labo gases fisicoquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería Industrial y sistemas

Informe de laboratorio N°1

“Estudio de los gases ideales y reales”

Curso: Físico-Química

Integrantes: (Grupo 3)

Profesor(es):

Ing. Parra Osorio, Hernán

Fecha de entrega:

18/09/2015

2015

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-FIIS Físico-Química

ESTUDIO DE LOS GASES IDEALES Y REALES

1. DESCRIPCIÓN DE LOS EXPERIMENTOS

1.1. Proceso Isotérmico

Notamos que al subir la ampolla de nivel, el agua que está en el tubo neumático

asciende comprimiendo así el aire que contiene debido a un aumento de presión que

hace que disminuya su volumen.

1.2. Proceso isócoro


2.1. DATOS

2.1. Proceso isotérmico

* Volumen muerto

Medidaen labureta (ml )→Medidaen laregla (cm )

1 ml 1,3 cm

Vmuerto 11 cm

∴V muerto=8,46ml

* Volumen de aire en la bureta

V aire=V grad.+V muerto

Variación de altura Volumen graduado (ml) Volumen aire (ml)

0 9,1 17,56

+ 15 8,8 17,26

+30 8,5 16,96

+45 8,2 16,66

-15 9,6 18,06

-30 9,8 18,26

-45 10,1 18,56

2.2 Proceso isócoro

* Volumen del balón: 169 ml

* Tabla del proceso isócoro

Temperatura (°C) Volumen (ml)

19 9.3

30 9.1

40 7.9

49 7.1

60 6.1


3. CÁLCULOS

3.1. Proceso Isotérmico

1. Convierta las presiones manométricas de columna de agua a columna de

mercurio (Torr).

Teniendo en cuenta la siguiente relación:

1cmH 2O=0.7355mmHg=0,7355Torr

Nivel (cm) Presión manométrica (Torr)

0 0

+15 11,03

+30 22,06

+45 33,10

-15 11,03

-30 22,06

-45 33,10

2. Exprese las presiones en presiones absolutas (Torr).

Teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:

Pabsoluta=Pbarométrica+Pmanométrica→ Arriba

Pabsoluta=Pbarométrica−Pmanométrica→Abajo

Pbarométrica = 752.95 Torr

Nivel (cm) Presión absoluta (Torr)

0 752,95

+15 763,98

+30 775,01

+45 786,05

-15 741,92

-30 730,89

-45 719,85


3. Exprese las presiones del gas seco (Torr), calculada, restando de la

anterior la presión de vapor de agua. Indicar la fuente de información.

Teniendo en cuenta lo siguiente:

Pgasseco=Pabsoluta−Pvapor

* Presión de vapor a 19°C (temperatura del agua) = 16.489 Torr

Nivel (cm) Presión absoluta

(Torr)

Presión del gas seco

0 752,95 736,461

+15 763,98 747,491

+30 775,01 758,521

+45 786,05 769,561

-15 741,92 725,431

-30 730,89 714,401

-45 719,85 703,361

Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf

4. Exprese el volumen de gas seco (mL), que es igual a la del gas húmedo.

V aire=V grad.+V muerto

∴V muerto=8,46ml

Variación de altura Volumen graduado (ml) Volumen aire (ml)

0 9,1 17,56

+ 15 8,8 17,26

+30 8,5 16,96

+45 8,2 16,66

-15 9,6 18,06

-30 9,8 18,26

-45 10,1 18,56


5. Calcule los valores del producto PV para el gas seco (ml.Torr) y las

desviaciones porcentuales respecto a la media.

Teniendo en cuenta la siguiente ecuación:

Desviacióni=(P×V prom)−P i×V i

(P×V prom)×100%

* Donde:

Pi, Vi: Presión y volumen del gas seco al nivel i.

P x V prom: Promedio del producto de presión y volumen del gas seco a todos

los niveles. (12959.98 Torr.ml)

Nivel (cm) Presión del

gas seco

(Torr)

Volumen del

gas seco (ml)

Producto

P x V

(Torr.ml)

Desviación

(%)

0 736,46 17,56 12932.24 -0.2141

+15 747,49 17,26 12901.68 -0.4499

+30 758,52 16,96 12864.50 -0.7367

+45 769,56 16,66 12820.87 -1.0734

-15 725,43 18,06 13101.27 1.0902

-30 714,40 18,26 13044.94 0.6556

-45 703,36 18,56 13054.36 0.7283

6. Calcule el valor de z para cada caso y las desviaciones con respecto a la

unidad.

