecuación:
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-Metodo de Victor Meyer: Se volatiliza una masa conocido de una muestra líquida y medir el Volumen de aire que es desplazado por el vapor de dicha muestra a condiciones de Presión y Temperatura conocidas, y considerando que la mezcla gaseosa se comporta idealmente Este punto es el fundamento del método a utilizar en la práctica. El método de Victor Meyer se utiliza para sustancias liquidas o solidas que puedan vaporizarse. Se pesa una masa m de la sustancia y se coloca en el aparato de Victor Meyer, cuya construcción permite que la sustancia se vaporice, desplazando una cantidad equivalente (en moles) de aire hacia un receptáculo externo, en el cual se mide el volumen V de aire desplazado que es igual al número de moles de la sustancia desconocida contenidos en la masa m. Si, mediante un análisis elemental cuantitativo se determina la composición centesimal de la sustancia y la fórmula mínima, el peso molecular determinado por el método de Victor Meyer puede usarse para calcular la fórmula molecular
3)I ndique ndi que las las caracterí car acteríss ticas tic as prin pr inci ci pales de una is oterma para g ases as es reales: Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema un sistema termodinámico, siendo termodinámico, siendo dicho cambio a temperatura a temperatura constante en todo el sistema. La compresión La compresión o expansión de un gas un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas. Este otro sistema se conoce como foco como foco calórico. De calórico. De esta manera, el c alor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda reali zando trabajo. Como la energía la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
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BIBLIOGRAFÍA
Pons Muzzo, G. (1969).Lima.”Fisicoquímica”.(1969) Editorial:Universo.
John A. Dean, “Lange’s Handbook of Chemistry”, 15 ava edición, Editorial McGraw-Hill.
Ing. Huapaya Barrientos, J.(1985)“Fisicoquímica.Lima.Editorial:Universo Guía de prácticas de laboratorio de fisicoquímica I.(2014).Gases,4,5,6,7,8.
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