Informe N°1 Propiedades de los gases

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA “A” PRÁCTICA PRÁCTICA Nº01 Nº 01 PROFESOR:

Lic. Víctor García Villegas

ALUMNOS:

- Beraún Alania L!is Mig!el. - Mit&!'a Ulloa (a'i)o.

(URNO:

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GRUPO: E/F

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA “A”

2

ÍNDICE: 1 RESUMEN………………………………………………………………………………… ……………………………… 03 2 INTRODUCCIÓN…. ……………………………………………………………………………………………… ……. 04 ! PRINCIPIOS TEÓRICOS………………………………………………………………………………… …………… 05 " DETALLES EXPERIMENTALES # TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES #1 TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES #2 TABLAS DE DATOS TEÓRICOS #! TABLAS DE CÁLCULOS #" TABLAS DE RESULTADOS Y % DE ERRORES ## GRÁFICOS (V! A"#$&' $ E)EMPLOS DE CÁCULOS RESULTADOS % ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULT & CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ' BIBLIOGRAF*A AP+NDICE 10 AP+NDICE CUESTIONARIO 101 GRÁFICOS 102 OTROS 10! ,O)A DE DATOS 10"

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS ( EAP ING AGROINDUSTRIAL


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ÍNDICE: 1 RESUMEN………………………………………………………………………………… ……………………………… 03 2 INTRODUCCIÓN…. ……………………………………………………………………………………………… ……. 04 ! PRINCIPIOS TEÓRICOS………………………………………………………………………………… …………… 05 " DETALLES EXPERIMENTALES # TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES #1 TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES #2 TABLAS DE DATOS TEÓRICOS #! TABLAS DE CÁLCULOS #" TABLAS DE RESULTADOS Y % DE ERRORES ## GRÁFICOS (V! A"#$&' $ E)EMPLOS DE CÁCULOS RESULTADOS % ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULT & CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ' BIBLIOGRAF*A AP+NDICE 10 AP+NDICE CUESTIONARIO 101 GRÁFICOS 102 OTROS 10! ,O)A DE DATOS 10"



!

1 RESUMEN La presente práctica de laboratorio se llama ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DE LOS GASES tiene como objetivo objetivo principal principal estudiar  de las las propiedades principales principales de los !ases como son" la densidad # la capacidad calor$%ica& Esta práctica se llevo llevo a cabo a condiciones condiciones de temperatura i!ual i!ual a ' ()* una presi+n de ,-. mm/! # una 0umedad relativa de 1' 2& Para la determinaci+n de la densidad se ensa#+ por el m3todo de 4I)TOR 5E6ER en la cual se obtuv obtuvo o

la densida densidad d te+ric te+rica a del cloro% cloro%orm ormo o a condic condicion iones es normales normales**

utili7ando la ecuaci+n de 8ert0elot* i!ual a 999999999&!:L # su densidad e;perimental a condiciones normales i!ual a 999999999!:L* con un 2 de error error i!ual i!ual a 99999 99999999 999&& && 2 ue en la relaci relaci+n +n de capacidad calor$%ica se aplic+ el m3todo de )LE5E?T 6 DESOR5ES # se obtuvieron la capacidad calor$%ica a presi+n constante # volumen constante e;perimentales i!ual a 9999999999&cal:mol&@ # 99999999 cal:mol&@ respectivamente # sus valores te+ricos son 9999&cal:mol&@ # 99999&&cal:mol&@ con 2 de error para la capacidad calor$%ica a presi+n constante i!ual a 99999&& 2 ue deseen reali7ar reali7ar esta e;periencia de de laboratorio* en la parte de densidad al momento de sellar el capilar de la ampolla se en%r$en el dedo con 0ielo* #a >ue se puede volati7ar con el calor 0umano # en la de relaci+n de capacidad calor$%ica veri%icar >ue no 0a#a nin!Bn ori%icio con %u!a&



