gases de fisicoquimica

8/16/2019 gases de fisicoquimica

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Laboratorio de Fisicoquímica - Gases

Índice

1. Resumen…………………………………………………….. 22. Objetivos…………………………………………………….. 23. Principios teóricos…………………………………………. 34. Procedimiento experimental……………………………… 7. !"lculos # resultados ……………………………………… $%. !onclusiones………………………………………………… 147. &iblio'ra()a…………………………………………………… 1*. +p,ndice……………………………………………………… 1%

-. Resumen

En el siguiente informe se estudiara las principales características de los

gases, tales como la capacidad calorífica y densidad.

En esta primera práctica de laboratorio se trabajó bajo las siguientes

condiciones:

P =75 mm!g, " = #$%& y !umedad 'elati(a = )*+.

El primer eperimento a tratar es la determinación de la densidad de gasespor el m-todo de íctor /eyer en el cual utili0amos como insumo elcloroformo 1&&l23 el resultado teórico de su densidad es de .12 g4lmientras ue al aplicar el procedimiento su densidad es de 7.12 g4l en elsegundo eperimento de la relación de capacidades caloríficas utili0ando al


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aire como gas tenemos un resultado teórico de 14/ a una temperatura de#$6& mientras el resultado eperimental es de 1.21%1, obteni-ndose así unerror 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 y cerramos en el momento en el

ue ambas ramas del manómetro se cru0an, y medimos 9# ue fue de .$,

#, 2. y 5.#. &on estas # medidas se obtiene .

--. Objetivos

Estudiar las principales propiedades de los gases, tales como capacidadcalorífica, y densidad.

---. Principios teóricos

+.> ?n gas es la materia ue posee la propiedad de llenar

completamente un recipiente a una densidad uniforme. e auí, no posee

(olumen constante ni forma definida. @os gases se epanden libremente

9asta llenar el recipiente ue los contiene, y su densidad es muc9o menor

ue la de los líuidos y sólidos. Aeneralmente se les clasifica en # grupos:

3 ases -deales. El gas ideal es un modelo simplificado del estado

gaseoso, está constituido por masas puntuales 1ue no tienen

(olumen, ni diámetro3. ?n gas formado por tales partículas no eiste


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en la realidad. Este gas imaginario, constituido de mol-culas con

masa pero sin diámetro ni interacción alguna entre dic9as mol-culas

se denomina gas ideal o perfecto.

a 5e# de los 'ases ideales

@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

están asociados con el concepto de orden macroscópico. @as

mol-culas de un sólido están colocadas en una red, y su libertad está

restringida a peueBas (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 desarrollado leyes empíricas ue relacionan las (ariables

macroscópicas. En los gases ideales, estas (ariables incluyen la

presión 1p3, el (olumen 13 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

ideales p = n'" 1n es el nDmero de moles3, tambi-n llamada

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.

6cuación de estado del 'as ideal

P=n'"


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#3 ases Reales. El modelo del gas ideal no puede eplicar el

comportamiento de un gas real bajo todas las condiciones.

@a ecuación P=n'" solo es (álida para los gases ideales. Para todos

los gases reales solamente se cumple con precisión suficiente 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

aproimaciónF y debe ser reempla0ada por ecuaciones de estado

mejoradas, en particular cuando las presiones son altas y las

temperaturas bajas. @as ra0ones ue eplican las des(iaciones del

comportamiento ideal son fáciles de comprender: un gas ideal 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. 8erepresenta por la letra griega p 1r9o3 y su ecuación dimensional es p=/@ >$.e comDn se indica la densidad de un gas por su masa en gramos de unlitro, o sea con las unidades g.l>. En 8i el nDmero es id-ntico, pero en estesistema las unidades de la densidad son Hg.m>$. I condiciones normales oestándares 1; %& y atm3, la densidad del aire es de .#)$ g4l o .#)$Hg4m$. 8egDn se 9a (isto anteriormente la densidad del gas ideal esdirectamente proporcional a la presión e in(ersamente proporcional a latemperatura absoluta.

a3 8ensidad absoluta. 'elación entre la masa por unidad de (olumen.


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b3 8ensidad 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.

J= RT

PM

V

m=

!+P+!-8+86 !+5OR-


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< si el cambio de presión es peueBo, sabiendo ue P= Jg9:

=21

1

hh

h

Cv

Cp

−=

K. Procedimiento eperimental

8ensidad de los 'ases por el m,todo de >)ctor =a#er


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7



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. !"lculos # resolución1. !ondiciones de laboratorio

P :mm?' @A! 0?R

7% mm?'. 23A ! $*0


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2. 8atos experimentales

3.8atos teóricos para densidad de 'ases

4. Resultado

eterminación de la densidad del gas por el m-todo de íctor /eyer

Presión barom-trica corregida 755.5* mm!g

olumen corregido * m@

Peso de la ampolla /.%7%3 '

Peso de la ampolla m"s el cloro(ormo /.*/%14 '

@emperatura en la pera 2%B!

