informe gases fisicoquimica terminado
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fisicomquimicaTRANSCRIPT
Profesor: Ing. Agerico Pantoja Cadillo
Integrantes: Código:
Flores Alvarez Ivan Adrian 13170065
Pimentel Ramos Lino David 12170044
Flores Marques Maricielo Escarleth 13170217
Caraza Cerron Astrid Yanely 13170138
Fecha de realización: 08 de septiembre de 2015
Fecha de entrega: 15 de septiembre de 2015
Turno: Martes de 10:00-12:00 horas.
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA
TEMA: GASES
Ciudad universitaria 2015
TABLA DE CONTENIDO
I. RESUMEN:..........................................................................3
II. OBJETIVO:..........................................................................5
III. FUNDAMENTO TEÓRICO:.................................................5
Gases ideales.............................................................................................................5
Gases reales...............................................................................................................6
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..................................7
IV.1 Materiales............................................................................................................7
IV.2 Reactivos.............................................................................................................7
IV.3 Procedimiento:...................................................................................................7
IV.3.1 Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor Meyer:.......................................................................................................................8
IV.3.2 Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y Desormes:................................................................................................................9
V. CALCULOS Y RESULTADOS.............................................9
V.1 Tablas de datos experimentales.......................................................................9
V.3 Cálculos..............................................................................................................11
V.3.1 Densidad del Gas (Cloroformo) por el método de Víctor Meyer:.........11
V.3.2 Relación de las capacidades caloríficas del aire por el método de Clément y Desormes.............................................................................................14
V.4 Tablas de resultados y % de errores..............................................................18
VI. CONCLUSION:..................................................................21
VII. DISCUSION:.....................................................................22
VIII. BIBLIOGRAFÍA................................................................22
1
I.RESUMEN:
El objetivo principal de la práctica es el de determinar las principales
propiedades de los gases (CHCL3), como por ejemplo la de capacidad
calorífica, mediante el método de Clément y Desormes; o también la
propiedad de densidad, mediante el método de Víctor Meyer.
Según el método de Víctor Meyer:
Para determinar la densidad de gases, mediante el método de Víctor
Meyer, primero tenemos que corregir la presión barométrica, mediante la
siguiente fórmula:
P ´b=Pb−¿
(100−h)100
F ¿
Remplazando los valores, hallamos:
P´b=758.73mmH
También tenemos que corregir el volumen del aire desplazado a
condiciones normales:
PCN xV CNTCN
=PCLV CLTCL
V CN=0.0179 L
Luego determinamos la densidad teórica del vapor a condiciones
normales, según la ecuación de Berthelot:
R ´=R [1+ 9T CP
128 PcT (1−6T C2
T 2 )] Latmmol K
Luego de reemplazar los valores, de la ecuación de Berthelot, obtenemos:
R=58.87 LmmHgmol K
3
Luego determinamos la densidad del vapor a condiciones normales.
ρExperimentalCN = m
V CN…
ρExperimentalCN =8.0459 g
L
ρTeóricoCN = PM
R´ T
ρTeóricoCN =5.18 g
L
Para poder determinar el porcentaje de error, utilizaremos la siguiente
fórmula:
%E=|V t−V eV t |x100%%E=55%
Para poder hallar la relación de capacidades caloríficas, necesitaremos la
siguiente fórmula:
γ=CPCV
=h1h1−h2
γ exp=1.263
C v=9.47521calmol K
C p=11.46121calmol K
Luego hallaremos el porcentaje de error:
%E=|V t−V eV t |x100%%Error γ aire=9.784%
4
%ErrorCv=86.078%
%ErrorC p=61.9225%
II. OBJETIVO:
Estudiar las principales propiedades de gases en este caso del
cloroformo CHCL3 y del aire, tales como densidad y capacidad
calorífica respectivamente.
III. FUNDAMENTO TEÓRICO:
Un gas constituye el estado físico más simple de la materia, cuya
característica principal es que la sustancia llena completamente el
recipiente que la contiene. Por ello se dice que los gases son fluidos que
no tienen forma ni volumen definido.
