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RESUMEN

El experimento realizado es sobre los gases, las condiciones a las que se trabajo fueron una temperatura de 23C, una presión de 756 mmHg y una humedad relativa de 96%.

Se utilizo el método de Víctor Meyer para la determinación de la densidad de gases, el compuesto usado es el cloroformo.

Otro método usado fue el de Clement y Desormes, que consistió en usar como gas el aire y observar la variación de altura del agua cuando se ejercía presión con el inflador de mano, para la determinación de las capacidades caloríficas del aire.

Se hallo que el peso del cloroformo era de 0,0921g, además también pudimos calcular el volumen de agua desalojada (18.7mL), obteniendo así la densidad del cloroformo (5.430g/L), la cual al comparar con el valor teórico (5.657g/L) se observa un porcentaje de error de 4.01%.

Con el método de Clement y Desormes se obtuvieron los siguientes datos para una altura

aproximada a 10cm se obtuvo una promedio de 1.28, para una altura aproximada de 15cm una

promedio de 1.33, para una altura aproximada de 20cm se obtuvo una promedio de 1.36, para una

altura aproximada de 25cm se obtuvo una promedio de 1.36, con estos valores se

calculo :capacidad calorífica de 6.0212 Cv (cal/mol-K) y un Cp de 8.0082 cal/molK; en lo cual se obtiene un porcentaje de error de 21.20 % y 19.79 % respectivamente.

Una de las conclusiones más importantes sobre los gases es que sus propiedades dependen de la temperatura y la presión.

Una de las recomendaciones más importantes es que al calentar la ampolla calentar el bulbo, no calentar el capilar ya que este se puede deformar y perjudicar el ingreso del líquido.

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INTRODUCCIÓN

En sus procesos productivos, la agroindustria ha ido empleando una gran cantidad de gases, ya sea para tratamientos postcosecha o para la eliminación de plagas y enfermedades. Pero la tendencia industrial apunta a conservar los productos vegetales evitando su deterioro y prolongando su periodo de madurez. Es debido a esto que se ponen en relieve características importantes de los gases referentes a su acción en los vegetales y otros alimentos. En este punto se ponen en relieve gases como el dióxido de carbono CO2, el oxigeno O2 y el etileno C2H2.

El dióxido de carbono es uno de los gases mas utilizados en las atmósferas modificadas y controladas – las atmósferas modificadas y controladas se refiere a uno de los métodos mas usados para mantener la calidad de los productos y extender su vida útil – que presenta acción directa y significativa sobre la actividad microbiana, esto es, un efecto antimicrobiano.

El oxigeno por su parte tiene trascendencia en el metabolismo de los productos, es así que se requiere bajar las cantidades de oxigeno en las atmósferas modificadas y controladas. Sin embargo se tiene que conocer también el límite de tolerancia de cada producto para así evitar la respiración anaeróbica y la consecuente producción de metabolitos indeseables (etanol y acetaldehído) que afectan las características sensoriales del producto y causa el rechazo del consumidor.

Las tecnologías para el control de estos gases así como de otros van variando constantemente y los costos debido a estas también se va incrementando. Pero la buena utilización de las tecnologías y su mejoramiento va de la mano con el buen conocimiento de los gases a controlar. Es así que esta práctica de fisicoquímica nos dará muestra de dos propiedades fundamentales de los gases: la densidad y la relación de capacidades caloríficas.

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PRINCIPIOS TEORICOS

GASES

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene. Existen dos formas:

1.- GASES IDEALES:

Es un gas hipotético cuyo comportamiento presión-volumen-temperatura puede explicarse completamente mediante la ecuación del gas ideal:

PV = RTn

siendo P la presión, V el volumen, n el número de moles, R la constante universal de los gases ideales y T la temperatura en Kelvin.

El valor de R depende de las unidades que se estén utilizando:

R = 0,082 atm·l·K-1·mol-1 si se trabaja con atmósferas y litros R = 8,31451 J·K-1·mol-1 si se trabaja en Sistema Internacional de Unidades R = 1,987 cal·K-1·mol-1 R = 8,31451 10-10 erg ·K-1·mol-1

2.- GASES REALES

Las condiciones o postulados en que se basa la teoría cinética de los gases no se pueden cumplir y la situación en que más se aproximan a ellas es cuando la presión y la temperatura son bajas; cuando éstas son altas el comportamiento del gas se aleja de tales postulados, especialmente en lo relacionado a que no hay interacción entre las moléculas de tipo gravitacional, eléctrica o electromagnética y a que el volumen ocupado por las moléculas es despreciable comparado con el volumen total ocupado por el gas; en este caso no se habla de gases ideales sino de gases reales.

