FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA INSTRUCTIVO DE PRACTICAS DE LABORATORIO DEL CURSO DE QUIMICA FISICA I CURSO
:
QUIMICA FISICA I
ALUMNO
:
ZAVALETA GARCIA LUIS
PROFESOR
:
Prof. Asoc. T.C. JOREGE SOLORZANO ARQUEROS
CICLO
:
III - “C”
TRUJILLO _ PERU 2009
Prácticas de Laboratorio de Fisicoquímica-FIQ-UN Fisicoquímica-FIQ-UNT T
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I.-Objetivo:
Determinar la Masa Molar del magnesio (Mg), basándose en el método de Víctor Meyer.
II.-Fundamento Teórico:
En el presente experimento se mide el volumen de gas H 2 con impurezas de vapor de agua (H2O), desprendidos en la reacción química de magnesio metálico con HCl en solución acuosa 1:2; determinándose la masa molar del magnesio (MMg) en base a este volumen, la aplicación de La Ley de Los Gases Ideales y La Ley de Dalton, y la estequiometria de la reacción: Mg(s) + 2HCl (ac) =====> MgCl2(s) + H2 (g) El vapor de agua que acompaña el gas H 2 no se debe a la reacción química sino solamente a un cambio de fase de líquido a vapor. Según la estequiometria de la reacción: nH2 = nMg(s) =
n: numero de moles. m: masa. M: masa molar.
…………… (1)
De la ley de los Gases Ideales se puede formular nH2 (g) =
………………… (2)
PH2: presión parcial del hidrogeno. V: volumen total. T: temperatura absoluta. Por la ley de Las Presiones Parciales de Dalton: P = PH2 (g) + PH2O (g)…………. (3) P: presión total del sistema.(barométrica) De la combinación de las ecuaciones (1), (2), (3) resulta:
…………. (4)
MMg = mMg
La ecuación (4) permite el cálculo de la masa molar del magnesio conociendo mMg, T, P y V, determinados experimentalmente.
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III.-Materiales:
Cinta de Mg metálica. Solución acuosa de HCl 1:2. Termómetro. Barómetro. Matraz de reacción. Embudo de Llave. Buretas de gases. Tubo de nivelación. Tubería de jebe o goma. Soportes y pinzas.
IV.-Esquema del experimento:
Fig. 1.1 Esquema de instalación de equipo para la determinación de la masa molar de una sustancia.
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V.-Procedimiento Experimental: El equipo experimental previamente limpio se instala como se indica en la fig. 1.1. Llenar una cantidad adecuada de agua (destilada en lo posible) al sistema „bureta de gases-tubo de nivelación-manguera y bulbo de nivelación‟. Dentro del matraz de reacción se coloca la muestra de cinta de magnesio pesada analíticamente, aproximadamente 0.04gr. Verter al embudo de llave 20mL de solución acuosa de HCl 1:2. Verificar que los cierres y uniones sean herméticos, y eliminar las burbujas de aire en todo el sistema acuoso. Antes de iniciar la reacción, manipulando el bulbo de nivelación procurar que los niveles de agua en la bureta de gases y tubo de nivelación sean iguales (parte superior); anotar la lectura observada del del volumen inicial (podría empezarse de cero). Dejar caer los 20 mL de solución de HCl 1:2 contenidos en el embudo de llave, bajando simultáneamente el bulbo de nivelación y manteniendo siempre el mismo nivel de liquido en la bureta y tubo de nivelación hasta que concluya la reacción (cinta de Mg desaparece); anotar el volumen final. Tomar nota de la temperatura en un termómetro adherido a la bureta, considerar el promedio entre el inicio y termino de la reacción; en forma análoga considerar la presión barométrica, controlándola en un barómetro cercano al lugar de experiencia.
VI.- Cálculos, resultados y conclusiones: Datos Experimentales:
*Presión Barométrica= 759.2mmHg *Presión de vapor de H 2O (g) a 23.8ºC= 22.26mmHg *Masa de la cinta de Magnesio= 0.0386 gr *Temperatura promedio= 23.8ºC= 296.8ºK -3 *Volumen= 38.8 mL= 38.8*10 L Desarrollo:
P = PH2 (g) + PH2O (g)…………. (3) 759.2mmHg= PH2 (g) + 22.26mmHg PH2 (g) = 736.94mmHg * 1atm/760mmHg PH2 (g) = 0.969atm -Ahora empleamos la ecuación (4):
+R=0.082atmL/mol K
…………. (4) + MMg= 0.0386gr*
MMg = mMg
MMg= 24.986 gr/mol
Comparación:
MASA MOLAR DEL MAGNESIO Practico Teórico 24.305gr/mol 24.986gr/mol
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* 100 * 100 %error=
%error =
%error= 2.8%
El valor de la masa molar del Magnesio obtenido en la práctica, ha sufrido un defecto de un 2.8% con respecto al valor teórico.