Los gases se comportan de dos formas:
Los gases ideales.
Los gases reales.
Gases ideales
“Las moléculas de una gas ideal son puntuales, es decir son de forma
esférica y de dimensión (volumen) despreciable”1. “Un gas real tiende a un
comportamiento ideal a presiones bajas y temperaturas altas, porque a
dichas condiciones las fuerzas intermoleculares tienden a cero.”2
Ecuación universal de los Gases Ideales
1 Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 572, 2008.2 Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 574, 2008.
5
Es denominada también ecuación de estado de los gases ideales, porque
nos permite establecer una relación de funciones de estado, que definen
un estado particular de una cierta cantidad de gas (n).
PV=nRT …(1)
Donde: n=WM
R → constante universal de gases
V → volumen del gas, debe medirse siempre en litros (L)
T → temperatura del gas, debe medirse en escala Kelvin (K)
P → presión absoluta del gas
Otras formas de expresar la ecuación universal:
PV=WMRT…(2)
Donde W es la masa en gramos del gas y M la masa molar del gas,
expresado en g/mol.
En función a la densidad (D=WV
) del gas tenemos:
PM=WVRT→PM=DRT …(3)
Gases reales
Presentan fuertes atracciones intermoleculares, siendo el volumen
significativo respecto al total. Estos gases no siguen la ecuación (1) y en
la (2) y (3) se reemplaza R por un R´.
Existen ecuaciones llamadas ecuaciones de estado, que corrigen las
desviaciones de la idealidad, entre ellas tenemos la de Berthelot.
R ´=R [1+ 9T CP
128 PcT (1−6T C2
T 2 )] Latmmol K…(4)
6
Capacidades caloríficas de los Gases
La capacidad calorífica de una sustancia es el calor necesario para
elevar, en una unidad termométrica. Hay dos tipos de capacidad
calorífica: a presión constante y a volumen constante. La relación entre
ambas puede ser determinada experimentalmente mediante el método de
Clément y Desormes. Mediante este método, en un sistema a presión
superior a la atmosférica, se realiza una expansión diabática, y luego un
calentamiento a volumen constante; para un sistema de este tipo se
cumple:
CPCV
=ln P1−lnP0ln P1−lnP0
…(5)
Y si el cambio de presión es pequeño, sabiendo que p=ρgh:
γ=CPCV
=h1h1−h2
…(6)
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
IV.1 Materiales
1 Vaso de 600 mL.
1 Vaso de 250 mL.
1 Vaso de 50 mL.
1 Luna de reloj.
Ampolla de vidrio, pinza y termómetro.
IV.2 Reactivos
Cloroformo (CHCl3)
7
IV.3 Procedimiento:
IV.3.1 Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor
Meyer:
a) Instalamos el equipo como muestra la siguiente figura (fig. 4.1):
b) Colocamos agua en el vaso precipitado y manteniendo abierto el tapón
del tubo de vaporización y la llave de la bureta cerrada, dejamos que el
agua contenida en el vaso ya mencionado hierva durante 10 minutos.
c) Mientras esto ocurría, taramos la balanza con una ampolla sin muestra,
para luego pesarla pero cuando ésta ya contenía un chorrito de
cloroformo.
8
d) Abrimos la llave de la bureta igualamos los niveles de agua de ésta con
la pera. Colocamos el tapón al tubo de vaporización y observamos en
cuantos milímetros se desnivelaba el agua, tomamos nota y quitamos el
tapón.
e) Abrimos la ampolla y la colocamos en el tubo de vaporización,
inmediatamente cerramos este tubo con el tapón. A continuación, una vez
que el agua deja de descender igualamos los niveles.
f) Cerramos la llave de la bureta y esperamos 10 minutos, a continuación
tomamos la temperatura del agua contenida en la pera.
