INFORME N_1 FISICOQUIMICA.docx

7/30/2019 INFORME N_1 FISICOQUIMICA.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE

INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL Y

DE SISTEMAS

TEMA: PRIMER INFORME DE LABORATORIO

CURSO: Fisicoqumica y Operaciones Unitarias

PROFESOR: HERNAN JULIO PARRA OSORIO

ALUMNOS:

GUTARRA SOCUALAYA, BRYAN EDUARDO

JAQUE MARCATINCO, JAVIER

LEN APAZA, ROY MELVIN

MATIENZO BALLETO, GABRIEL VICTOR

MELCHOR NEYRA, RICHARD ARTURO

FECHA: 20/04/12

2012-I


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FUNDAMENTO TERICO

GASES IDEALESLos primeros estudios fisicoqumicos realizados a partir del siglo 17 involucraron el

estudio de los gases, debido a que stos responden en forma ms dramtica a cambios

en el ambiente que los lquidos y los slidos. La mayora de estos primeros estudios

estuvieron focalizados en las variaciones de presin, temperaturas y volumen de una

determinada porcin de gas (relaciones p-V-T). La ms simple es la Ley de Boyle-Mariotte:

PV = cteAnlogamente, Gay-Lussac report la relacin inversa entre el volumen y la tempera-tura:

V/T = ctey la Ley Combinada es:

PV/T = cte

Necesitamos solamente determinar el valor de la constante de la ley anterior. Esto

pude ser realizado midiendo el producto PV de n moles de un gas a muy baja presin

y a una temperatura fija:

donde = RT, y R es la constante de los gases ideales igual a 8.31441 *J/K/mol+.

Ahora podemos enunciar la ecuacin de estado para un gas ideal, tambin conocida

como Ley de los Gases Ideales:PV = nRT

Y expresada molarmente, donde V-raya es el volumen molar:

PV = RT

Gas Ideal

Modelo o teora de gases que considera:

El volumen de las molculas es despreciable frente al volumen total.

Las interacciones entre molculas de gas son despreciables.

Importante: los gases reales pueden considerarse como ideales a bajas presiones y

altas temperaturas.De esta simple ley se deducen las isotermas de un gas ideal:


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Ley de Dalton o de las Presiones Parciales:la presin de una mezcla (o solucin) de gas es igual a la suma de las presiones

parciales de los gases que la componen.PT = P1 + P2 + P3 + + Pn = (Pi)

Presin parcial es la presin que ejercera un gas si estuviese solo ocupando todo el

volumen de la mezcla a la misma temperatura:Pi = Xi PT

Gases RealesEl modelo de gas ideal permite definir un marco de referencia para estudiar el

comportamiento de los gases. En algunas ocasiones, podremos modelar los gases

geolgicos utilizando Leyes Ideales; sin embargo, es de gran importancia tener una

nocin de las desviaciones que sufren stos bajo determinadas condiciones de tempe-

ratura, presin y volumen. Los gases naturales o reales presentan las siguientes

desviaciones del comportamiento ideal:

- para altas presiones: Vreal > Videal

- para moderadas presiones: Vreal < Videal

- para moderadas temperaturas: Vreal > Videal

Esta desviaciones aparecen producto de la diferencia de volumen, por lo que

definiremos el factor de compresibilidad (Z), que corresponde a una medida de la no-idealidad en el comportamiento de un gas:

Z = PV/RTZ = Vreal / Vreal

Para un Gas Ideal, el factor de compresibilidad es unitario, mientras que para Gases

Reales es mayor o menor que 1. Ejemplos para el H2O, CO2 y O2 gaseosos:

PROCESO ISOTERMICO

Proceso isotrmico o proceso isotermo al cambio reversible en un sistema

termodinmico, siendo dicho cambio a temperatura constante en todo el sistema. La

compresin o expansin de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es

un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto

trmico con otro sistema de capacidad calorfica muy grande y a la misma temperatura

que el gas; este otro sistema se conoce comofoco caliente. De esta manera, el calor se

transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo.Como la energa interna de un gas ideal slo depende de la temperatura y sta


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permanece constante en la expansin isoterma, el calor tomado del foco es igual al

trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una lnea que sobre un diagrama representa los valores

sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las

isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, sonhiprbolas equilteras, cuya ecuacin es PV = constante.