Conclusiones:
Se comprobó que el peso molecular del Magnesio se puede calcular por el método de Víctor Meyer. En vista a lo experimentado, se considera que el experimento fue adecuadamente realizado debido a que el porcentaje de error por por defecto fue menor del 5%.
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I. Objetivos:
Determinar la masa molar de un gas (O2), en base a la experimentación de los tiempos de efusión a través de un orificio de un volumen de gas examen y de igual volumen de otro gas tomado como referencia.
II. Fundamento teórico:
La Ley de Graham establece qu e: “Las velocidades de difusión de volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión P y temperatura T, a través de un orificio, son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus masa molares o densidades”
=√ …… (2.1)
*u: velocidad media cuadrática *M: masa molar La ecuación (2.1) se llega teniendo en cuenta La Teoría Cinética de Los Gases, de esta teoría se obtiene primero:
√
u=
…. (2.2)
*R: La constante de los gases. * T: Temperatura absoluta. Aplicando la ecuación (2.2) a dos gases diferentes 1 y 2 y relacionando resulta la ecuación (2.1) Se demuestra que las velocidades de efusión son inversamente proporcionales a los tiempos de efusión t, es decir:
=
Combinando ahora las ecuaciones (2.1) y (2.3) resulta:
=√
…. (2.4)
La ecuación (2.4), permite el cálculo de la masa molar de un gas si se conoce el tiempo de efusión (de un volumen igual) y masa de otro gas tomando como referencia, que generalmente es el aire.
III. Materiales:
Efusiómetro (Aparato de Schilling) Agua destilada. Cronometro. Barómetro. Termómetro. Gases(aire-o2)
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IV. Esquema del Experimento:
Fig.2.1 Efusiómetro para la determinación de la masa molar de un gas. V.-Procedimiento Experimental: El Efusiómetro en su forma fundamental se muestra en la fig.2.1. Al Efusiómetro previamente limpio se le llena con una cantidad adecuada de agua. El tubo interior del Efusiómetro posee una llave de tres vías (donde se encuentra el orificio) que para el experimento se acondicionan según las posiciones 1, 2 y 3, como se muestra en el esquema de la fig.2.2
Fig.2.2. Posiciones de la llave de tres vías para la determinación de la masa molar de un gas por efusión gaseosa.
En la posición „1‟, se permite la entrada de gas al sistema desplazando el agua del tubo interior a la cámara de efusión; en la posición „2‟, se mantiene el gas dentro del tubo interior, situándose el nivel del agua por debajo de la marca inferior del tubo; en la posición „3‟, se permite la salida del gas hacia la atmosfera a través del orificio, midiendo el tiempo de ascenso del nivel del agua en el tubo inferior desde la marca inferior hasta la marca superior. Se debe procurar operar en tal forma que se mantengan las mismas condiciones de P, V y T en todos los gases experimentados, y en todas las mediciones. Controlar la temperatura ambiente y la presión barométrica.
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VI.- Cálculos, Resultados y conclusiones: Datos Experimentales:
*Gas referente (Aire): PF aire = 29.0gr/mol *Tiempos: CUADRO DE TIEMPOS
N t(s) t1
1
2
3
4
Promedio
3.78
3.78
3.78
3.77
3.778
t2
3.92
3.96
4.00
3.98
3.965
Desarrollo:
*Consideramos al O2 (g) como gas examen, para ello usaremos la ecuación (2.4)
=√ …. (2.4) =√ M02 = 31.931 gr/mol
Comparación:
MASA MOLAR DEL OXIGENO Practico Teórico 31.998gr/mol 31.931gr/mol
* 100 / * 100 %error=/
%error =
%error = 0.21 %
El valor de la masa molar del Oxigeno obtenido en la práctica, ha sufrido un defecto de un 0.21% con c on respecto al valor teórico. Conclusiones: Se comprobó que el peso molecular del oxigeno se pudo calcular por la Ley de Efusión Gaseosa de Graham. Consideramos que el experimento fue adecuadamente realizado debido a que el porcentaje de error por defecto es menor que el 5%.
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I. Objetivo:
Medir experimentalmente la “Presión de Vapor Saturado” de un liquido a varias temperaturas.
II. Fundamento Teórico:
La existencia de la presión de vapor saturado (vapor en equilibrio con el liquido) y su aumento con la temperatura, se interpreta como una consecuencia de la distribución de energía de Maxwell-Boltzman. Por distribución de energía, aun a bajas temperaturas, una fracción de moléculas en el liquido tiene energía excedente a la energía cohesiva del liquido, fracción que aumenta rápidamente con el incremento de temperatura, resultando un rápido aumento de la presión de vapor. Esto implica que a determinada temperatura, un liquido de energía cohesiva grande (calor molar de vaporización grande) tendrá una presión de vapor pequeña, y un liquido con energía cohesiva pequeña (calor molar de vaporización pequeño) tendrá una presión de vapor grande.