>olumen desplaCado 1* m5

8ensidad @eórica .12 ' D5

E Presión de vapor del a'ua atemperatura 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 cr)tica del !?!l3 a !9 3% G

Peso molecular F = 11$3% 'Dmol


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ensidad eperimental 7.# g4@

ensidad teórica 5.# g4@

+ Error $).;#5 +

. Para la capacidad calor)(ica

9 H2

1ra. medición ;cm .$ cm .2)2

2da. medición 5cm # cm .5$*

3ra. medición #;cm 2. cm .#)*74ta. medición #5cm 5.# cm .##

I promedio .#

%. Para relación de capacidades calor)(icas

!p !v F R F*.314

aire 1.4/

7. Resultados

&p &(

alor eperimental $*.27#) 2.7**

alor teórico #;.7*5 #).;))

+ Error ;.7*+ *5.;+


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&M@&?@N8

a3 PbO=

58.755100

)07.21)(98100(756 =

−−

b3 ep = * ml i =

" = # %& = #)) Q " = ; %& = #7$ Q

PO= 755.5* mm!g P= 7; mm!g

273

)760)((

299

)18)(58.755( Vi=

i = ).5) ml

c3 P =

−+

2

61128

91

T

T

T P

P T TR

M

m c

c

c

ρ =

( )

−+

2

2

273

53661

)273)(41192(

)760)(536(

128

91

1

)082.0)(273(

)36.119)(1(

= 5.5 g4l

d3 ρ =

12.710*18

1282.03 ==

−V

m

g4l

%12.810059.19

1859.19% =×

−= E


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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

a3 Para 9i = ; γ=

1494.13.110

10=

−

Para 9i = 5 γ=

1538.1215

15=

−

Para 9i = #; γ=

2987.16.420

20 =−

Para 9i = #5 γ=

2626.12.525

25=

−

b3

2161.14

2626.12987.11538.11494.1y promedio =

+++=


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c3

)1....(2161.1 γ ==V

p

C

C )2......(314.8

K mol

J RC C v p °

==−

e la ecuación 13: &p = .#&(

e la ecuación 1#3: .# &( T &( = *.$2 K mol

J

°&( = $*.27#)

K mol

J

°

En la ecuación 13:

K mol

J C p

°= 2161.1

4729.38

&p = 2.7**

K mol

J

°

Para la relación &p 4 &(:

&p 4 &( teórico = .2;

&p 4 &( eperimental = .#

Para el (alor de &(:

&( teórico = #;.7*5

&( eperimental = $*.27#)

%01.85100785.20

4729.38785.20% −=×

−= E

Para el (alor de &p


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&p teórico = #).;))

&p eperimental = 2*.7**

%78.60100099.29

7868.48099.29% −=×

−= E

>-. !onclusiones

El primer eperimento a tratar es la determinación de la densidad de gasespor el m-todo de íctor /eyer en el cual utili0amos como insumo elcloroformo 1&&l23 el resultado teórico de su densidad es de .12 g4lmientras ue al aplicar el procedimiento su densidad es de 7.12 g4l en el

segundo eperimento de la relación de capacidades caloríficas utili0ando alaire como gas tenemos un resultado teórico de 14/ a una temperatura de#$6& mientras el resultado eperimental es de 1.21%1, obteni-ndose así unerror en el &( y el &p de *./10 y %/.7*0 respecti(amente.

>--. &iblio'ra()a

- 9ttp:44UUU.Hendro.com4e"9ermo4&/I4PLs4Product4productPLV75).pdf

- 9ttp:44UUU.cenaim.espol.edu.ec4publicaciones4artemia4$>5.pdf

- UUU.inp.sagarpa.gob.m4Publicaciones4&iencia+#;pesuera4ciencia

+#;24aragon>norieg.pdf - 9ttp:44es.UiHipedia.org4UiHi4&oeficienteVdeVdilataci+&$+C$nVadiab

+&$+Itica

- 9ttp:44usuarios.lycos.es4armandotareas4uimica4gases.pdf

- Alasstone, 8amuel

"ratado de uímica físicaF


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Iguilar 8.I. Ediciones 17ma. edición, EspaBa, )7#3

Pág. #*$

- PNS8 /?WWN, Aaston

LisicouímicaF

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,ndice

!J6@-O9+R-OE

1. 6n Ku, consiste el m,todo de Re'nault para la determinación de los pesosmoleculares de las sustancias 'aseosas.