"

2 INTRODUCCI)N: 5uc0as de las propiedades de los cuerpos son consecuencia de su estructura molecular& Se!Bn como sean las mol3culas >ue los %orman* su distribuci+n* sus acciones mutuas # su movimiento* las propiedades de los cuerpos serán unas u otras& Los !ases tienen como caracter$stica el >ue sus mol3culas están mu# separadas* en comparaci+n a como están en los otros cuerpos* # se mueven con !ran libertad& La le# del !as ideal solo es precisa para !ases con bajos valores de densidad& Para diseCar las plantas de producci+n >ue usan !ases reales a altas presiones* son necesarias las ecuaciones de estado de los !ases reales validas a elevadas densidades& Tales ecuaciones deben de tener en cuenta el volumen %inito de las mol3culas* el potencial intermolecular # describir precisamente* dentro de su ran!o de valide7* la relaci+n P4 de un !as dado a un valor %ijo de T& sin embar!o* no se pueden usar para comparar !ases di%erentes* debido a >ue contienen parámetros >ue tienen valores Bnicos para un !as dado& Por tanto* es conveniente introducir variables adimensionales reducidas en lu!ar de P* 4* T& Las ecuaciones de estado e;presadas en t3rminos de variables reducidas son utiles para estimar el volumen de un !as real para valores dados de P # T& una consecuencia adicional de la no idelaidad es >ue el potencial >u$mico de un !as real debe e;presarse en t3rminos de su %u!acidad mas >ue su presi+n parcial& Deben usarse las %u!acidades en lu!ar de las presiones para calcular la constante de e>uilibrio termodinámico

K p

para un !as real&

La %inalidad de conocer sus propiedades más caracter$sticas es* para tener un conocimiento más preciso de la sustancia >ue se va a emplear* # predecir su comportamiento* dependiendo de su densidad # capacidad calor$%ica* etc& Si mencionamos la utilidad de los !ases en la A!roindustria* 3sta es mu# diversa # tiene un sinnBmero de aplicaciones como producto principal o simplemente como un aditivo en el proceso para la %abricaci+n de otro producto&



#

! PRINCIPIOS TE)RICOS: GASES: Se denomina así, aquel fluido que no tiene f orma ni volumen definido. Los gases están constituidos de partículas discretas muy pequeñas, llamadas moléculas. Para un determinado gas, todas sus moléculas son de la misma masa y tamaño, que difieren según la naturaleza del gas. Las moléculas que se encuentren dentro de un recipiente, están dotadas de un movimiento incesante y catico, como resultado de la cual c!ocan frecuentemente entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. La presin de un gas es el resultado de las colisiones de las moléculas contra las paredes del recipiente y es idéntica so"re todas las paredes. Si se les o"liga a las moléculas de un gas a ocupar un volumen más pequeño, cada unidad de área del recipiente reci"irá un mayor número de c!oques, es decir que aumentará la presin del gas. #eneralmente se clasifican en dos grupos$

GASES 01EALES: %quellos en los cuales el volumen ocupado por las moléculas es insignificante respecto al volumen total y siguen la Ley de los #ases &deales$ P'(n)*

GASES REALES: Son aquellos que presentan fuertes atracciones intermoleculares, siendo el volumen de las moléculas muy significativo respecto al total. +stos gases no siguen la ecuacin de los gases ideales. +isten una serie de ecuaciones de estado entre ellas se tiene la de -ert!elot, la cual corrige las desviaciones de la idealidad. La ecuacin de -ert!elot, es válida para presiones cercanas a  atm$ P ' ( n )/ * P ' ( 0m123 * ) 456071893 0* c1Pc3 0P1*3 0 :; 0*c 1*38 < =

D-$ M / P- 1-2'2!. 1 / M  2 $'&. R / C.  2- 6 &2

R7/C-!!''&8$"! 9&'&8$  2 &2& P:V:T / P!&8$: V-21$: T1"!! 2 6. P': T ' / P!&8$ ; 1"!! '!<&'.