La temperatura a la cual la presión de vapor saturado es igual a 1atm. , se denomina punto de ebullición normal del líquido.
La variación de la presión de vapor con la temperatura de ebullición del liquido, se estudia a través de la Ecuación Clausius-Clapeyron, que en su forma integrada con constante de integración “C” suponiendo el calor molar de vaporización constante, ΔHv, se expresa:
* +C …. (3.1) = () …. (3.2) Ln LnP =-
y entre limites:
P: Presión de vapor, *T: Temperatura de ebullición absoluta, *R: Constante de los gases. Los subíndices “1” y “2” se refieren a condiciones iníciales y finales.
Midiendo experimentalmente la presión de vapor a varias temperaturas se pueden graficar valores de LnP vs. 1/T, y de acuerdo a la ecuación (3.1) se obtendrá una recta. De la ordenada de origen se determinara “C”, y de la pendiente de la recta el calor molar de vaporización del liquido ΔHv.
III. Materiales:
Líquidos examen: Benceno, etanol, etc. Probeta Bureta Embudos
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Equipo para determinación de presión de vapor Matraz de ebullición Manta de Calentamiento con regulador de voltaje
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Condensador Allihn Termómetro: 0-100C Manómetro de Mercurio Bomba de vacio Soportes
IV. Esquema del Experimento:
V. Procedimiento Experimental: Después de limpiar adecuadamente el aparato aparato para presión de vapor, se llena el matraz de ebullición (conteniendo previamente los trozos de porcelana porosa y el termómetro insertado en su lugar respectivo) con cierta cantidad cantidad de liquido examen. Luego se conecta conecta el aparato al manómetro de Hg cerciorándose que no haya fugas en las conexiones; y se provee al sistema de una adecuada refrigeración. Se somete al vacio el sistema sistema de ebullición hasta presión determinada, determinada, y se suministra calor a la cámara de ebullición a través de la manta manta de calentamiento operando el regulador de voltaje progresivamente. Proceder a la toma de lecturas de temperaturas en la cámara de ebullición cada 5 cm Hg de aumento de presión en el momento que se observa una ebullición suave. Registrar la temperatura ambiente y presión barométrica al inicio y al término del experimento.
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VI. Cálculos, Resultados y Conclusiones: Datos Experimentales: Exp.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T(ºC)
69 62 64 66 70 72.5 77 79 80 81 82 84
T(K)
h=h-hi
P=Pb+h (mmHg)
(mmHg) -2.0 -34.5 -28.0 -22.5 -17.2 -9.5 -3.9 3.6 8.8 13.8 18 21.9
342.15 335.15 337.15 339.15 343.15 345.65 350.15 352.15 353.15 354.15 355.15 357.15 357.15
LnP
̅
(1/T)(K-1)
(KJ/mol)
757.2 724.7 731.2 736.7 742 749.7 755.3 762.8 768 773 777.2 781.1
6.629 6.586 6.595 6.602 6.609 6.619 6.627 6.637 6.644 6.650 6.656 6.661
* +C
…. (3.1)
-3
2.92*10 -3 2.98*10 -3 2.97*10 -3 2.945*10 -3 2.914*10 -3 2.893*10 -3 2.856*10 -3 2.84*10 -3 2.832*10 -3 2.824*10 -3 2.816*10 -3 2.799*10
Desarrollo:
LnP =Donde:
Y = BX +A >Y = Ln P. >B =Para hallar A y B, sabemos:
. >X = . >A = C
∑ = 107.46 ∑ ∑ = (0.04962734) (107.46) = 5.33275278 ∑ = 0.3127919 ∑ = 0.000145043 ∑ = 0.04962734
o
o
o
o
2
o
Aplicando mínimos cuadrados, hallamos:
∑ - ∑ ∑ N∑ – (∑ ) A = ∑ - B ∑ B = 17*
2
2
N
Reemplazando:
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B = (17*0.3127919) – (5.33275278) (17*0.000145043) – (0.04962734) ^2
B = -5354.8021
A = (107.46) – (-5354.80215*0.04962734) 17
A = 21.952972
Sabemos que:
= B
-
= -BR = -(-5354.80215)* 1.987 cal/mol grado
= 10639.9919 cal/mol grado o
44539.00609 J/mol grado
Por tanto la ecuación de mínimos cuadrados por Regresión Lineal es:
Ln P = -5354.80215
+ 21.9529729
T
Grafico #1 : PRESION vs. TEMPERATURA
790 780 ) 770 g H760 m m750 ( P
740 730 720 330
340
350
360
T (ºk)
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Grafico #2:
LnP vs. 1/T 6.67 6.66 6.65 6.64 P 6.63 n L 6.62 6.61 6.6 6.59 6.58 0.00275
y = -375.88x + 7.7097 R² = 0.926
0.0028
0.00285
0.0029
0.00295
0.003
1/T(ºK-1)
Calculo del “ Hv” y “C”: * La ecuación de la grafica es: y = -375,8x + 7,709 *Nuestra ecuación es:
LnP =-
* +C
Donde:
C = 7.709
= 375.8
; R= 8.314 J/mol ºK
= 3124.40 J/m
ºK
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Comparación:
ΔHv ETANOL (J/mol grado) Teórico Practico 38 595 44539.00609
* 100
%error =
* 100
%error=
%error= 15.3%
Conclusiones:
Dado que son datos experimentales de laboratorio, se obtiene algunos valores dispersos; al graficar en la ecuación de la recta. Los valores de la variación en la presión barométrica influye en el cálculo de los datos en el eje de las ordenadas. Los valores de las pendientes (grafica y por mínimos cuadrados) se aproximan pero varían debido a que l os datos están relativamente dispersos. Los datos varían de acuerdo a errores de visión en sus lecturas y además son aproximados.