IV.3.2 Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y
Desormes:
a) Armamos el equipo así como lo muestra la siguiente figura (fig. 4.2):
b) Tapamos B con el dedo y con ayuda del balón otorgamos gas al
sistema. Bombeamos hasta que el desnivel de agua en el manómetro sea
de 10 centímetros.
c) Destapamos B y la tapamos inmediatamente en el momento en el que
ambas ramas del manómetro se cruzan por primera vez.
d) Esperamos que se estabilice el líquido manométrico y leemos la nueva
diferencia de alturas.
9
e) Realizamos el mismo procedimiento con las siguientes diferencias de
alturas iniciales: 15, 20 y 25 cm.
V. CALCULOS Y RESULTADOS
V.1 Tablas de datos experimentales
Tabla 4.1: Condiciones experimentales de laboratorio
P(mmHg) T(ºC) %HR
756 24 94
Tabla 4.2: Determinación de la densidad de gases por el método de
Víctor Meyer
M CHCL3 (g) 0.1641
V del agua desplazado (mL) 19.4
T H2O en la pera (K) 24
Tabla 4.3: Relación de las capacidades caloríficas por el método de
Clément y Desorme
10h1 (cm) h2 (cm)
12.1 2
10.8 1.8
h1 (cm) 11.45 h2(cm) 1.9
1514.6 3.5
15.0 2.9
h1 (cm) 14.8 h2(cm) 3.2
2019.0 3.7
21.0 4.5
h1 (cm) 20 h2(cm) 4.1
h1 (cm) h2 (cm)
10
2527.0 4.9
28.3 5.8
h1 (cm) 27.65 h2(cm) 5.6
V.2 Tablas de datos teóricos
Tabla 4.4: Datos del cloroformo3
Temperatura crítica (K) 536.15
Presión crítica (mmHg) 41192
Peso molecular (g/mol) 119.38
Tabla 4.5: Datos del agua4
Temperatura crítica (K) 647.130
Presión crítica (mmHg) 165984
Densidad (g/mL) 0.323
Tabla 4.6: Datos del aire5
Temperatura crítica (K) 132.45
Presión crítica (mmHg) 28272
Densidad (g/mL) 0.35
V.3 Cálculos
V.3.1 Densidad del Gas (Cloroformo) por el método de Víctor
Meyer:
a) Corrección de la presión barométrica de la fórmula:
3 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp1354 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp1355 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135
11
P ´b=Pb−¿
(100−h)100
F…(7)¿
Siendo:
P´b, Pb : presión barométrica corregida y presión barométrica,
respectivamente.
F : presión de vapor de agua a temperatura ambiente.
h : %de humedad en el aire
Datos:
Pb=756mmHg
h =94%
F =21.07 mmHg6
Reemplazando en (7):
P ´ b=756−(100−94100 )21.07P´b=758.73mmHg…(8)
b) Corrección del volumen de aire desplazado a condiciones normales
(CN) ,273.15K, 760mmHg.
De la fórmula:
PCN xV CNTCN
=PCLV CLTCL
… (9)
Siendo:
CN: condiciones normales
CL: condiciones de laboratorio
6 PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp57
12
Datos:
PCN = 760 mmHg
TCN = 273.15 K
VCN = ?
PCL = P´b=758.73mmHg
TCL = 297 K
VCL = 19.4 mL
760mmHg×V CN273.15K
=758.73mmHg×19.4mL297K
V CN=1.783mL×1 L
103mL=0.0178 L
c) Determinar la densidad teórica del gas a CN, usando la ecuación de
Berthelot:
De la ecuación (3)
ρTeóricoCN = PM
R´ T
Ecuación de Berthelot: ec (4)
R ´=R [1+ 9T CP
128 PcT (1−6T C2
T 2 )] Latmmol K
Siendo:
R´ = constante corregida
R = Constante de los gases ideales
TC, PC = Temperatura y presión crítica del gas
T y P= Temperatura y presión del gas
13
Reemplazando datos en (4)
R ´=62.32 LmmHgmol K [1+ 9(536.15K×21.028mmHg)128(41.192mmHg×296.15) (1−6 ( 536.15K296.15K )
2)]R ´=58.87 LmmHg
mol K
Reemplazando R´en (3)
ρTeóricoCN =
760mmHg×119.38gmol
62.2452LmmHgmol K
×273.15
ρTeóricoCN =5.18 g
L
d) Determinamos la densidad experimental del gas a CN, dividiendo la
masa entre el volumen corregido.
