UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
Escuela de Ingeniería Industrial
Curso
:
Fisicoquímica y Operaciones Unitarias
Tema
:
Informe de Gases ideales y reales
Nombre
:
Herna Apaza, Haydee Herrera Mautino, Diego Collantes Taqueda, Alexand Alexander er
Profesor
:
Hernán Parra Osorio
Sección
:
U
Ciclo 2010 – II
Rímac, 10 de Septiembre de 2009
Descripción de los experimentos 1. Proceso Isotérmico
Proceso Isotérmico
Inicio
Montar el equipo
Cerrar BIEN la manguera
Realizar las lecturas del gas
Registrar la temperatura
Registrar la presión barométrica
Medir la DIFERENCIA de niveles
Levantar y Bajar la pera gradualmente
Fin
2. Proceso Isócoro
Inicio
Proceso Isócoro
Registrar el volúmen del gas
Calentar el vaso hasta la Teb.
Armar el equipo
Verter agua en la pera hasta el cuello
AJUSTAR el tapón de la pera
Colocar al líquido al mismo nivel en ambos lados
Verter agua en el vaso hasta cubrir el balón
Registrar el volúmen del gas cada 10ºC
FIn
AJUSTAR el tapón de la bureta
Colocar el vaso sobre la rejilla
Cálculos y Resultados 1.- Convierta las presiones manométricas de columna de agua a columna de mercurio (Torr) El volumen muerto de la bureta es V(mL) 13.8 14 14.1 14.2 14.4 14.9 15.1
3.8 cc H(cm) 30 20 10 0 -10 -20 -30
Para hallar las presiones usamos la siguiente fórmula , la cual nos saldrá en Pascales, luego usaremos el siguiente factor de conversión: 750.061 Torr = 100 KPa
H (metros) 0.30 0.20 0.10 0 -0.10 -0.20 -0.30
P (Torr) 22.07 14.71 7.35 0 7.35 14.71 22.07
2.- Exprese las presiones en presiones absolutas (Torr) Para hallar las presiones absolutas usaremos dos ecuaciones
Cuando la altura es positiva P absoluta = P manométrica + P barométrica
Cuando la altura es negativa P absoluta = P barométrica – P manométrica
Además, debemos tener cuenta que la presión del laboratorio es
752,95 mmHg
H (metros) 0.30 0.20 0.10 0 -0.10 -0.20 -0.30
P absoluta (Torr) 775.02 767.66 760.3 752.95 745.6 738.24 730.88
3.- Exprese las presiones del gas seco (Torr), calculada, restando de la anterior la presión de vapor de agua. Indicar la fuente de información. Debemos tener cuenta que la Temperatura del laboratorio es
19ºC
Ahora con la siguiente ecuación:
Donde Pv(19ºC) = 16.39 Torr Fuente: Termodinámica, Michael M. Abbot, segunda edición, Apéndice D. H (metros) 0.30 0.20 0.10 0 -0.10 -0.20 -0.30
P gas seco (Torr) 758.63 751.27 743.91 736.56 729.21 721.85 714.49
4.- Exprese el volumen de gas seco (mL), que es igual a la del gas húmedo. V(mL) 13.8 14 14.1 14.2 14.4 14.9 15.1
H(cm) 30 20 10 0 -10 -20 -30
5.- Calcule los valores del producto PV para el gas seco (mL.Torr) y las desviaciones porcentuales respecto a la media.
PV(mL.Torr) 10469.094 10517.78 10489.131 10459.152 10500.624 10755.565 10788.799
Desviación 0.9414 0.4807 0.7518 1.0355 0.6431 -1.7691 -2.0835
H(cm) 30 20 10 0 -10 -20 -30
10568.5921
Además, debemos tener cuenta que el PV promedio es
6.- Calcule el valor de Z para cada caso y las desviaciones con respecto a la unidad Para el cálculo de Z se necesita conocer el número de moles del gas A (aire): Densidad del aire
0.0013 g/cm3
Masa molar del aire
28.9 g/mol
V0 W aire
18.6 cm3 0.02418g
Número de moles
0.000836678 mol-gr
Además, debemos usar las siguientes ecuaciones:
V(mL) 13.8 14 14.1 14.2 14.4 14.9 15.1
P gas seco (Torr) 758.63 751.27 743.91 736.56 729.21 721.85 714.49
PV(mL.Torr)
Z
10469.094 10517.78 10489.131 10459.152 10500.624 10755.565 10788.799
0.6872 0.6904 0.6885 0.6865 0.6892 0.7060 0.7081
Desviación (%) 45.51 44.84 45.23 45.65 45.07 41.64 41.20
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. P gas seco (Torr) 758.63 751.27 743.91 736.56 729.21 721.85 714.49
V(mL) 13.8 14 14.1 14.2 14.4 14.9 15.1
Presión VS Volumen 765 760 755 750 ) 745 r r o T ( 740 n ó i 735 s e r P 730
Series1
725 720 715 710 13,6
13,8
14
14,2
14,4
14,6
14,8
15
15,2
Volumen (mL)
En el gráfico podemos observar, que hasta cierto volumen (14,4 aproximadamente) la función se mantiene constante, sin embargo podemos relacionarlo con la Ley de Boyle pues es un comportamiento isotérmico.