$

1ENS01A1 1E GASES La densidad es la masa por unidad de volumen de un material. Se indica densidad de un gas por su masa en gramos de un litro, o sea con las unidades g.L :.

1ENS01A1 RELA(0VA: +s la relacin eistente entre su densidad y la de un gas tipo. >urante el siglo pasado se tuvo la costum"re de epresar la densidad relativa de los gases con respecto al !idrgeno. La densidad de un gas se puede o"tener a partir de la relacin$

δ( m 1 ' ( P 2 1 )/ *

RELA20ON 1E 2APA201A1ES 2ALOR0F02AS 1E LOS GASES Para un determinado cam"io de estado de un sistema que sufre un cam"io definido de temperatura dT , el calor transferido desde el medio am"iente puede tener diferentes valores, puesto que depende de la trayectoria del cam"io de estado. Por tanto, no es sorprendente que la capacidad calorífica de un sistema tenga más de un valor. +n efecto, la capacidad calorífica de un sistema puede tener cualquier valor desde menos infinito !asta más infinito. Sin em"argo, slo dos valores, ? p y ?v, tienen importancia fundamental. ?omo no son iguales, es importante !allar la relacin entre ellas. %"ordaremos este pro"lema calculando el calor transferido a presin constante, utilizando la ecuacin en la forma

Para un cam"io a presin constante, con P op ( p, esta ecuacin se transforma en



%

?omo ?p ( d@p 1 0dT 3p, dividimos por 0dT 3p y o"tendremos$

@ue es la relacin entre ? p y ?v que se requería. epresa en la forma

#eneralmente, esta relacin se

+sta ecuacin es una relacin general entre ? p y ?v. 2ás adelante se demostrará que la cantidad del segundo miem"ro es siempre positivaA en consecuencia, para cualquier sustancia ? p es siempre mayor que ? v. +l eceso de ?p so"re ?v se compone de la suma de dos términos. +l primero

+s el tra"aBo pd4 producido por aumento unitario de temperatura en un proceso a presin constante. +l segundo término

+s la energía necesaria para mantener separadas las moléculas, contrarrestando las fuerzas intermoleculares de atraccin. Si un gas se epande, la distancia promedio entre las moléculas aumenta. Se de"e suministrar una pequeña cantidad de energía para que el gas arrastre las moléculas a esta separacin mayor, contrarrestando las fuerzas de atraccinA la energía requerida por aumento unitario de volumen está dada por la derivada 0dE : d4 3*. +n un proceso a volumen constante no se produce tra"aBo, y la distancia promedio entre las moléculas permanece igual. Por tanto, la capacidad calorífica es pequeñaA todo el calor transferido se traduce en un movimiento catico y se manifiesta mediante un aumento de la temperatura. +n un proceso a presin constante el sistema se epande contra la presin eterna y produce tra"aBo en el medio am"ienteA el calor transferido desde el medio am"iente se divide en tres porciones.



&

La primera parte produce tra"aBo en el medio am"ienteA la segunda suministra energía necesaria para separar las moléculas a una distancia mayor y la tercera se traduce en un aumento de la energía del movimiento catico. Slo esta última parte se eterioriza mediante un aumento de la temperatura. Para lograr un aumento en un grado de temperatura se necesita transferir más calor en un proceso a presin constante que en uno a volumen constante. +n consecuencia, ?p es mayor que ? v. Ctra cantidad útil es la razn de capacidad calorífica, γ definida por

Por lo epresado anteriormente, es claro que γ siempre es mayor que la unidad. La diferencia de capacidad calorífica tiene una forma particularmente simple para el gas ideal pues 0dE : d4 3* ( DA la Ley de Eoule. +ntonces la ecuacin es

