FACULTAD
:
CIENCIAS DEL AMBIENTE
ESCUELA PROFESIONAL
:
INGENIERÍA AMBIENTAL
ASIGNATURA
:
TÍTULO
:
FÍSICOQUIMICA
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°01 “GASES”
CICLO
:
ESTUDIANTE
:
2014-I
RODRIGUEZ MAGUIÑA ELIZABETH MERCEDES MERCEDES DEL R. 131.0605.020
DOCENTE
: BARBA REGALADO ALEJANDRO NAPOLEÓN
HUARAZ-PERÚ 2014
GASES FISICOQUIMICA
2014-I
ÍNDICE I.
Introducción
pág.02
II.
Fundamento teórico
pág.03
a. Estado gaseoso b. Características de los gases c. Condiciones del estado d. Gas ideal e. Gas real f. Densidad de gases g. Capacidad calorífica h. Difusión gaseosa
III.
Detalles experimentales pág.07 a. Materiales y reactivos b. procedimiento
IV.
Cálculos y resultados
pág.10
V.
Discusión de resultados
pág.12
VI.
Conclusiones y recomendaciones
pág.13
VII.
Bibliografía
pág.14
VIII.
Apéndice
pág.15
1
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INTRODUCCIÓN
Esta práctica de laboratorio nos permite visualizar experimentalmente la variación de la densidad de un gas, con la presión y la temperatura. En el siguiente trabajo se va a calcular de manera experimental la densidad de los gases y la relación de capacidad calorífica a condiciones normales con un error experimental mínimo, para poder asemejar el resultado del experimento con el teórico, para dicho trabajo es necesario conocer todas las propiedades, físicas y químicas, de los gases y sus características; para poder trabajar con mucha facilidad es necesario tener en cuenta las condiciones ambientales (presión, temperatura y humedad), porque estas influyen de manera directa en los resultados que se van a obtener. La aplicación de los métodos teóricos y experimentales nos da a conocer las leyes generales que determinan las propiedades de diversas sustancias en diferentes condiciones, en este caso diremos que estudiaremos las propiedades más importantes de los gases. El comportamiento de todos los gases se ajusta a tres leyes, las cuales relacionan el volumen de un gas con su temperatura y presión. Los gases que obedecen estas leyes son llamados gases ideales o perfectos. Para explicar los procedimientos realizados debemos hacer una secuencia de pasos detallada de lo observado y luego analizarlo, para poder llegar a cabo por medio de los resultados según las ecuaciones postuladas, formulando las relaciones entre el volumen, presión y temperatura.
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I.
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FUNDAMENTO TEÓRICO ESTADO GASEOSO Se trata del estado de la materia más estudiado y comprendido. Es un fluido que tiene por característica especial, ocupar el volumen del recipiente
que lo contiene, sus moléculas están muy separadas y por
consiguiente sus interacciones serán mínimas.
CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES Puede comprimir hasta adquirir un pequeño volumen por un aumento de presión. No tienen forma, ni volumen definido, adopta la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. Se expande ilimitadamente ocupando el mayor volumen posible. Sus moléculas se mueven al azar en todas las direcciones. Todos los gases son miscibles.
CONDICIONES DEL ESTADO 1. Presión: La presión del gas está determinada por el choque que realizan las moléculas contra las paredes del recipiente que lo contiene, esta presión es homogénea en todas las paredes.
2. Volumen: El volumen de un gas está determinado por el volumen del recipiente que lo contiene, es decir, el gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene.
3. Temperatura: La temperatura es una variable del estado que está relacionado con la velocidad de las moléculas, a su vez, con la energía cinética de las mismas.
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1. GAS Se llama así, a aquel fluido que no tiene forma ni volumen definido. Los gases se clasifican en dos grupos.
a. Gases ideales: el volumen ocupado por las propias moléculas, es insignificante respecto al volumen total del gas. Esto es válido, a presiones bajas y temperaturas relativamente altas. La ecuación de estado que rige el comportamiento de los gases ideales es la siguiente.
(1)
b. Gas real: El volumen ocupado por las propias moléculas, es significativo respecto del volumen total del gas. Además se considera como factor importante la atracción intermolecular. El comportamiento de estos gases obedece a presiones altas y temperaturas
relativamente
bajas.
Para
estudiar
del
comportamiento de los gases reales existen un conjunto de ecuaciones de estado, entre ellas tenemos la de Berthelot, que corrige las desviaciones de la idealidad. Las ecuación de Berthelot es válida para presiones cercanas a 1 atm:
* +
(2)
Donde:
M= Peso molecular m= Masa de sustancia R= Constante de los gases ideales P,V,T = Presión, volumen y temperatura del gas.