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I. Objetivo:
Determinar experimentalmente El Calor Especifico de un líquido, usando corriente eléctrica como medio de calentamiento y midiendo el incremento de temperatura causado por este.
II. Fundamento Teórico:
El experimento se basa en el establecimiento de un balance de energía, entre la emitida por corriente eléctrica en forma de trabajo pasada a través de una resistencia (alambre fino de aleación Cr-Ni) sumergida dentro de una determinada masa liquida, y la ganada por esta masa y el equipo que la contiene; produciéndose en estos un incremento de entalpia. El experimento se realiza adiabáticamente a presión constante (1atm aprox.), y se mide el tiempo de suministro de corriente y el incremento de temperatura que esta origina en el sistema total (liquido + equipo). El trabajo emitido por la corriente eléctrica, We, y ejecutado sobre el sistema se da por: We (cal) =
……… (1)
-V: Potencial eléctrico en „Voltios‟. – I: Intensidad de corriente en „Amperios‟. – t: tiempo en „Segundos‟. Este trabajo produce un incremento de entalpia, ΔH, en el sistema total; haciendo las deducciones termodinámicas correspondientes, resulta: We = ΔH……. (2)
El incremento de entalpia del sistema total se expresa:
ΔH = (meCe + mLCL) (T2-T1)…… (3) -m: Masa (gr). – C: C: Calor especifico (cal/gr. ºC). – T: T: Temperatura (ºC). – e: e: Equipo. – L: L: Liquido.
Haciendo (meCe) = C (constante calorífica del equipo), la ecuación (3) se transforma a:
ΔH = (C + mLCL) (T 2-T1)…… (4) Combinando las ecuaciones (1), (2) y (3), resulta: CL =
[ - C].... (5)
Esta ecuación permite el cálculo del calor especifico del liquido examen „CL‟, previo conocimiento de la constante calórica del equipo „C „. La constante del equipo se logra determinar realizando el experimento con un líquido cuyo calor específico se conozca, que generalmente es el agua, la cual tiene un calor especifico de 1 cal/gr. ºC
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III. Materiales: Agua Alcohol Vaso Dewar Termómetro de precisión Cronometro Resistencia de alambre fino Amperímetro Voltímetro Reóstatos ( aprox. 12V) Fuentes de poder de corriente continua (aprox. Cables de conexión.
IV.-Esquema del Experimento:
V.-Procedimiento experimental: Después de una adecuada limpieza del calorímetro y accesorios se llena este con cierta cantidad de liquido (aproximadamente 200gr en caso de agua). Con el tapón en el que deben estar insertados el termómetro y agitador, e instalada la resistencia (de aleación Cr-Ni), taponar el vaso Dewar. Instalar los instrumentos tratando de proveer un voltaje aproximadamente 5V en el vaso Dewar (regulando con el reóstato) como se muestra en la fig.4.1.
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Fig.4.1. Circuito de medición del Calor Especifico de un líquido. A: amperímetro, B: batería o fuente de C.C., C: calorímetro, R: reóstato, V: voltímetro.
Anotar la temperatura ambiente, presión barométrica y la temperatura inicial del sistema; cerrar el circuito y proceder a la toma de lecturas (del sistema), voltaje y amperaje a intervalos de 30seg (o 1 min), durante 10 min. Aproximadamente. Si es posible usar un estabilizador de voltaje. Evitar el calentamiento excesivo para prevenir pérdidas de liquido por evaporación. Desconectar la corriente y anotar la temperatura ambiente y presión barométrica finales.