Ecuación de Van der Waals

RT=(P+ aV m

2 )(V m−b) , T=19℃=292K , Z=

V m

(V ¿¿m)gasideal=PV m

RT¿

Para el aire

Temperatura Crítica: T c=−140.6℃=132.4K

Presión Crítica: Pc=37.66 ¿̄37.18atm Z= PV/nRT

a=27R2T c

2

64 Pc

=27 x (0.082)2 x (132.4)2

64 x 37.18=1.34 , b=

RT c

8 Pc

=0.082 x132.48x 37.18

=0.037


Nivel

(cm)

Presión del

gas seco

(atm)

Volumen

del gas

real (ml)

Volumen

del gas

ideal (ml)

Nivel de

compresibilidad

(Z)

Desviación con

respecto a la

unidad (%)

0 0.969 24.60 17,56 1.40 40%

+15 0.984 24.30 17,26 1.41 41%

+30 0.998 23.97 16,96 1.41 41%

+45 1.012 23.64 16,66 1.42 42%

-15 0.954 25.08 18,06 1.39 39%

-30 0.940 25.45 18,26 1.39 39%

-45 0.925 25.87 18,56 1.39 39%

7. Haga un gráfico (P vs V), mostrando con una “X” los puntos

experimentales de la curva. Haga un comentario de la gráfica obtenida y

su relación con la Ley de Boyle.

De los datos obtenidos en el experimento de proceso isotérmico:

Nivel (cm) Presión del

gas seco

(Torr)

Volumen del

gas seco (ml)

0 736,46 17,56

+15 747,49 17,26

+30 758,52 16,96

+45 769,56 16,66

-15 725,43 18,06

-30 714,40 18,26

-45 703,36 18,56

La ley de Boyle nos dice que en un proceso isotérmico se cumple lo siguiente:

P×V=cte

Es decir ambas cantidades son inversamente proporcionales.

La gráfica se muestra a continuación:


La gráfica que se observa se asemeja a una hipérbola, por lo cual se

demuestra la relación inversa que existe entre la presión y el volumen

cumpliéndose así la Ley de Boyle.

8. Haga un gráfico PV vs P y señale la curva para la media.

De los siguientes datos:

Nivel (cm) Volumen del

gas seco (ml)

Producto

P x V

(Torr.ml)

0 17,56 12932.24

+15 17,26 12901.68

+30 16,96 12864.50

+45 16,66 12820.87

-15 18,06 13101.27

-30 18,26 13044.94

-45 18,56 13054.36

P x V prom = 12959.98 Torr.ml

Realizamos la gráfica:

16.5 17 17.5 18 18.5 19660

680

700

720

740

760

780

Gráfica (P vs V)

Volumen (ml)

Pres

ión

(Tor

r)

P x V prom =

12959.98

Torr.ml


9. Haga un gráfico Z vs P y señale la curva de la idealidad.

Nivel (cm)

Nivel de compresibilidad

(Z)

Presión del gas

seco (atm)

0 1,4 0,96915 1,41 0,98430 1,41 0,99845 1,42 1,012-15 1,39 0,954-30 1,39 0,94-45 1,39 0,925

700 710 720 730 740 750 760 770 7801265012700127501280012850129001295013000130501310013150

PxV vs P

Series2 Series4

P (Torr)

PxV

(Tor

r.ml)


10. Haga un comentario acerca del comportamiento del gas utilizado para esta

experiencia.

Este gas se comprime al aumentar el nivel del agua y ejerce presión sobre el agua,

cumpliendo con la ley de Boyle donde el volumen es inversamente proporcional a la

presión, a temperatura constante.

3.2. Proceso isócoro

1. Halle las presiones del proceso, considerando que:

Po: Presión inicial de los gases A y B secos.

PA = PB : Presión de los gases secos a T°C

PTah = PT

ah : Presión de los gases A y B húmedos a T°C

VA : Volumen inicial del gas A

VB : Volumen inicial del gas B (volumen del gas balón)

VTA y VT

B : Volumen de los gases A y B a T.

