PRÁCTICA 1 DE LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA UNMSM

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

$ntroducción os gases son ampliamente utilizados a nivel industrial *"rincipalmente son empleados en procesos como fabricación de acero' aplicaciones m5dicas' fertilizantes' semiconductores' etc* os gases de' más amplio uso ( producción son el >+)geno' 9itrógeno' /idrógeno ( los gases inertes tales como el ?rgón* &stos gases desempe@an roles tales como reactivos para procesos' forman parte de ambientes 7ue favorecen reacciones 7u)micas ' sirven como materia prima para obtener otros productos' algunos de ellos como el >+)geno necesitan controlarse sus concentraciones en los e7uipos (a 7ue un e+ceso puede causar corrosión en los mismos* &l proceso adiabático se utiliza en la industria para aprovechar el consumo de calor ( reducir el consumo el5ctrico buscando optimizar costos' as) como tambi5n es utilizado cuando se re7uiere una baja en la temperatura* Aiendo las m#ltiples aplicaciones de los gases en la industria vemos la importancia de como futuros ingenieros 7u)micos conocer sus propiedades entre ellas la densidad ( la capacidad calor)fica 7ue son objetivos de la práctica*

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PRINCIPIOS TEÓRICOS A. GAS Be denomina as) a7uel fluido 7ue no tiene forma ni volumen definido* Be clasifican como: a Cases ideales*! Bon a7uellos en los cuales el volumen ocupado por las mol5culas' es insignificante respecto al volumen total ( siguen la le( de los gases ideales: 1 b Cases reales*!"resentan fuertes atracciones intermoleculares' siendo el volumen de las mol5culas significativo respecto al total* &stos gases no siguen la ecuación 1* &+isten una serie de ecuaciones llamadas ecuaciones de estado' 7ue corrigen las desviaciones de la idealidad' entre ellas tenemos la de;erthelot: PV =nR T

( )

PV =

m TR M

(

1

+

9 T C P C 128 P P C

(

−

1

6 T C 2 2

T

))

&n las ecuaciones 2 ( D 6E6asa molecular de la muestra* mE6asa de la muestra* %E3onstante de los gases ideales* %E3orrección para la desviación de la idealidad* "'A'E"resión ' volumen ( temperatura del gas* "3'cE"resión ( emperatura cr)tica del gas* os vapores de sustancias 7ue no son gases a temperaturas ordinarias suelen encontrarse en este tipo*

B. DENSIDAD DE GASES a

b
c a densidad p de un gas se puede obtener a partir de la relación:

" # /V # P M/R$T

C.

RELACIÓN DE CAPACIDADES CALORÍFICAS DE LOS GASES

C%"%c&'%' C%()*+,&c% '- G%- a c%"%c&'%' c%()*+,&c% de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energ)a calor)fica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cual7uiera ( el cambio de temperatura 7ue e+perimenta* &n una forma menos formal es la energ)a necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia' usando el B$*$ndica la ma(or o menor dificultad 7ue presenta dicho cuerpo para e+perimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor* "uede interpretarse como una medida de inercia t5rmica* &s una propiedad e+tensiva' (a 7ue su magnitud depende' no solo de la sustancia' sino tambi5n de la cantidad de materia del cuerpo o sistemaH por ello' es caracter)stica de un cuerpo o sistema particular* /a( 2 tipos de capacidad calor)fica: a presión constante ( a volumen constante* a relación entre ambas' conocida como I depende de si el gas es mono' di o Laboratorio de Fisicoquímica I Página !


poliatómico ( puede ser determinada e+perimentalmente mediante el m5todo de 3lement (
C" /C # (0P1 (0P2 / (0P13(0P4

J si el cambio de presión es pe7ue@o' sabiendo 7ue p E pgh:

5# C" /C # 61 / 61 64

MATERIALES Y REACTIVOS M%7-*&%(-  &7uipo de A)ctor 6e(er para densidad de vapor*  &7uipo para relación de capacidades calor)ficas por el m5todo de

3lement (
R-%c7&)  )7uido orgánico volátil* Laboratorio de Fisicoquímica I Página "