VI.- Cálculos, Resultados y Conclusiones: Datos Experimentales:
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Experimen Tiempo(seg) to
Temperatura ºF
ºC
ºK
Intensidad(A)
Potencial(v) Potencial(v)
líneas
A
líneas
V
C cal/ºC
1
0
72,4
22,45
295,59
2
30
72,45
22,47
295,62
3
60-1’
72,45
22,47
295,62
4
90
72,45
22,47
295,62
5
120-2’
72,45
22,47
295,62
33
0.66
70
3.5
391.97
6
150
72,5
22,5
295,65
33
0.66
80
4
1693.36
7
180-3’
72,52
22,51
295,66
33
0.66
80
4
744.53
8
210
72,55
22,53
295,68
33
0.66
79,5
3.98
429.83
9
240-4’
72,6
22,56
295,71
33
0.66
80
4
746.89
10
270
72,65
22,58
295,73
33
0.66
80
4
427.46
11
300-5’
72,7
22,61
295,76
33
0.66
79
3.95
427.46
12
330
72,75
22,64
295,79
33
0.66
80
4
431.41
13
360-6’
72,8
22,67
295,82
33
0.66
80
4
176.65
14
390
72,9
22,72
295,87
33
0.66
79
3.95
427.46
15
420-7’
72,95
22,75
295,90
33
0.66
80
4
431.41
16
450
73
22,78
295,93
33
0.66
80
4
178.07
17
480-8’
73,1
22,83
295,98
33
0.66
79,5
3.98
428.25
18
510
73,15
22,86
296,01
33
0.66
79,5
3.98
429.51
19
540-9’
73,2
22,89
296,04
33
0.66
79,9
3.995
439.04
20
570
73,25
22,92
296,07
34
0.68
79,5
3.98
767.04
21
600-10’
73,30
22,94
296,09
34
0.68
79
3.95
445.65
22
630
73,35
22,97
296,12
34
0.68
79,8
3.99
124.26
23
660-11’
73,45
23,03
296,18
34
0.68
79,5
3.98
447.28
24
690
73,5
23,06
296,21
34
0.68
79,5
3.98
768.99
25
720-12’
73,55
23,08
296,23
34
0.68
79,3
3.965
283.74
26
750
73,6
23,12
296,26
27
780-13’
73,6
23,12
296,26
28
810
73,6
23,12
296,26
Promedio: V = 3.961
Promedio: C =506.68
29
84014’
Promedio: A = 0.66
296,26 73,6
23,12
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C cal/ºC
420.60
Agua
Experimento 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Tiempo(seg) 0 30 60-1’ 90 120-2’ 150 180-3’ 210 240-4’ 270 300-5’ 330 360-6’ 390 420-7’ 450 480-8’ 510 540-9’ 570 600-10’ 630 660-11’ 690 720-12’ 750 780-13’ 810 840-14’
150 líneas
Temperatura ºF 73,9 73,9 73,95 73,95 74 74 74,05 74,1 74,15 74,2 74,3 74,4 74,5 74,6 74,65 74,75 74,85 74,9 74,95 75,05 75,1 75,2 75,3 75,35 75,4 75,5 75,5 75,5 75,5
ºC 23,28 23,28 23,31 23,31 23,33 23,33 23,36 23,39 23,42 23,44 23,50 23,56 23,61 23,67 23,69 23,75 23,81 23,83 23,86 23,92 23,94 24,00 24,06 24,08 24,11 24,17 24,17 24,17 24,17
ºK 296,43 296,43 296,46 296,46 296,48 296,48 296,51 296,54 296,57 296,59 296,65 296,71 296,76 296,82 296,84 296,90 296,96 296,98 297,01 297,07 297,09 297,15 297,21 297,23 297,26 297,32 297,32 297,32 297,32
Intensidad(A)
Potencial(v)
líneas
A
líneas
V
34 34
0.68 0.68
86 85,5
4.3 4.275
34 34 35 35 35
0.68 0.68 0.70 0.70 0.70
85,5 85,5 85,5 85 85,5
4.275 4.275 4.275 4.25 4.275
35
0.70
85,5
4.275
35 35 35 35 35
0.70 0.70 0.70 0.70 0.70
85,5 85,3 85,2 85,1 85,5
4.275 4.265 4.26 4.255 4.275
35 35 35 35
0.70 0.70 0.70 0.70
85 85,5 85,3 85,2
4.25 4.275 4.265 4.26
35 35 35 35
0.70 0.70 0.70 0.70
85,3 85,1 85,1 85,1
4.265 4.255 4.255 4.255
Promedio: A = 0.696
Promedio: V = 4.267
3A
*La corriente presenta la relación siguiente: *El voltaje presenta la siguiente relación: 150 líneas *Las temperaturas se basan en la
7.5 V siguiente relación:
= =
PARA EL AGUA
Temperatura a la cual se trabajo = 22.14 ºC
Presión experimental = 759.2 mmHg
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Página 19
Etanol
En base a los datos del cuadro de las densidades del Agua a diferentes temperaturas, calculamos la densidad a la temperatura que se trabajo, por interpolación: (23ºC- 22ºC) (0.99762 – 0.99786) gr/mL (22.14ºC – 22ªC) (X - 0.99786) gr/mL Resolviendo: (23ºC- 22ºC) ( X - 0.99786) = (22.14ºC – 22ªC) (0.99762 – 0.99786) X = 0.99783 gr/mL (densidad del agua 22.14ºC)
Ahora procedemos a calcular la masa del agua a la temperatura de 22.14ºC:
mH2O = ρH2O.vH2O mH2O = (0.99783gr/mL) (200mL) mH2O = 199.57 gr.