VTB = VB + cambio de volumen del gas A a T°C

PTah = PA + presión de vapor de agua a T°C

PTVah : Presión del gas B húmedo en el balón a T°C

PAT=

PO×V A

V AT

1.385 1.39 1.395 1.4 1.405 1.41 1.415 1.42 1.4250.88

0.9

0.92

0.94

0.96

0.98

1

1.02

Proceso Isotermico

Factor de compresibilidad (Z)

Presión (P)


PBTV=

PahT (V B+∆V A)

V B

Vaire balón =VB =169 ml

Vaire en bureta = VA = Vleído + Vmuerto

Vmuerto = 9.69 ml

Temperatura (°C) Vleído (ml) VA (ml)

19 9.3 18.99

30 9.1 18.79

40 7.9 17.59

49 7.1 16.79

60 6.1 15.79

Vinicial= VA = 18.99 ml

Tinicial = 19°C

Po = P20°Cbar – P20°C

V = 752.95 Torr – 16.48 Torr = 736.47 Torr

Temperatura (°C) PTV (Torr) PT

A (Torr) PTBH = PT

A + PTVH2O

(Torr)

19 16.48 736.47 752.95

30 31.85 756.57 788.37

41 58.39 773.26 831.65

49 88.14 796.51 884.65

60 149.61 797.93 957.54

2. Elabore un cuadro con los datos y resultados obtenidos durante el

experimento que incluyen las T en °C y las P en Torr.

Temperatura (°C) Presión del gas

seco A (Torr)

P gas seco B

(Torr)

19 736.47 752.95

30 756.57 788.37

41 773.26 831.65

49 796.51 884.65

60 797.93 957.54


4. CUESTIONARIO

15. Utilizando la ecuación de Van der Waals, calcúlese la presión que ejerce 1

mol de bióxido de carbono a 0°C en un volumen de: a)1L b) 0.5L c) Repítanse los

cálculos a 100°C y 0.05 L.

Ecuación de Van der Waals

nRT=(P+ n2aV 2 )(V−nb) para una mol de dióxido de carbono:

RT=(P+a

V 2 )(V−b) , T=0℃=273K

Para el dióxido de carbono

Temperatura Crítica: T c=30.98℃=303.98K

Presión Crítica: Pc=73.77 ¿̄72.82atm

a=27R2T c

2

64 Pc

=27 x (0.082)2 x (303.98)2

64 x 72.82=3.60 , b=

RT c

8 Pc

=0.082 x303.988 x 72.82

=0.043

a) V = 1L

0.082 x273=(P+3.60

12 )(1−0.043)P+3.6=23.39 → P=19.79 atm

b) V = 0.5L

0.082 x273=(P+3.60

0.052 )(0.05−0.043)P+1440=3198 → P=1758 atm

c) T = 100ºC = 373 K, V = 0.05L


0.082 x373=(P+3.60

0.052 )(0.05−0.043)P+1440=4369.43 → P=2929.43 atm

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. Conclusiones

* Proceso isotérmico

Cuando se realizó la gráfica P vs T del proceso isotérmico se puso observar como ésta

se asemejaba a una hipérbola, comprobándose así que se cumple la Ley de Boyle en

el gas estudiado, la cual establece que la presión y el volumen varían en forma

inversamente proporcional.

Gracias al experimento realizado se pude concluir que el gas estudiado, en este caso

el aire, tiene un comportamiento ideal pues se encontraba a temperaturas y bajar

presiones.

*Proceso isócoro

Para el proceso isócoro, se observó que conforme se iba calentando el gas contenido

en el balón sumergió en agua, la presión en (cm) aumentaba. De ahí que la presión y

la temperatura son directamente proporcional.

4.2. Recomendaciones

* Proceso isotérmico

Para este experimento se recomienda el uso de una regla metálica de 100 cm

para así evitar que el margen de error sea mayor a 0.1%.

Se recomienda al realizar las mediciones de los volúmenes usar una lupa, para

así tener datos mucho más precisos. De la misma manera, se recomienda

obtener la mayor cantidad de datos posibles (variaciones de alturas) para así

realizar gráficas más exactas.

No olvidar medir el volumen muerto de la bureta, ya que este volumen forma

parte del volumen del gas en estudio.

*Proceso isócoro


Probar bien el experimento para saber si hay fuga, si no sube el nivel del agua en el

tubo neumático quiere decir que hay fuga y debe ajustar bien el tubo capilar o en otro

caso pedir otro.

5. BIBLIOGRAFIA

http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf

http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?

languageid=9&GasID=73&CountryID=19

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