Una ecuación de estado es una ecuación constitutiva para sistemas hidrostáticos que describe el estado de agregación de la materia como una relación funcional entre la temperatura, la presión, el volumen, la densidad, la energía interna y posiblemente otras funciones de estado asociadas con la materia. Como ejemplo ponemos la ecuación de Vander Walls:

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En esta expresión, a, b y R son constantes que dependen de la sustancia en cuestión. Pueden calcularse a partir de las propiedades críticas de este modo.

MEDIDA DE LA DENSIDAD DE VAPOR POR EL MÉTODO DE VÍCTOR MEYER.

La densidad (Absoluta) es una relación entre la masa por la unidad de volumen.El método de Víctor Meyer para la medida de la densidad de vapor es un método simple y de alta precisión, a comparación de otros métodos que requieren aparatos más sofisticados.Esté método consiste en la volatilización de una cantidad de masa de muestra de un líquido y medir con una bureta de gas el volumen de aire desplazado por el vapor, conociendo su temperatura y presión.El aparato se muestra en el Grafico 1 del apéndice, es un aparato de determinación de la densidad de vapor estándar.Los cálculos se llevan a cabo teniendo en cuenta solo la relación masa sobre volumen sin olvidar las condiciones de presión y temperatura.

Grafico 1. Esquema del equipo Víctor Meyer montado en el laboratorio para realizar la practica.

Grafico 2. Esquema del equipo Clement-Desormes montado en el laboratorio para realizar la practica.

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DATOS EXPERIMENTALES

TABLA Nº 1: CONDICIONES DEL LABORATORIO.

Presión(mmHg) 756.00

T(ºC) 23

%H.R 96

A. DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LOS GASES POR EL METODO DE VICTOR MEYER.

TABLA Nº 2: CUADRO DE MASAS.

W ampolla seca y vacía (g) 0.4027

W ampolla con cloroformo (g) 0.4948

W cloroformo (g) 0,0921

TABLA Nº 3: VOLUMEN DESPLAZADO POR EL VAPOR DEL CLOROFORMO.

V(mL) 18.7

TABLA Nº 4: TEMPERATURA DEL AGUA EN LA PERA.

T (°C) 26

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B. RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS POR EL METODO DE CLEMENT DESORMES.

TABLA Nº 5: CUADRO DE VARIACION DE ALTURAS.

Alturas referenciales(cm)

Δh1(cm) Δh2(cm)

1010.2 2.310.2 2.210.1 2.1

1515.2 3.815.3 3.915.1 3.6

2019.9 5.520.1 5.219.8 5.1

2524.9 6.724.8 6.825.5 6.5

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RESULTADOS

TABLA Nº 6: CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE GASES.

Presión barométrica corregida (mmHg) 755.16

Volumen corregido a C.N.(mL) 16.96

experimental del vapor del cloroformo (g/L) 5.430

teórica del vapor del cloroformo(g/L)

5.657

TABLA Nº 7: CÁLCULO DE LA RELACION DE CAPACIDADES CALORIFICAS DEL GAS (AIRE).

Alturas referenciales(cm)

Δh1(cm) Δh2(cm) γ γpromedio

1010.2 2.3 1.291

1.2810.2 2.2 1.27510.1 2.1 1.262

1515.2 3.8 1.333

1.3315.3 3.9 1.34215.1 3.6 1.313

2019.9 5.5 1.382

1.3620.1 5.2 1.34919.8 5.1 1.347

2524.9 6.7 1.368

1.3624.8 6.8 1.34825.5 6.5 1.342

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TABLA Nº 8: CALCULO DE Cp y Cv EXPERIMENTALES.

Experimental

Cv(cal/mol-K) 6.0212

Cp(cal/mol-K) 8.0082

TABLA Nº 9: CALCULO DEL PORCENTAJE DE ERROR DE Cv y Cp.

Teórica Experimental %Error

Cv(cal/mol-K) 4.6979 6.0212 21.20

Cp(cal/mol-K)6.6849

8.0082 19.79

TABLA Nº 10: CALCULO DEL PORCENTAJE DE ERROR DE γ.

 Teórico Experimental % Error

γ 1.42 1.33 6.34

TABLA Nº 11: CALCULO DEL PORCENTAJE DE ERROR DE LA DENSIDAD DEL VAPOR DEL CLOROFORMO.

Muestra del vapor del cloroformo(g/L)

Teórico5.657

Experimental 5.430

% Error 4.01

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EJEMPLO DE CÁLCULOS

EJEMPLO DE CALCULOS EN LA TABLA Nº 6.