PROCEDIMIENTO D-7-*&0%c&80 '- (% D-0&'%' '- G%- ")* -( M97)') '- V+c7)* M-:-* a Knstale el e7uipo como se muestra en la Fig* 1 b 3olo7ue en un vaso agua de ca@o' hasta 2=D de su volumen ?' ( dentro de 5ste el tubo de vaporización ;* 6anteniendo cerrada la llave de la bureta F ( abierto el tapón &* leve al agua a ebullición durante 10 min* 6ientras se est5 calentando el agua' pese una ampolla de vidrio hasta las 10 mil5simas de g* 3aliente la ampolla' retire e introduzca el capilar en un vaso 7ue contenga una pe7ue@a porción de l)7uido orgánico volátil' enfr)e ( repita la operación hasta introducir de 0*1 a 0'2 g de muestra' pese ( si ha logrado el peso adecuado al pesar' selle el capilar' d5jelo enfriar ( p5selo nuevamente con e+actitud* c ?bra la llave de la bureta' nivele el agua hasta la marca inicial con la pera* d 3olo7ue el tapón &' iguale los niveles' lea la bureta ( anote* %etire el tapón & ( haga 7ue el nivel llegue nuevamente al nivel inicial* e %epita d hasta 7ue todo el volumen desalojado de agua no fluct#e en más de 0*2 m respecto a la lectura anterior* f %ompa el e+tremo de la ampolla' introd#zcala rápidamente en el tubo de

vaporización ( colo7ue inmediatamente el tapón &* ? medida 7ue baja el nivel del agua en la bureta iguale el de la pera' hasta 7ue el nivel del agua deje de bajar* g 3ierre rápidamente la llave F* espere 10 minutos ( tome la temperatura del agua en la pera' lea el nivel del agua en la bureta' tomando como referencia la lectura realizada en d*

Laboratorio de Fisicoquímica I Página #


Fig *1

65todo de A)ctor

6e(er

R-(%c&80 '- C%"%c&'%'- C%()*+,&c% ")* -( M97)') '- C(9-07  D-)*-. a ?rme el e7uipo mostrado en la Fig* 2 de forma 7ue todas las uniones 7ueden herm5ticamente cerradas* b 6anteniendo cerrado ;' abra ? permitiendo el paso de gas por el balón hasta tener un desnivel apro+imadamente de 10 cm en el manómetro de agua' cierre ; ( lea la diferencia de altura e+acta h 1* c ?bra rápidamente ; ( ci5rrela en el momento en el 7ue ambas ramas del manómetro se crucen* d
Laboratorio de Fisicoquímica I Página $


CÁLCULOS Y RESULTADOS

DENSIDAD DE GASES

1. C)**&;% (% "*-&80 <%*)97*&c% =%0')>

P´ b= Pb −

( 100 −h ) F 100

F: presión de vapor del agua a temperatura ambiente* h:  de humedad del aire*


enemos como datos 7ue: h = 95

P ! ="5#$$%&

'()*+ = -".5/5 $$%&

En0onces la 1resi2n corre&ida ser34

P´ b=756 mmHg −

( 100 −95 ) ( 17.535 mmHg ) 100

P´ b=755.12 mmHg

P´ b=755.12

4. C)**&;% -( )(=-0 '-( %&*- '-"(%?%') % c)0'&c&)0- 0)*%(- @CN 2°C : 1 %7. Be debe cumplir 7ue: P1 V 1 P 2 V 2 T 1

=

T 2

=cte

b =¿ 755.12 mmHg 1=¿ P ´ ¿ P¿

CN =¿ 1 atm=760 mmHg P¿ V CN =¿ ?

V 1=9.5 ml T 1 =20 ° C =293.15 K

Laboratorio de Fisicoquímica I Página 1&

T CN = 0 ° C =273.15 K


( 755.12 mmHg ) ( 9.5 ml ) ( 760 mmHg ) V CN =

P1 V 1 P CN V CN T 1

=

T CN

293.15 K

273.15 K

VCN # .2( !. D-7-*&0- (% '-0&'%' 7-8*&c% '-( %")* % CN =%0') (% -c=%c&80 '- B-*76-()7. ρ =

R

[

´

= R 1 +

PM ´

R T

9 T c P 128 P c T

(

1

−

6 T c 2

T

2

)]

%eemplazando tenemos 7ue: ´

R =

(

atm x L 0.082 mol x K

)[ ´

R =¿

?hora calculando

CN

ρteórica

2.2!