2APA201A1ES 2ALOR3F02AS MOLARES 1E LOS GASES POL0A(4M02OS ?uando las moléculas de un gas contiene más de un átomo, se a"sor"e una cantidad etra y considera"le de energía para aumentar la rotacin de las moléculas y las vi"raciones internas. La energía de rotacin se de"e a la rotacin de la molécula como un entero, so"re tres eBes en ángulos rectos uno de otros, mientras que la energía de vi"racin está asociada con la vi"racin de los átomos dentro de la molécula. ?apacidad ?alorífica a Presin ?onstante 0? p3 y a 'olumen ?onstante0? v3 #ases

?p

?v

2onoatmicos

F

G

>iatmicos

H

F

*riatmocos

7

H

Poliatomicos



7



'

PRES04N BAROM5(R02A: Presin eBercida por la atmsfera de la tierra en un punto dado, equivalente a la presin eBercida por una columna de mercurio. *am"ién llamada presin atmosférica.

2LOROFORMO +l cloroformo, triclorometano o tricloruro de metilo, es un compuesto químico de frmula química ?I?lG. Puede o"tenerse por cloracin como derivado del metano o del alco!ol etílico o, más !a"itualmente en la industria farmacéutica, utilizando !ierro y ácido so"re tetracloruro de car"ono. % temperatura am"iente, es un líquido volátil , no inflama"le, incoloro, de olor característico a frutas y sa"or dulce y ardiente. %unque no es inflama"le, por accin del calor pueden eplotar los recipientes que lo contienen. Se descompone lentamente por accin com"inada del oígeno y la luz solar, transformándose en fosgeno 0?C?l83 y cloruro de !idrgeno 0I?l3 según la siguiente ecuacin$ 8

?I?lG 5 8 C8 J 8 ?C?l8 5 8 I?l

Por lo cual se aconseBa conservarlo en "otellas de vidrio color ám"ar y a reparo de la luz.

M5(O1O 1E V32(OR ME6ER: Kn método para medir la densidad de vapor, ideada por 'íctor 2eyer 099:97H3. Kna muestra pesada en un tu"o pequeño se coloca en un foco caliente con un largo cuello. La muestra se vaporiza y desplaza el aire, que son perci"idos por el agua y se mide el volumen. La densidad de vapor se puede calcular.



10

" DETALLES E*PERIMENTALES: MA(ER0ALES: 

E=&"-  V<'-! M;! (>6! ?



E=&"-  C21$ D-!1 (>6! @

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B2- "=-

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V-  50: @0 ; 00 12.

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P&"

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P&$

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A1"-22  9&!&-

REA2(0VOS: 

L&=&- -!6$&'- 9-2&2 ('2-!--!1-



11

PRO2E10M0EN(O: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LOS GASES POR EL MÉTODO DE VICTOR MEYER

?. I$2 2 =&"- =  1! $ 2 >6! ?. @. C-2-= $ $ 9- 6  '-:  @H3   9-21$ (A: ; $!-   2 -  9"-!&'&8$ (B: 1$$&$- '!! 2 229  2 ! F ; &!- 2 "8$ E. L29 2 6  22&'&8$ !$ ?0 1&$-. 3. M&$!   '2$$- 2 6: " $ 1"-22  9&!& ?0 1&2#&1  6!1-. C2&$ 2 1"-22: !&!  &$!-' 2 '"&2! $ $ 9- = '-$$6 $ "= "-!'&8$  2&=&-!6$&'- 9-2&2: $!&# ; !"& 2 -"!'&8$  &$!-'&!  0.?  0.@ 6  1!: " ; &  2-6!- 2 "- '- 2 "!: 22 2 '"&2!: #2- $!&! ; "#2- $91$ '-$ J'&. 4. A! 2 229  2 !: $&92 2 6  2 1!' &$&'&2 '-$ 2 "!. 5. C-2-= 2 "8$ E: &62 2- $&92: 2 2 ! ; $-. R&! 2 "8$ E ; 6 = 2 $&92 226 $91$ 2 $&92 &$&'&2. . R"& 2 "- 5  = -- 2 9-21$ 2--  6 $K'# $ 1  0.@ 12 !"'-  2 2'! $!&-!. . R-1" 2 '"&2!  2 1"-22: &$!-'2 !"&1$ $ 2  9"-!&'&8$ ; '-2-= &$1&1$ 2 "8$ E:  1& =  2 $&92 2 6 $ 2 ! &62 2  2 "!:  = 2 $&92 2 6   !. . C&!! !"&1$ 2 229 F: 2 2 $&92 2 6 $ 2 !: -1$- '-1- !!$'& 2 2'! !2& $ 2 "- 5: "! ?0 1&$- ; -1 2 1"!! 2 6 $ 2 "!.