En base al calor especifico del agua (1 cal/gr.ºC) y a la masa encontrada (mH 2O = 199.57 gr.), procedemos a calcular la capacidad calorífica del calorímetro (C) en cada intervalo de 30´´, para ello empleamos la ecuación siguiente:
+ + * – * =( 1 cal/gr ºC) (199.57 gr) = 199.57cal/ ºC – + = 391.97 cal/ºC C5 = * – + = 1693.36 cal/ºC C6 = * C=
o
o
o
o
o
+ = 744.53 cal/ºC * – – + = 429.83 cal/ºC C8 = * C7 =
– + = 746.89 cal/ºC * – + = 427.46 cal/ºC C10 = * C9 =
o
– + = 427.46 cal/ºC * + = 431.41 cal/ºC C12= * –
C11=
o
o
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Página 20
– + = 176.65 cal/ºC * – + = 427.46 cal/ºC C14= * C13=
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
– + = 431.41 cal/ºC * – + = 178.07 cal/ºC C16= * C15=
+ = 428.25 cal/ºC * – – + = 429.51 cal/ºC C18= * C17=
– + = 439.04 cal/ºC * – + = 767.04 cal/ºC C20= * C19=
+ = 445.65 cal/ºC * – – + = 124.26 cal/ºC C22= * C21=
C23=
+ = 447.28 cal/ºC * –
– + = 768.99 cal/ºC * – + = 283.74 cal/ºC C25= * C24=
Ahora, con los promedios de los Voltajes, la Corriente, la Temperatura inicial y final durante el tiempo de 600´´, calculamos la capacidad calorífica del calorímetro:
*V = *I =
∑ ∑
21 21
*T1 = 22.47 ºC * T2= 23.08ºC *t = 600``
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Página 21
+ * – – + = 420.60 cal/ºC C= * C=
Comparando el promedio de la capacidad calorífica de cada intervalo de 30`` y la capacidad calorífica total; uno de ellos se empleara para determinar el calor especifico del etanol.
C promedio
C total
506.68 cal/ºC
420.60 cal/ºC
Grafica: T vs t para el Agua 23.2 23.1 23 22.9
) C º 22.8 ( T
22.7 22.6 22.5 22.4 0
5
10
15
20
25
30
35
t (seg)
A continuación se muestra un cuadro resumen del experimento con el Agua:
PARA EL ETANOL
Temperatura a la cual se trabajo = 22.14 ºC
Presión presente en el laboratorio = 759.2 mmHg
Volumen del etanol = 200mL
La densidad estándar del etanol ( ρC2H5OH = 0.78522 gr/ mL)
Peso formula del etanol = 46.10 gr/ mol
Por interpolación, calculamos la ρC2H5OH a la temperatura que se trabajo:
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Página 22
DENSIDAD DEL ETANOL (gr/mL) A DIFERENTES TEMPERATURAS 0.80374 g 0.79283 0.78182 3°C 16°C 29°C 4°C 5°C 6°C 7°C 8°C 9°C 10°C 11°C 12°C
0.80290 0.80207 0.80123 0.80039 0.79956 0.79872 0.79788 0.79704 0.79620
17°C 18°C 19°C 20°C 21°C 22°C 23°C 24°C 25°C
0.79198 0.79114 0.79029 0.78945 0.78860 0.78775 0.78691 0.78606 0.78522
30°C 31°C 32°C 33°C 34°C 35°C 36°C 37°C 38°C 39°C
0.78097 0.78012 0.77927 0.77841 0.77756 0.77671 0.77585 0.77500 0.77414 0.77329
(23ºC- 22ºC) (0.78691 – 0.78775) gr/mL (22.14ºC – 22ªC) (X - 0.78775) gr/mL Resolviendo: (23ºC- 22ºC) ( X - 0.78775) = (22.14ºC – 22ªC) (0.78691 – 0.78775)
X = 0.78763 gr/mL (densidad del etanol 22.14ºC)
Ahora procedemos a calcular la masa del etanol a la temperatura de 22.14ºC:
mC2H5OH = ρC2H5OH.vC2H5OH mC2H5OH = (0.78763gr/mL) (200mL) mC2H5OH = 157.53 g
A continuación se muestra un cuadro resumen del experimento para el etanol:
Ahora, procedemos a calcular el calor especifico del etanol ( C EOH), para ello emplearemos la siguiente ecuación:
CEOH =
∑ ∑
* – +
*V = 21 *I = 21 *T1 = 22.33ºC *T2 = 24.11ºC *t = 600`` +Calculando el calor especifico del etanol con la constante calórica del calorímetro promedio ( :
CEOH =
* –+
CEOH = 1.693 cal / gr ºC
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Página 23
: = * – +
+ Calculando el calor especifico del etanol con la constante calórica del calorímetro total (
CEOH
CEOH = 1.151 cal / gr ºC
Grafica: T vs t para el Etanol 24.3 24.2 24.1 24 23.9 ) C 23.8 º ( T 23.7 23.6 23.5 23.4 23.3 23.2 0
5
10
15
20
25
30
35
t (seg)
Comparación:
-El valor del calor especifico del etanol tomados es, CEOH = 1.151 cal / gr ºC; debido a que se aproxima al valor estándar. CALOR ESPECIFICO DEL ETANOL (cal / gr. ºC) TEORICO PRACTICO 1.151 0.588
NOTA: Por algún error de manipulación de los instrumentos de laboratorio, el calor específico del etanol es casi el doble del valor estándar.