ρExperimentalCN = m
V CN… (6 )
ρExperimentalCN =0.1641g
19.4 L
ρExperimentalCN =8.045 g
L
V.3.2 Relación de las capacidades caloríficas del aire por el método de Clément y Desormes
a) Determinamos la relación de capacidades caloríficas por el método de
Clement y Desormes.
*Para una altura teórica de h=10cm
h1(cm) h2(cm)
1 12.1 2
2 10.8 1.8
14
→Hallamos el promedio para ambas alturas
h1=12.1+10.8
2=11.45 cm
h2=2+1.82
=1.9cm
→ Sabiendo el promedio, hallamos σ n−1
σ h1n−1=√ (11.45−12.1)2+(11.45−10.8)2
2−1
σ h1n−1=0.91923
σ h2n−1=√ (1.9−2)2+(1.9−1.8)2
2−1
σ h2n−1=0.1414
→ Ahora hallamos ∆ h=σn−1
√n… (10)
∆ h1=0.91923
√2=0.6499
∆ h2=0.1414
√2=0.0999
→ Ahora hallamos γ 10=h1h1−h2
…(11)
γ 10=γ10±∆ γ10
γ 10=h1h1−h2
= 11.4511.45−1.9
=1.19895
15
∆ γ=√( ∆h1h1 )2
+(∆ h2h2 )2
+…+(∆hnhn )2
n…(12)
∆ γ10=√( 0.649911.45 )2
( 0.09991.9 )2
2
∆ γ10=0.4914
γ 10=1.19895±0.4914
*Para una altura de h=15cm
h1(cm) h2(cm)
1 14.6 3.5
2 15.0 2.9
→Promedio de las alturas
h1=14.8cm
h2=3.2cm
→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)
∆ h1=0.1797
∆ h2=0.6198
→ Ahora hallamos γ 15 con la ecuación (11)
γ 15=1.1930
Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ15=0.1322
γ 15=1.1930±0.1322
*Para una altura de h=20cm
16
h1(cm) h2(cm)
1 19.0 3.7
2 21.0 4.5
→Promedio de las alturas
h1=20cm
h2=4.1cm
→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)
∆ h1=0.4498
∆ h2=0.8718
→ Ahora hallamos γ 20 con la ecuación (11)
γ 20=1.1518
Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ20=0.1684
γ 20=1.1518±0.1684
*Para una altura de h=25cm
h1(cm) h2(cm)
1 27.0 4.9
2 28.3 5.8
→Promedio de las alturas
h1=27.65cm
h2=5.35cm
17
→Sabiendo el promedio, hallamos ∆ h con la ecuación (10)
∆ h1=0.6382
∆ h2=1.6181
→ Ahora hallamos γ 25 con la ecuación (11)
γ 25=0.1077
Con la ecuación (12) hallamos ∆ γ25=0.1322
γ 15=1.3758±0.1077
*Hallamos Cp y Cv teóricos:
Sabiendo que:
CpC v
=γaire=1.4… (13)
C p−C v=R… (14 )
Cp=1.4Cv
1.4Cv-Cv=0.082
0.39C v=0.082Latmmol K
×1cal
4.129×10−2atm L
C v=5.0922calmol K
C p=7.0782calmol K
*Ahora hallamos Cp y Cv experimental tenemos:
γ exp=1.263
γ exp=CpCv
=1.263
18
C p−C v=0.082Latmmol K
×1cal
4.129×10−2atm L
1.2096C v−C v=1.9861calmol K
0.2096C v=1.9861calmol K
C v=9.47521calmol K
C p=11.46121calmol K
V.4 Tablas de resultados y % de errores
Determinación de la densidad de gases por el método de Víctor Meyer
%E=|5.18−8.0455.18 |×100%%E=55%
Relación de las capacidades caloríficas por el método de Clément y
Desormes
Tabla 4.7 Resumen de Cálculos para (10 cm)
h1(cm) h2(cm)
h 11.45 1.9
∆ h 0.6499 0.099
γ 10 1.19895
∆ γ 0.4914
γ 10±∆ γ 1.19895±0.4914
Tabla 4.8 Resumen de Cálculos para (15 cm)
h1(cm) h2(cm)
h 14.8 3.2
19
∆ h 0.1797 0.6198
γ 15 1.1930
∆ γ 0.1322
γ 15±∆ γ 1.2130±0.1327
Tabla 4.9 Resumen de Cálculos para (20 cm)