El m-todo de 'egnault se emplea para determinar la masa molecular de sustanciasgaseosa a la temperatura ambiente. El procedimiento es como sigue: En unaampolleta 1o bulbo3 de (idrio seca, de $;; a 5;; cc de capacidad y pro(ista de unalla(e de paso, se 9ace el (acío y se pesa.

@uego se llena, a temperatura y presión definidas, con el gas cuya masa molecular se (a a determinar y se pesa de nue(o. @a diferencia corresponde a la masa delgas, m. en el bulbo. El (olumen del frasco se determina llenándolo con agua omercurio, cuyas densidades son conocidas y pesándolo otra (e0. &on los datosobtenidos la masa molecular se puede calcular a tra(-s de la ecuación:


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P>F nR@

Para 9acer un trabajo más preciso se utili0a un bulbo o una ampolleta más grandepara aumentar la masa del gas y se emplea un recipiente para aumentar la masa delgas.

2. 6xplicar las di(erencias # semejanCas Kue existen entre las isotermas de un'as real # la de un 'as ideal.

Para un 'as ideal solamente se necesitan asignar dos (alores a cualuiera de lastres (ariables: p, m y ", el (alor de la Dltima (ariable puede calcularse a partir de laley del gas ideal.

El estado de un gas ueda completamente descrito si los (alores de dos (ariablesintensi(as están especificados, permitiendo una representación geom-trica clara de

los estados de un sistema.

En la gráfica, cualuier punto: I, determina un par de (alores de p y m G esto essuficiente para describir el estado del sistema.

@as cur(as de la figura son denominadas isotermas, estas en un gas ideal son9ip-rbolas rectangulares determinadas por la relación:

pFR@D>m

@ tiene un (alor constante diferente para cada cur(a.

as realE

@as relaciones presión>(olumen para un gas real se miden a (arias temperaturas, seobtienen un conjunto de isotermas. I altas temperaturas las isotermas se parecenmuc9o a las de un gas ideal, mientras ue a bajas temperaturas las cur(as tienen

A


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una apariencia bastante distinta. @a parte 9ori0ontal de las cur(as a bajastemperaturas es peculiarmente sorprendente.

8i se considera un recipiente de gas en un estado descrito por el punto I de lafigura. 8upongamos mó(il una de sus paredesG manteniendo la temperatura a ",comprimimos lentamente la pared disminuyendo así el (olumen,.. I medida en uedisminuye el (olumen, la presión aumenta lentamente a lo largo de la cur(a 9astaalcan0ar el (olumen #. @a reducción del (olumen más allá de # no producecambio en la presión 9asta alcan0ar $. @a peueBa reducción del (olumen de ($ a(2 produce un gran aumento en la presión de pe a pO.

Esta es una secuencia bastante interesante de sucesosG en particular la disminucióndel (olumen en un amplio inter(alo, en el ue la presión permanece constante en el(alor pe.

8i obser(amos el recipiente mientras todo esto sucede, notamos ue a (# aparecenlas primeras gotas de líuido. Il pasar el (olumen de (# a ($ se forma más y más

líuido la presión constante pe es la presión de (apor en euilibrio del líuido a latemperatura t. I ($ desparecen las Dltimas tra0as de gas. ?na reducción posterior del (olumen simplemente comprime el líuido, la presión aumenta de formapronunciada ya ue el líuido es casi incompresible, @as líneas de gran pendiente ala i0uierda del diagrama es cualitati(amente el mismo, pero es menor el inter(alode (olumen en ue se produce la condensación y mayor a la presión de (apor.

Il pasar a temperaturas aDn más altas, la meseta acaba reduci-ndose a un punto auna temperatura "c, la temperatura critica, cuando la temperatura aumenta por encima de "c, las isotermas se parecen más a las del gas idealG por encima de "&no aparece ninguna meseta.

3. 6xplicar el e(ecto de la altura en un campo 'ravitacional sobre la presión delos 'ases.

Eiste relación de la altura con respecto al campo gra(itacional sobre la presión,como bien se sabe a una mayor altura eiste menos gra(edad, y esto influyedirectamente.


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

Pi F pi/e=i 'CD R @

-=L696

1. 8eterminación de la 8ensidad de ases por el =,todo de >)ctor =e#er


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2.Relación de !apacidades !alor)(icas por el =,todo de !lement # 8esormes


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