: PM CN ρ teórica = ´ R T

M CHCl =119.4 3

(

g mol


atm x L molxK

(

2

) 1+ 1− 128 x 54 atm x 273 K ( 273.15 K ) 9 x 536.15 K x 1 atm

6 536.15 K

2

)]


( 1 atm ) CN

ρteórica =

(

0.07736

(

119.4

g mol

)

CN

ρteórica =5.650

)

atm x L x ( 273.15 K ) molxK

g L

. D-7-*&0- (% '-0&'%' -"-*&-07%( '-( %")* % CN '&&'&-0') (% %% -07*- -( )(=-0 c)**-g&'). CN

ρexerimenal=

6asa del cloroformo: 0*0-D g* A39E 8*,4m

CN

ρexerimenal=

0.0539 g 8.80 mL

= 6.13

g L


m V CN


RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS a
1!cm

2&cm

2!cm

h1 h 1 −h 2

,1

,2

1&3! %! 13 1 12 1!# 1&# 11 2& 2&2 22! 2&% 2!1 23 2" 22#

! 33 $ !# 3# !2 3 ! #3 ## 1&" %3 113 % 1&3 %

e+*eri menta) 1$ 1! 1" 1# 1 1! 1! 1# 1" 1" 1% 1$ 1$ 1" 1# 1#

?;?1



Cráfica 1:

e+perimentales eórico: 2*4

2 1$ 1" 1 12 1 &$ &" & &2 & 1

2

3



!

"

#

$

%

1& 11 12 13 1 1! 1"

C%NF$3> 1 b
promedio para el gas*

c ? partir del valor promedio de

' calcule los 3" J 3v e+perimentales*

C P C V

=¿

C P− C = R V

Osando

!´

E1*. ( %E

2

cal molxK

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C P C V C P−C V =2

1"

cal molxK

C V −C V

&"&

C V

=¿ 1"

. .

2

cal molxK

2

cal molxK

C V (exerimental ) C P (exerimental )= 5.3

#!.!

cal molxK

cal molxK

PORCENTAJE DE ERROR PARA CADA EXPERIMENTO

6.125

5.650

!,*,.

?;? 2

1*.

1*4

!14*2 ?;? D

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS &n la tabla 2 se muestran los valores de la densidad a condiciones normales teórica ( e+perimental obteni5ndose un error de !,*,.' en la tabla D se muestra el

(

obteni5ndose un error de !14*2 *&n la gráfica 1

se muestra los valores de

hallados en las 1. mediciones realizadas (

su desviación respecto al valor teórico* Laboratorio de Fisicoquímica I Página 1!


os errores obtenidos en la e+periencia pueden pueden ser de tipo aleatorios ( los sistemáticos' en el m5todo de 6e(er pudieron cometerse en una lectura inadecuada de vol#menes desplazados' fugas de aire en el 7uipo' la hora de pesar la ampolla con el l)7uido' en el sellado de la ampolla ( en el proceso de ponerlo en el tubo de vaporización se pudo haber perdido masa debido a su volatilidad*

&n el m5todo de 3l5ment (
CONCLUSIONES Be logró determinar de manera e+perimental el valor de la densidad del cloroformo en su forma de vapor as) como tambi5n la relación entre 3 " J 3A en un proceso adiabático el cual corresponde al

' observando tambi5n 7ue es

una relación en el incremento de presiones en el proceso*

Laboratorio de Fisicoquímica I Página 1"


ANEHOS TABLA N°1 "%&B$>9 ,-. mm/g

: C)0'&c&)0- '- (%<)*%7)*&)

&6"&%?O%? 20P3

/O6&
D-0&'%' '- g%-

TABLA N°4

Q ampolla Q ampolla R muestra Q cloroformo

> D%7) -"-*&-07%(-

0*-42. g 0*-.- g 0*0-D g

p"resión barom5trica : ,-. mm/g Aolumen del tapón : 1*1 m Aolumen desplazado por el tapón R cloroformo : 10*. m Aolumen neto : *- m emperatura de la pera pasado 10 min* : 2D P3

Laboratorio de Fisicoquímica I Página 1#


D%7) T-8*&c) "resión de vapor a 20

1,*-D©CRC, “Handbook of Chemistry and Physics”, 82 nd edition, Editorial CRC Press LLC, 2002 P!"# $%&80

emperatura ( "resión cr)ticas de cloroformo 2.D -4 ©CRC, “Handbook of Chemistry and Physics”, 82 nd edition, Editorial CRC Press LLC, 2002 P!"# '%8(

3ondiciones normales39

Laboratorio de Fisicoquímica I Página 1$


2,D -4

3apacidad calor)fica a presión constante del

a

.*,

©CRC, “Handbook of Chemistry and Physics”, 82 nd edition, Editorial CRC Press LLC, 2002 P!"# $%80

3apacidad calor)fica a presión constante del

a

.*,

©&ohn ' (ean, “Lan"e)s Handbook of Chemistry”, *+ th edition, Editorial c-ra.%hill, /C, 2002 P!"# 8+8

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Laboratorio de Fisicoquímica I Página 2&

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•

Cu)a de prácticas de laboratorio de fisico7u)mica $* 2014*-ases'4'-'.','8*


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