8.- Haga un gráfico PV vs P y señale la curva para la media P gas seco (Torr) 758.63 751.27 743.91 736.56 729.21 721.85 714.49
PV(mL.Torr) 10469.094 10517.78 10489.131 10459.152 10500.624 10755.565 10788.799
PV vs Presión 10850 y = -0,0018x4 + 5,3129x3 - 5863,2x2 + 3E+06x - 5E+08
10800 10750 10700 10650
V P
10600
Series1
10550
Polinómica (Series1)
10500 10450 10400 710
720
730
740
750
760
770
Presión
9.- Haga un gráfico Z vs P y señale la curva de idealidad P gas seco (Torr) 758.63 751.27 743.91 736.56 729.21 721.85 714.49
Z 0.6872 0.6904 0.6885 0.6865 0.6892 0.7060 0.7081
Z VS Presión 0,715 0,71 0,705 0,7 Z
Series1
0,695
Polinómica (Series1)
0,69 0,685 0,68 710
720
730
740 Presión
750
760
770
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 TºC
Va: Volumen inicial del gas A = 9.82 mL Vb: Volumen inicial del gas B=132 mL
T gas B (ºC)
Volumen gas A (mL)
19 28 39 60 70 80 86 90
19.8 20 20.2 19.8 19.7 17.4 15.3 14.7
Presión del gas A seco (Torr) 373.43 369.69 366.03 373.43 375.32 424.94 483.26 502.99
Presión de Vapor de agua (Torr) 16.39 28.31 52.39 149.41 238.21 355.22 450.86 525.86
Presión Gas A Húmedo (Torr) 389.82 398.01 418.43 522.84 613.54 780.16 934.12 1028.85
Presión gas B Húmedo (Torr) 419.30 428.70 451.34 562.37 659.47 824.97 972.90 1066.89
2.- Elabore un cuadro con los datos y resultados obtenidos durante el experimento que incluyan las T en ºC y las P en Torr.
T gas B (ºC)
Volumen gas A (mL)
19 28 39 60 70 80
19.8 20 20.2 19.8 19.7 17.4
Presión Gas A Húmedo (Torr) 389.82 398.01 418.43 522.84 613.54 780.16
Presión gas B Húmedo (Torr) 419.30 428.70 451.34 562.37 659.47 824.97
86 90
15.3 14.7
934.12 1028.85
972.90 1066.89
3.- Trace la gráfica PaVSVa (Curva de Clapeyron) para el gas A.
Curva de Clapeyron 550 500 450 n 400 ó i s e r P 350
Series1 Polinómica (Series1)
300 250 200 12
14
16 Volumen
18
20
22
Desarrollo del Cuestionario 6.- Calcule el Número de moles del gas A en cada etapa y la desviación estándar respecto al valor medio. Datos: Tº del laboratorio: 19ºC <> 292.15 ºK Presión del laboratorio P0 = 752.95 mmHg <> 100385.08 Pa P = P(g) + P0 = ρgh + 100385.08 =(103 Kg/m3)*(9.8 m/s2)*h + 100385.08 altura (cm) 30 20 10 0 -10 -20 -30
volumen (cc) 13,8 14 14,1 14,2 14,4 14,9 15,1
104000
Presion (Pa) 103325,08 102345,08 101365,08 100385,08 99405,08 98425,08 97445,08
103000 102000 101000 100000 99000 98000 97000 13,5
14
14,5
15
15,5
Observamos que la gráfica tiende a una gráfica de un gas ideal entonces aplicando: n (moles) =PV/RT =PV/(8.314*292.15)
altura (cm)
volumen (cc)
Presion (Pa)
30
13,8
103325,08
20
14
10
14,1
101365,08
588,43
0
14,2
100385,08
586,87
-10
14,4
99405,08
589,33
-20
14,9
98425,08
603,78
-30
15,1
97445,08
605,79
moles 587,04
102345,08 589,90
Y vemos que la desviación estándar es: 8,13
RECOMENDACIONES:
Se debe tener en cuenta que no exista escape del gas A durante el proceso isotérmico, para esto se cambia la posición de la pera y posteriormente se verifica que el nivel del líquido manométrico en la bureta no varié. Para poder obtener mejores resultados, procurar que estén bien nivelados el agua de la pera y de la bureta, con un error menor de 0,1ml. Procurar no tocar demasiado la manguera que une a la bureta con la pera, ya que esto puede hacer variar los niveles. Al realizar las mediciones de los volúmenes en el dos tipos de procesos tener en cuenta el volumen muerto de la bureta, es decir a la cantidad marcada por la bureta se le suma el volumen muerto. Al realizar la medición de la temperatura, se recomienda una agitación previa para homogenizar la Tº Al iniciar el procesos isocoro, se debe tener en cuenta que el balón se encuentre completamente seco para evitar que dentro del balón a parte de gas halla vapores de agua No olvidar colocar la plancha de tecnopor (aislante), entre el mechero y la pera para evitar que aumente el calor de la pera.
CONCLUSIONES:
Los diferentes errores cometidos, al realizar las mediciones, temperatura, volumen, etc.; hacen que las gráficas difieran en parte de la forma que deberían tener, esto debido a que la exactitud es muy importante para optimizar resultados. Al estar el aire, a bajas temperaturas, y presiones bajas también, este gas tiene un comportamiento ideal. A la temperatura de laboratorio en la que se realizó el experimento, el aire es un gas húmedo, ya que consta de dos fases, vapor y gas seco. Nuestro gas tiende a cumplir la ley de boyle, es por ello que la gráfica, resulta una aproximación de una hipérbola equilátera, cóncava hacia los ejes positivos Al realizar la gráfica P vs T para el gas A(proceso isotérmico) se concluye que el gas que se tomó en cuenta, actúa de forma muy similar en lo que se vio en la teoría de los gases ideales, por lo tanto cumple en forma muy cercana la ley de Boyle que establece que la presión y el volumen varían en forma inversamente proporcional. Al realizar el experimento de proceso isócoro se observó también que los datos plasmados en un grafico a presión varia directamente proporcional al cambio de la temperatura.