h1(cm) h2(cm)
h 20 4.1
∆ h 0.4498 0.8718
γ 20 1.1518
∆ γ 0.1684
γ 20±∆ γ 1.1818±0.1684
Tabla 4.10 Resumen de Cálculos para (25 cm)
h1(cm) h2(cm)
h 27.65 5.6
∆ h 0.6382 1.6181
γ 25 1.3758
∆ γ 0.1077
γ 25±∆ γ 1.3758±0.1077
%E=¿
%Error γ aire=|1.4−1.261.4 |×100%
%ErrorCv=|5.0922−9.47525.0922 |×100%
20
%ErrorC p=|7.0782−11.46127.0782 |×100%%Error γ aire=9.784%
%ErrorCv=86.0728%
%ErrorC p=61.9225%
21
VI. CONCLUSION:
En el siguiente laboratorio, hallamos el volumen corregido
saliéndonos el valor teórico de 17.83 ml y nuestro valor
experimental, medido por el desplazamiento del agua de la bureta,
19.4 ml, por lo cual nuestro porcentaje de error -8.09%, un error en
exceso.
En este laboratorio también hallamos la densidad teórica del
cloroformo saliéndonos 5.8 g/L y nuestro valor experimental 8.045
g/L, siendo nuestro porcentaje de error de 55%, porcentaje en
defecto, por motivos como el mal pesaje de la masa del cloroformo,
como también la del volumen desplazado.
En este laboratorio hallamos el coeficiente adiabático que por
método experimental obtuvimos 1.263 y por un dato teórico
sabemos que es 1.4, por lo cual nuestro porcentaje de error es de
9.78%, un porcentaje de error en defecto.
RECOMENDACIONES
Instalar bien los equipos con los que se va a trabajar, en este caso
el de Victor Meyer y el de Clement y Desormes.
Verificar en ambos equipos que las conexiones, deben de estar
herméticamente cerradas.
Estar atentos en el experimento de Victor Meyer, al momento de
destapar la ampolla para que no se escape el gas.
En el experimento de Clement y Desormes, tener bien presionada
la manguerilla para que no escape gas, y cerrar rápidamente el
tubo de la tapa, ni bien crucen los líquidos, para evitar márgenes
de error, para ello nuestra velocidad de reacción debe ser pronta.
22
VII. DISCUSION:
El porcentaje de error obtenido en el primer experimento fue debido
a que no se tuvo la rapidez necesaria al colocar la ampolla con el
cloroformo dentro del tubo de ensayo sumergido en agua caliente.
En el caso del experimento de la relaciones de las capacidades
caloríficas no se tuvo el cuidado ni rapidez al momento de cerrar la
entrada de aire y luego al observar el cruce de los meniscos.
VIII. BIBLIOGRAFÍA
1. Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y
aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 572, 2008.
2. Instituto de Ciencias y Humanidades, QUÍMICA Análisis de principios y
aplicaciones, LUMBRERAS editores, Tomo I, Lima, pp- 574, 2008.
3. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135
4. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135
5. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp135
6. PERRY R, Manual del Ingeniero Químico, Mc Graw Hill, Tomo 3, pp57
23