Pc, Tc = Presión y temperatura criticas
Los vapores de sustancias que no son gases a temperaturas ordinarias suelen encontrarse en este tipo. 4
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2. DENSIDAD DE GASES a. Densidad absoluta: Relación entre la masa del gas y su unidad de volumen.
b. Densidad relativa: Relación entre la densidad de un gas y la densidad de otro que se toma como referencia. La densidad de un gas, se puede obtener a partir de la ecuación.
(3)
3. CAPACIDAD CALORÍFICA Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una sustancia en un grado. Hay dos tipos de capacidad calorífica, a presión constante y a volumen constante. La relación entre ambas, depende si el gas es monoatómico o poliatomico y puede ser determinada experimentalmente mediante el método de Clément y Desormes, realizado en el sistema, primero una expansión adiabática, y luego un calentamiento a volumen constante. La relación de capacidades caloríficas para un sistema de este tipo es:
(4)
Y si el cambio de presión es pequeño, sabiendo que P = dgh, obtenemos:
(5)
5
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4. DIFUSIÓN GASEOSA A una temperatura dada, la energía de cinética de cualquier par de moléculas es la misma. De este principio se deduce la ley Graham de la difusión “la velocidad de difusión de un gas es inversamente
proporcional a la raíz cuadrada de su respectivo peso molecular o de su densidad”. La expresión matemática es:
√ √ √
(6)
Donde:
, : Velocidad de las moléculas de los gases 1 y2. : Masa de los gases. : Densidad de los gases. : Pesos moleculares de los gases 1 y 2. M1, M2 : pesos moleculares de los gases 1 y 2.
6
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II.
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DETALLES EXPERIMENTALES: MATERIALES Y REACTIVOS Materiales: Equipo de Víctor Meyer para densidad de vapor. equipo para hallar la relación de capacidades caloríficas por el método de Clément y Desormes. Tubos de vidrio de diversos diámetros. Bulbos pequeños. Regla. Mechero de bunsen. Bombillas de jebe. Trípode. vasos de 50, 100 y 600 ml. pipetas.
Reactivos.: Liquido orgánico volátil. PROCEDIMIENTO 1. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE GASES POR EL MÉTODO DE VÍCTOR MEYER a. Instale el equipo
como se muestra
en la figura 1.
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b. Coloque en la chaqueta de calentamiento agua de caño hasta 2/3 de su volumen (A), manteniendo cerrada la llave de la bureta F y abierto el tampón E. Lleve el agua a ebullición 10 min. c. Durante el tiempo de ebullición del agua, pese una ampolla de vidrio hasta las 10 milésimas de gramo. Caliente la ampolla en agua hirviendo, retire e introduzca el capilar en un vaso que contenga un pequeña porción de muestra, enfrié y repita la operación hasta introducir de 0.1 a 0.2g de muestra, pese, y si ha logrado el peso adecuado, selle el capilar, déjelo enfriar y pese la ampolla con exactitud. d. Abra la llave de la bureta, llénela con agua hasta la marca de 50ml y fije la pera C coloque el tampón E, obsérvese el descenso de volumen y si este no fluctúa en más de 0.2ml, iguale los niveles y lea la bureta. Retire el tampón E y haga que el nivel llegue nuevamente a 50ml. e. Rompa el extremo de la ampolla, e introdúzcala rápidamente en el tubo de vaporización B y coloque inmediatamente el tampón E. A medida que baje el nivel de agua en la bureta, iguale el de la pera hasta que el nivel de agua deje de bajar. f. Cierre rápidamente la llave F y retire la bureta, espere 10 minutos, tome la temperatura del agua de la pera, lea el nivel del agua en la bureta tomando como referencia la lectura tomada en el paso d.
2. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DE CAPACIDADES CALOÍIFICAS POR EL MÉTODO DE CLÉMENT Y DESORMES a. Arme el equipo mostrado en la figura 2 de forma que todas las uniones queden
herméticamente
cerradas.
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b. Abra la llave A, permitiendo el paso del gas por el balón durante 5 minutos. c. Abra la llave C y cierre B, hasta tener un desnivel de 10cm en el manómetro de agua y lea la diferencia de alturas exacta
y la
temperatura. d. Abra rápidamente la llave B y ciérrela en el momento en que ambas ramas del manómetro se crucen. e. Deje que se estabilice el liquido manométrico y lea la nueva diferencia de alturas
.
f. Repita el proceso con diferencias de altura iniciales de 15, 20 y 25.