PROCESO ISOCORO

Un proceso isocrico, tambin llamado proceso isomtrico o isovolumtrico es un

proceso termodinmico en el cual el volumen permanece constante; V = 0. Estoimplica que el proceso no realiza trabajo presin-volumen, ya que ste se define como:

W = PV,

donde P es la presin (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

Aplicando la primera ley de la termodinmica, podemos deducir que Q, el cambio de la

energa interna del sistema es:

Q = U

para un proceso isocrico: es decir, todo el calor que transfiramos al sistema quedar a

su energa interna, U. Si la cantidad de gas permanece constante, entonces el

incremento de energa ser proporcional al incremento de temperatura,Q = n*C*V*T

donde CV es el calor especfico molar a volumen constante.

En un diagrama P-V, un proceso isocrico aparece como una lnea vertical. Desde el

punto de vista de la termodinmica, estas transformaciones deben transcurrir desde

un estado de equilibrio inicial a otro final; es decir, que las magnitudes que sufren una

variacin al pasar de un estado a otro deben estar perfectamente definidas en dichos

estados inicial y final. De esta forma los procesos termodinmicos pueden ser

interpretados como el resultado de la interaccin de un sistema con otro tras ser

eliminada alguna ligadura entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se

encuentren en equilibrio (mecnico, trmico y/o material) entre si.


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De una manera menos abstracta, un proceso termodinmico puede ser visto como los

cambios de un sistema, desde unas condiciones iniciales hasta otras condiciones

finales, debidos a la desestabilizacin del sistema.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

A) PROCESO ISOTERMICO: Montar el equipo dejando unos 30ml de aire (gas A) en la

bureta de gases, cerrar con la pinza la manguera.

Verifique que no haya escape del gas A, para lo cual, cambie de posicin la pera de

nivel a una posicin fija y despus de variar el nivel de lquido manomtrico en la

bureta de gases, verifique que este nivel permanezca constante. Si varia es porque hay

escape de gas y habr que resolver esta situacin.

Luego regrese la pera de nivel a una posicin tal, que los niveles de agua de la pera y

de la bureta se encuentran enrasados con un error menor de 0.1ml.Para observarmejor, trate de acercar cuanto sea posible la bureta de gases a la pera de nivel. Haga la


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lectura del volumen en la bureta de gases. Luego, levante la pera de nivel

sucesivamente 20, 40, 60, 80, 100cm (puede elegir la posicin que sea conveniente).

Con la regla en vertical, mida exactamente la diferencia de niveles. Registre estas

lecturas y la de los volmenes del gas A. repita el paso anterior, pero bajamos la pera

de nivel 20, 40, 60, 80, 100cm. Registre adems la presin baromtrica y la

temperatura del agua de la pera (previa agitacin). No mueva la pinza de la bureta de

los gases.

B) PROCESO ISOCORO: Con el baln completamente seco arme el equipo.

Antes de ajustar el tapn de la pera de nivel, vierta agua a esta, hasta el cuello y

ajustar bien los tapones. En ningn momento el extremo del tubo capilar debe estar en

contacto con el agua lquida. Luego vierta agua potable en el vaso, procurando que el

baln quede sumergido hasta la altura del tapn. Agite el agua del vaso hasta que la

temperatura del gas B, dentro del baln, permanezca constante. Ajuste los niveles de

agua de la bureta de gases con el de la pera de nivel abriendo y cerrando la pinza del

empalme de goma, pero manteniendo la posicin vertical de la pinza en el empalme

de la goma, hasta que ambos niveles sean iguales.

Registre el volumen del gas A, con un error menor de 0.1ml, la temperatura del gas B y

la presin baromtrica.

Coloque verticalmente una plancha aislante entre el mechero y la pera de nivel y

encienda el mechero. Aqu es conveniente hacer notar que nuestro gas en

consideracin ahora es el aire que est por encima de la superficie de agua de la pera

de nivel y el que ocupa el baln. Sea VB el volumen que ocupa el gas B; que lo

mediremos al final de la experiencia ayudndonos con la probeta enrasndola con el

agua, por lo que debemos marcar con un lpiz el extremo inferior de los tapones.


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Como el gas en el tubo capilar experimenta un enfriamiento, el contenido es

despreciable.

Seguidamente, caliente el agua del vaso hasta que la temperatura del gas B, se haya

incrementado unos 10C. Retire el mechero y agite el agua del vaso, hasta que la

temperatura del gas B se estabilice. Baje la bureta de gases con el objeto de enrasar los

niveles de agua contenida en el, con la pera de nivel. Lea a la vez, el volumen del gas A

y la temperatura del gas B. repita esta operacin cada 10C aproximadamente, hasta

que el agua del vaso llegue a su temperatura de ebullicin. Al final mida el volumen

muerto de la bureta de gases (sector no graduado). Haga lo mismo para medir el

volumen del gas B, considerando el termmetro dentro de l.