Presión barométrica corregida.Utilizando los datos de la Tabla Nº 1 calculamos la presión barométrica corregida.

P´b = Pb – (100 – h)F* 100

Donde:P´b = Presión barométrica corregidaPb = Presión barométricah = Humedad relativaF* = Presión de vapor de agua a temperatura ambiente.

P´b = 756.00 mmHg – (100 – 96) x 21.068 mmHg = 755.16 mmHg 100

F* VALOR OBTENIDO EN LA TABLA ADJUNTA.

Volumen de aire desplazado a condiciones Normales.

Volumen desplazado por el gas = 18.7mLT agua en la pera (°C) = 26 = 299ºK

(P) x (V) / (T) experimental a C. normales = (P) x (V) / (T) experimental a C. trabajo

(760 x VCN / 273) = (755.16 x 18.7 / 299)

VCN = 16.96 mL

Determinación de la densidad experimental del vapor a CN, dividiendo la masa entre el volumen corregido.

experimental = m = 0.0921g x 1000 mL = 5.430 g/L V 16.96mL 1 L

Donde:Masa del gas = 0,0921 g Volumen de vapor experimental a CN = 16.96 mL

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Determinación de la densidad teórica de vapor del cloroformo a condiciones normales usando la ecuación de Berthelot.

M ** = Peso molecular del cloroformo = 119.5 g/mol

R = 0,082 atm.L/mol.°K

P, T = Presión, temperatura del gas a CN, 1 atm ,273ºK

Pc** del cloroformo = 54.2 atm

Tc** = Temperatura critica del cloroformo = 263.2 ºC = 536.2 K

**VALORES OBTENIDOS EN LA TABLA ADJUNTA

= 1 x 119.5 . 273 x 0.082 [1 + 9 x 1 x 536.2 x (1 – 6 x 536.2 2 )]

128 x 273 x 54.2 2732

 = 5.657g / L

EJEMPLO DE CALCULOS EN LA TABLA Nº 7.

Determinación de la Relación de las capacidades caloríficas para casa altura inicial.

γ = h1 h1 – h2

Para una altura referencial de 10 cm:

γ = 10.2 = 1.291 10.2 – 2.3

De la misma manera calculamos para las demás alturas referenciales (ver

TABLA Nº7).

EJEMPLO DE CALCULO EN LA TABLA Nº 8.

Hallando Cp y Cv experimental Calculo de γ promedio = (1.28 +1.33+1.36+1.36)/4 = 1.33

γ promedio= Cp / Cv

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Hallamos CV

Cp/Cv = 1.33 Cp = 1.33xCv… (1)

Cp = Cv + R Cp – Cv = R…(2)

Donde: R = 1.987 cal/mol K

Cp – Cv =1.987 cal/mol K 1.33Cv – Cv = 1.987 cal/mol K Cv = 1.987cal/mol K 0.33 Cv = 6.0212cal/mol K Ahora hallamos Cp

Cp = Cv + R Cp = 8.0082cal/mol K

EJEMPLO DE CALCULO EN LA TABLA Nº 9.

Hallando el Cp y Cv teóricos

- Por teoría, se tiene:

(Cp teórico)gas húmedo = CpN2xXN2 + CpO2xXO2 + CpArxXAr + CpCO2xXCO2 + CpH20xXH20…(I)

- Hallando el Cp teórico de los átomos predominantes, existentes en el gas húmedo (gas poliatómico).

Cp N2 = AxR…..(i)

Donde: A1 : coeficiente de regresión R : constante ( 1.987cal/mol.K)

CpN2 = 3.280 x 1.987cal/mol.K)CpN2 = 6.52cal/mol.K

Utilizando la misma ecuación (i), obtenemos para los siguientes gases:CpO2 = 7.23cal/mol.KCpCO2 = 10.84cal/mol.KCpH2O = 6.89cal/mol.K2CpAr = 4.98 cal/mol.K

1 PROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS DE SUSTANCIAS DE USO FRECUENTE EN LA FISICOQUIMICA (TABLA ADJUNTA)2 Pons Muzzo. IV edición, pag. 73, tabla 2.2

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- Porcentajes de los componentes en el aire3:

XN2 = 0.7809XO2 = 0.2093XAr = 0.0093XCO2 = 0.003X(Ne,He,Kr,Vapor de agua) = 0.0002

- Reemplazando en (I)

(Cp teórico)gas húmedo = 6.52x0.7809 + 7.23x0.2093 + 4.98x0.0093 + 10.84x0.003 + 6.89x0.0002(Cp teórico)gas húmedo = 6.6849 cal/mol.K

- Por teoría se tiene también:

R = Cp – Cv

1.987cal/mol.K = 6.6849cal/mol.K – CvCv teórico = 4.6979cal/mol.K

- γ teórico = Cp / Cv = 1.42

Hallando el porcentaje de error de Cp y Cv .Usando los datos experimentales y teóricos de la tabla nº 8 y nº 9 respectivamente.