Conclusión:
Pudimos determinar el calor específico del etanol mediante la medición de la capacidad calórica del calorímetro, para lo cual se uso las propiedades termodinámicas del agua ( densidad, calor especifico, etc.)
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Página 24
I.
Objetivo:
Medir experimentalmente La Viscosidad de un Líquido a diferentes temperaturas por el método de caída de esfera usando para tal fin el viscimetro de Hoeppler.
II. Fundamento Teórico:
La Viscosidad se puede definir como la resistencia que experimenta una capa de liquido para arrastrar tras de sí otra capa. Por lo general la viscosidad influye en la velocidad de flujo del líquido. La unidad de medida más usual de la viscosidad de un liquido es el „‟poise „‟poise‟‟. ‟‟. Cuando un cuerpo esférico cae por gravedad a través de un fluido, el cuerpo es influenciado por la fuerza gravitacional “f “f 1”:
3 f 1= g………. (6.1) 1= π r (ρ-ρf ) g……….
-r: Radio de la esfera. –ρ: Densidad de la esfera. -ρf : Densidad del fluido. – g: Aceleración de la gravedad. Estas fuerza es contrarrestada por la fuerza friccional “f “f 2 “ofrecida por el medio o fluido, la cual aumenta con el aumento de la velocidad del cuerpo. Cuando f 1= 1= f 2, el cuerpo continúa cayendo con velocidad constante, y en es6tas condiciones George Stokes define a la fuerza friccional en la forma: f 2=6 π r ŋ v ………. (6.2) -r: Radio de la esfera. –ŋ: Viscosidad del fluido. – v: v: Velocidad de la esfera. Si el cuerpo cae con velocidad constante, de la combinación de las ecuaciones (1) y (2) resulta: ŋ=
r
2
(ρ-ρf ) g....... (6.3)
La ecuación (3) conocida como “La Ley de Stokes”, la cual permite determinar la viscosidad absoluta del fluido, y se aplica a caída de cuerpos esféricos en todo tipo de fluidos a condición de que el radio del cuerpo sea grande comparado con la distancia entre las moléculas del fluido. Si se conoce la viscosidad de algún líquido (por ejemplo. El agua), este puede servir como referencia, y entonces aplicando la ecuación (3) para tal líquido y el líquido examen y relacionando resulta:
=() En términos de los tiempos de caída de la esfera:
= ()........ (6.4)
Donde los subíndices 1 y 2, se refieren a los líquidos de referencia r eferencia y examen, respectivamente.
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Temperatura T [ºC] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Propiedades del agua en función de su temperatura Densidad Calor específico Viscosidad Tensión superficial. Cp. agua agua 3 [Kg/m ] [J/kg.K] [Pa.s] [N/m] 999.8 4217.6 1793x10 0.07564 1000.0 -6 999.7 4192.1 1307x10 0.07423 999.1 998.2 4181.8 1002x10 0.07275 997.0 -6 995.6 4178.4 797.7x10 0.07120 994.1 -6 992.2 4178.5 653.2x10 0.06960 990.2 988.1 4180.6 547.0x10 0.06794 985.7 983.2 4184.3 466.5x10-6 0.06624 980.6 977.8 4189.5 404.0x10 0.06447 974.9 971.8 4196.3 354.4x10 0.06267 965.3