3. DIFUSIÓN GASEOSA a. Coloque en un extremo de un tubo de vidrio limpio y seco 2 o 3 gotas de NH4OH concentrado y al mismo tiempo en el otro extremo 2 o 3 gotas de HCl concentrado. Consulte con el profesor. b. Tape ambos extremos rápidamente con algodón y espere a que aparezca un aro blanco en el tubo, mida la distancia de este a los puntos en los que se coloco las gotas.
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III.
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CÁLCULOS Y RESULTADOS: Densidad de Gases a) Peso del capilar vació y seco= 0.7416g b) Peso del capilar + C2H5OH = 0.7625g c) Peso del C2H5OH = 0.0209g d) Volumen del aire desplazado= Vi – Vf = 42.45 – 22.25 = 20.2 ml. e) Corrección de la presión barométrica:
) (
() f) Corrección del volumen del aire (CN), 0°C y 1 atm.
desplazado a condiciones normales
() 10
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g) Determine la densidad del vapor a CN dividiendo, masa entre volumen
p= 0.0016g/ml ≡ 1.62 g/L.
h) Densidad teórica (CN) BERCHELOT PM 9TC P 6T C RT 1 1 TP T 128 C 2
2
1 46 9 273 760 6 243 0.082 273 1 1 128 243 63 273 2
2
Pc = 63 atm 0.396268 g
l
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IV.
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DISCUSIÓN DE RESULTADOS: Cabe resaltar que el cálculo de las densidades de gases siempre se medirán con referencia de la temperatura y presión del ambiente. Al tener en nuestra mano estos cálculos será más fácil la determinación de las densidades teóricamente. La densidad de Etanol no coincide con lo teórico, debido al error experimental
y la intervención de las condiciones ambientales que
existen. En la parte práctica o en la parte experimental este resultado no es cierto ya que hay ciertos errores que varían; por eso se determina presiones o temperaturas corregidas para agregarle a la parte teórica para así obtener un resultado verídico Teóricamente la densidad de una gas se puede obtener con ecuaciones determinadas, pero hay que tomar que cuenta que existe en la práctica diferentes factores que podrían cambiar este resultado, además el error de uno mismo;
por eso es importante tener mucho cuidado en la
realización de estos experimentos.
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V.
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CONCLUSIONES: En la determinación de la presión de vapor de los líquidos a temperaturas mayores que la ambiental, se tiene que a mayor temperatura tendremos una menor presión, esto significa que la presión de vapor es inversamente proporcional a la temperatura. Durante la puesta del equipo el aire que contiene el tubo de vaporización se expande (el tubo de desprendimiento en este momento no debe estar sumergido en la campana). Esto sucede hasta que la temperatura alcance un valor constante en todo el equipo y el aire de todo el tubo se encuentre a la misma temperatura. La temperatura ambiental no difiere de una temperatura incrementada con calor, mientras haya un tubo de escape del vapor de agua, todo esto con respecto a que el nivel de mercurio este en equilibrio. Podemos deducir que el oxígeno presente en el sistema influye a mantener el equilibrio del nivel del mercurio. Las condiciones ambientales (presión, temperatura y humedad) varían según la altitud en la que nos encontramos. Al momento de realizar la práctica siempre ocurren errores que pueden cambiar nuestros resultados, por lo que es importante tener en cuenta todas las posibles fallas que se puedan presentar.
RECOMENDACIONES: Tener limpio los frascos para evitar el menor número de impurezas. 13
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Nivelar los más preciso posible el agua en la bureta con referencia a la pera. Anotar bien el peso del capilar. Luego de pesar el capilar contenido e introducir en el matraz abrir y cerrar rápidamente la llave f. Anotar bien el valor de la variación de volumen del gas. Hacer un uso correcto de los materiales y reactivos a utilizar. Poner mucha atención a la realización del experimento.
VI.
BIBLIOGRAFÍA
FARRINGTON Daniels - “Fisicoquímica” 4ta Edit. Edit. Compañía Editorial Continental S.A. 1970 CASTELLAN Gilbert - “Fisicoquímica” 2da. Edit. Fondo Educativo Interamericano. España 1972 K.C. Rolle - 2da. Edit. Edit. - Interamericana México, 1984 MARRON Y PRUTON - Fundamentos de Fisicoquímica, Ediciones Limusa México – 1984. Castellan 1987: “Físico - Química” Ed. Reserva Wiley Hiperoamericana II
Edición USA. Alejandro barba regalado (it al). Físico-química: manual de laboratorio. 1° edición. 2009. (SE). Huaraz- Ancash. Pp.10-15. Págs. 186
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