12


1!

RELACIÓN DE LAS CAPACIDADES CALORÍFICAS POR EL MÉTODO DE CLEMENT Y DESORMES

?. A!1 2 =&"- 1-!- $  >6! @:  -!1 = - 2 $&-$ =$ !1#&'1$ '!!. @. M$$&$- '!!- B: ! A "!1&&$- 2 "-  6 "-! 2 28$  $! $ $&92 "!-J&11$  ?0 '1. $ 2 $$81!-  6: '&!! B ; 2 2 &!$'&  2! J' ( ? . 3. A! !"&1$ B ; '&#!!2 $ 2 1-1$- $ 2 = 1 !1 2 $$81!-  '!'$. 4. D =  &2&' 2 2<=&- 1$-1#!&'- ; 2 2 $9 &!$'&  2! (@ . 5. R"& '-$ &!$'&  2! &$&'&2  "!-J&11$ ?0: @0: 30 '1.



# TABULACI)N DE DATOS Y RESULTADOS E*PERIMENTALES: 2ON1020ONES 1E (RABA,O P >''=g? $%* ''=g

%."

( >2? +C;2

=.R. >? D

(a7las 8e 1atos E9eri'entales.

S&$- T1"!! 2 6 $ 2 "!  '$'&8$ @3C.

MASA DE LAS AMPOLLAS:  a (; A'7iente 0,#"#! + 0,#%$" +

AMPOLLAS A'olla #" A'olla #+

Peso en cloro
VOLUMEN DE AGUA EN LA BURETA DESPLAZADO POR EL GAS (CHCL3 ): AMPOLLAS A'olla #" A'olla #+

0N020ALMEN(E 2! 2! -

F0NAL 1#,& 12,2 -

DIFERENCIA DE ALTURAS:

"# c' "% c' +# c' +% c'

=" >c'? 1',0 1&,# 2&,! 22,& !%,# !%,# "$,% "%,!

=+ >c'? !,0 2,% %,# ",0 ',2 ',0 &,0 1",#

@ 1,2 1,2 1," 1,2 1,! 1,! 1,2 1,"


1"

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA “A” %.+

1#

(a7las 8e 1atos (ericos.

TEMPERATURA Y PRESIÓN CRITICA DEL CLOROFORMO

(c >;2? Pc >at'?

+*C %

(FUENTE L$6 M$2  <1&'. T-1- IV. D#'&1- !'! &'&8$

PRESIÓN DEL VAPOR DE AGUA A TEMPERATURA AMBIENTE:

(; A'7iente: +C

F +".#*H

(FUENTE L$6 M$2  <1&'. T-1- IV. D#'&1- !'! &'&8$

CAPACIDAD CALORÍFICA A PRESIÓN CONSTANTE Y A VOLUMEN CONSTANTE DEL AIRE: 2aaci8a8es caloríIcas 2 >calJ'ol K? 2 >calJ'ol K?

Aire *.D%+H .D*H

(FUENTE "6. 4@Q: 2 Q: C!-  T!1-&$1&':  L-!$- F'-!!R&

%.C

(a7las 8e 2lc!los.