Cv = 4.9679 cal/mol K Cp = 6.6849 cal/mol K

i. Porcentaje de error de Cv:

%E = (4.9679 – 6.0212) x100 = 21.20 % 4.9679

ii. Porcentaje de error de Cp:

%E = (6.6849 – 8.0082) x 100 = 19.79 % 6.6849

EJEMPLO DE CALCULO DE LA TABLA Nº 10.

Hallando porcentaje de error de las capacidad des caloríficas. Usando γ experimental y γ teórico de la TABLA Nº 10.

%E = (1.42 – 1.33) x 100 = 6.34% 1.42

3 Pons Muzzo. IV edición, pag. 56

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EJEMPLO DE CÁLCULO EN LA TABLA Nº 11.

Hallando porcentaje de error de la densidad de vapor de la acetona.Usando la densidad teórica y experimental de la acetona obtenidos en la TABLA Nº 6.

%E = (5.657 –5.430) x 100 = 4.01 % 5.657

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

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Para determinación de la densidad de los gases por el método de VICTOR MEYER se obtuvo un volumen desalojado por la muestra líquida (cloroformo) de 18.7mL el cual al comparar con datos de densidad teórica se obtuvo un porcentaje de error de 4.01%.

Para colocar la muestra volátil hay que generar un vacío en la ampolla para el ingreso del líquido.

Para colocar el líquido volátil (cloroformo) en el evaporador debemos determinar antes el rango en que varía el volumen desalojado del aire que se dilata en el evaporador esto no debe variar de 0.2mL para ello hacemos varias mediciones.

La causa del porcentaje de error en algunos casos es debido al perder una cierta masa de muestra (cloroformo) al momento de quebrar el capilar, trayendo como consecuencia la variación de los resultados.

Para halla r el Cp teórico se tuvo que hallar el Cp del aire húmedo para ello teníamos que ayudarnos de las condiciones en que se encontraba el % de humedad del laboratorio, ya que teóricamente no se encuentra el Cp del aire húmedo.

Para la determinación de la capacidad calorífica por el método de CLEMET DESORMES se obtuvo que el porcentaje de error de Cv y Cp es de 21.20% y 19.79% respectivamente, este margen de error se debe a diversos factores como: no obtener una buena lectura de de las alturas, también porque se pudo liberar aire a la hora de ejercer presión con el inflador

CONCLUSIONES

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Una de las conclusiones más importantes sobre los gases es que sus propiedades dependen de la temperatura y la presión.

Observando los valores de LA TABLA Nº 8 se concluye que la Cp (capacidad a presión constante) es mayor que la Cv (capacidad a volumen constante).

El Método de Victor Meyer es sencillo y conveniente para la determinación de pesos moleculares de sustancias que pueden pasarse al estado líquido.

El buen conocimiento de las partes constitutivas de un gas nos da una mejor visión de su comportamiento dentro de un sistema.

El Método de Victor Meyer es bueno para delimitar los pesos moleculares y asi poder obtener la densidad del gas usado con una gran aproximación al valor real.

El promedio de un número determinado de mediciones lleva a una mejor aproximación de la relación de capacidades caloríficas.

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RECOMENDACIONES

Al calentar la ampolla calentar el bulbo, no calentar el capilar ya que este se puede deformar y perjudicar el ingreso del líquido.

Cuando el cloroformo se evapora mantener la llave de la bureta abierta.

Medir exactamente las alturas en el experimento para determinar capacidad calorífica.

Evitar que quede aire dentro de la ampolla al introducir el cloroformo.

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BIBLIOGRAFÍA

Libros:

Lorenzo Facorro Ruiz. “Curso de Termodinámica,” ( pag. 429, tabla 9)

Pons Muzzo “Fisicoquímica”, Cuarta ecición, pag.73, tabla 2.2

Raymond Chang. “Quimica”, Séxta edición, editorial Mc Graw Hill Pag.188.

Webs:

https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2007/2/FI22A/1/material_docente/objeto/140710

http://www.geocities.com/ohcop/gases_.html

libros.redsauce.net/Termodinamica/PDFs/Capitulo4.pdf

personales.ya.com/universal/TermoWeb/Termodinamica/PDFs/Capitulo4.pdf

http://www.fing.uncu.edu.ar/catedras/termodinamica/teoria-termo/aire%20humedo%20teoria_2009_byn.pdf