4205.0
314.5x10
-6
0.06080
958.4
4215.9
281.8x10
-
0.05891
III. Materiales: Agua Alcohol Viscosímetro de Hoeppler Cronometro.
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IV. Esquema del experimento:
V.-Procedimiento experimental: El viscosímetro de precisión Hoeppler tiene un amplio rango de aplicación (se usa además parta líquidos viscosos y gases). Fundamentalmente consiste de un tubo cilíndrico montado en una chaqueta de agua que después de nivelarla (mediante tornillos) se establece un ángulo de 10º con la vertical, como inclinación mínima para asegurar un paso recto de caída de esfera, sin oscilación vertical y con área constante a través de todo el descenso. La chaqueta de agua del viscosímetro con el termómetro instalado en la tapa de la misma, se conecta por medio de mangueras al termostato, para asegurarse de una circulación constante de medio de calentamiento que generalmente es el agua entre la chaqueta y el termostato. Se llena el tubo de medición con el liquido examen después de enjuagarse con pequeñas porciones del mismo. Se procede a la nivelación del viscosímetro viscosímetro mediante los tornillos que tiene en su base. Se introduce la bola correspondiente en el liquido del tubo de medición y se mide el tiempo de caída de esta esfera una distancia calibrada exactamente entre dos marcas del tubo de vidrio. Estas mediciones pueden hacerse a varias temperaturas.
VI.-Cálculos, resultados y conclusiones: De acuerdo al Viscosímetro de Hoeppler:
ŋ = F (ρ k -ρf ) k....... (6.5)
-ŋ: Viscosidad en centipoises. F: El tiempo de caída de la esfera en segundos. - ρk : Densidad de la esfera utilizada. - ρf : Densidad del fluido. – k: k: Constante que depende de la esfera utilizada.
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Datos Experimentales:
BOLA 1
CUADRO DE REFERENCIA DIAMETRO(m PESO(gr) DENSIDAD(g/cm 3 m) ) 15.83 4.967 2.342
CONSTANT E (K) 0.00424
2
15.64
4.794
2.391
0.0621
3
15.6
16.207
8.153
0.0893
4
15.25
15.135
8.149
0.528
5
14.27
11.717
7.697
4.58
6
11.1
5.525
7.714
3.3
W bola blanca= 5.0357 Tiempo de caída de la bola= F= 11.6s.
Desarrollo: Hallando la densidad de la esfera „‟Sk‟‟ por interpolación:
Resolviendo:
(16.207 - 4.794) (8.153 – 2.391) (5.035 – 4.794) (Y - 2.391) (16.207 - 4.794) ( Y - 2.391) = (8.153 – 2.391) (5.035 – 4.794)
Y = 2.513 = Sk
Hallando la constante „‟K‟‟ de la esfera por interpolación:
Resolviendo: 4.794)
(16.207 - 4.794) (8.0893 – 0.061) (5.035 – 4.794) ( Y – 0.061) (16.207 - 4.794) ( Y – 0.061) = (8.0893 – 0.061) (5.035 –
Y = 0.06267 = K
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Determinamos el valor de la densidad o peso especifico del líquido que interviene
en el experimento en este caso el agua en el siguiente cuadro a la temperatura de 23°C. Temperatura
Peso Especific
ºC
g/cm3
4
1
6
0.999968
8
0.999876
10
0.999728
12
0.39526
14
0.39273
16
0.99897
18
0.99862
20
0.99823
23
0.99756
26
0.99681
29
0.99597
Sf = 0.99756 g/cm3 3 Sk = 2.513 g/cm F = 11.6s. K = 0.06267 Reemplazando datos en la ecuación (6.5):
3
3
ηH2O = 11.6s.(2.513g/cm – 0.99765g/cm )0.06267
VISCOSIDAD DEL AGUA EN CENTIPOISE (cP) TEORICO
ηH2O = 1.0020
PRACTICO ηH2O = 1.1017
ERROR RELATIVO:
Er Er
Er
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Página 29
CALCULO DE LA VISCOSIDAD DEL ETANOL Datos Experimentales:
*Temperatura = 23°C
PARA EL ETANOL CUADRO DE ETANOL (s) t1
TIEMPOS
PARA 9.7
t2
9.68
t3
9.69
Tiempo promedio (T2)
9.69
PARA EL AGUA DESTILADA CUADRO H2OD(s)
DE
TIEMPOS
PARA
t1
7.11
t2
7.09
t3
7.13
Tiempo promedio (T1
7.11
Hallamos la densidad del agua a 23°C por interpolación utilizando los datos de la
siguiente tabla.
TEMPERATURA (°C)
20 30 40
Resolviendo:
3
DENSIDAD (g/cm )
0.99819 0.99565 0.99222
(30 – 20) (0.99565 – 0.99819) (23 – 20) ( Y - 0.99819) (30 – 20) ( Y 0.99819) = (0.99565 – 0.99819) (23 –
20)
Y = 0.9981 g/cm3 = P1
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