DENSIDAD DE GASES: PRESIÓN BAROMÉTRICA CORREJIDA: P7

%+$C%D




1$

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA “A” VOLUMEN CORREGIDO DESPLAZADO A CONDICIONES NORMALES (0C Y ! ATM) A"#$%%&' A"#$%%& 0! A"#$%%& 0+

V$%"* : Q??@ J ?0? L ??:53@? J ?03L

DENSIDAD E,PERIMENTAL DEL VAPOR (MASA-VOLUMEN CORREGIDO): A'ollas A'olla #" A'olla #+

Masa >g? 0,0!'1 0,0#0$

Vol. corregi8o >'l? &,'112 11,#!21

1ensi8a8

",!&%% +.L ",!&%% +.L

DENSIDAD TEORICA DEL VAPOR A CN: 1ensi8a8

CH$$ gJL

DETERMINE LA RELACIÓN DE CAPACIDADES CALORÍFICAS PARA CADA ALTURA INICIAL: =" >c'? 1',0 1&,# 2&,! 22,& !%,# !%,# "$,% "%,!

"# c' "% c' +# c' +% c'

=+ >c'? !,0 2,% %,# ",0 ',2 ',0 &,0 1",#

@ 1,2 1,2 1," 1,2 1,! 1,! 1,2 1,"

DETERMINE . PROMEDIO:

 "!-1&- ?:@5 ?:3

VALOR DEL CP Y CV 2

6,6233

2


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%.

1&

(a7las 8e Res!lta8os   8e Errores

PORCENTAJE DE ERROR DE LA DENSIDAD DEL VAPOR DEL CLOROFORMO: P! 2 A1"-22 ? Mues t r a Densi daddelvapordecl or of ormo

(erico E9eri'ental  Error

CH$$ %C#% +C$*##

P! 2 A1"-22 @ Mues t r a Densi daddelvapordecl or of ormo

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CH$$ *H%" *$$H#

P$/*1&2  //$/  .: (erica ".#

E9eri'enta l ".C#

Error $"+D

(F$ "6. 4@Q: 2 Q: C!-  T!1-&$1&':  L-!$- F'-!!R&

P$/*1&2  //$/  C4 5 C#:


LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA “A” (erica 2>calJ'ol-K? 2>calJ'ol-K?

.D*H *.D%+H

E9eri'enta l **+CC H*"#C

Error CCC#H% +C.HCDC

$ E/EMPLOS DE CÁLCULOS: DENSIDAD DE GASES: PRESIÓN BAROMÉTRICA CORREJIDA: ’

Pb= Pb −

(100 −h ) F 100

D-$ ’

Pb / P!&8$ !-1#!&' '-!!6&. Pb

/ P!&8$ !-1#!&'.

F / P!&8$  9"-! 2 6  1"!! 1&$. / %  1  &!.

R1"2$- ’

Pb=1 −

( 100 −94 ) 21,068 100

’

Pb=52,7359

VOLUMEN CORREGIDO DESPLAZADO A CONDICIONES NORMALES (0C Y ! ATM)


1'


( ) m

PV =

M

[

TR 1 +

9 T c P 128 Pc T

(

2

1−

6 T c 2

T

)]

P! 2 A1"-22 ? V / : Q??@ J ?0 ? L

P! 2 A1"-22 @ V/ ??:53@? J ?03L

DENSIDAD TEORICA DEL VAPOR A CN:

[

PM =( ρ ) TR 1 +

9 T c P 128 Pc T

(

2

1−

6 T c 2

T

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Cv + R Cv

γ =1,3 =

Cv +1,987 cal / Kxmol Cv Cv =6,6233 - . 34-

L6Cp=Cv + R Cp =6,6233 + 1,987 = 8,6103 cal / Kxmol


20



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Informe N°1 Propiedades de los gases

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