CUESTIONARIO

1. Convierta las presiones manomtricas de columna de agua a columna demercurio (Torr).

El volumen muerto es 5.9ml.

Nos encontramos con la siguiente situacin:

Se sabe que:

( )

La diferencia de niveles la hemos medido:

Diferencia de Alturas Presin Manontrica ( torr)

60 cm 39.804

40 cm 25.089

20 cm 10.374

0 cm -4.341

Cuando se mide hacia abajo utilizamos una ecuacin diferente:

( )

( )


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2. Exprese las presiones en presiones absolutas (Torr).

A las presiones manomtricas anteriormente halladas la sumamos cada una

con 752.95 Torr.

Cuando la pera de nivel se encuentra encima del punto inicial.

Diferencia de Alturas Presin Absoluta( torr)

60 cm 792.754

40 cm 778.039

20 cm 763.324

0 cm 748.609

Cuando la pera de nivel se encuentra por debajo del punto inicial.

3. Exprese las presiones del gas seco (Torr), calculada, restando de laanterior la presin de vapor de agua. Indicar la fuente de informacin.

El agua en el laboratorio se encontraba a 21, su valor es 18.663 Torr.

Presin Absoluta( torr) Presin gas seco (torr)

792.751 774.088778.039 759.376

Diferencia deAlturas(cm)

Presin Manontrica ( torr)

-20 cm -10.374

-40 cm -25.089

-60 cm -39.804

Diferencia deAlturas(cm)

Presin Absoluta( torr)

-20 cm 742.576

-40 cm 727.861

-60 cm 713.146


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2

( ) Desviacin Porcentual (%)31.9158 -0.017%

31.7130 -0.618%

31.6260 -0.890%

31.4215 -1.531%

32.0489 -0.435%

32.2745 -1.142%

32.3714 -1.445%

10.Haga un comentario acerca del comportamiento del gas utilizado paraesta experiencia.

Al realizar este experimento, se puede concluir que el aire puede ser

considerado como un gas ideal. Podra decirse que cumple la ley de Boyle

(aproximadamente), su curva P vs V es bastante parecida a la obtenida para los

gases ideales, y adems su Z (factor de compresibilidad) oscila en valores

alrededor de uno.

28

29

30

31

32

33

34

35

1.043 1.023 1.004 0.985 0.9771 0.9577 0.9383

P VS V

P VS V

0.9577 33.7 32.2745

0.9383 34.5 32.3714


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CUESTIONARIO

7. Explique cmo se alterara el valor del cero absoluto si la temperatura delagua de la bureta de gases aumentara gradualmente.

Bsicamente hay dos factores que generan ello o se puede explicar de dos formas:

1. En el proceso Iscoro (v cte.) de acuerdo a la teora de Gay-Lussac, tenemos:

Para gases ideales:

P . V = R . T . n

Dado que V es constante, adems de R:

Cte = P / T . n

Como el sistema es cerrado, el nmero de moles se mantendr

constante, al no poder intercambiarse masa con el exterior, por tanto:

Cte = P / T

En dos momentos distintos, 1 y 2, ser:

Cte = P1 / T1 = P2 / T2

Con ello vemos que conforme aumenta la temperatura (T) y el calor que la

provoca se propaga por el sistema, aumentar la presin (P), de esta forma, la

presin del gas (en el tubo neumtico) ser ejercida sobre el lquido, a su vez el

nivel del agua en el tubo neumtico disminuir.

Q

PE2

PE1

Vapor de

agua

T2 >T1


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PEn: Punto de Equilibrio en el momento n

2. Otro factor determinante para disminuir el nivel del agua, es el aumento del

volumen del gas en la parte superior del tubo neumtico. Dado que el calor se

propaga y aumenta la temperatura en todo el sistema, el lquido del tubo se va

evaporando progresivamente, con ello aumenta el vapor y disminuye el fluido,

en otras palabras disminuye el nivel del agua.

Experimentalmente esto se demuestra con los datos obtenidos en el proceso:

Temperatura (C) Altura o volumen

28C 20,2 mL

38C 20,1 mL

48C 20,0 mL

58C 19,8 mL

68C 19,75 mL78C 19,6 mL

88C 19,4 mL

T2 >T1

Vapor de

agua

PE2

PE1

Q


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De esta forma se demuestra que el punto de equilibrio (cero absoluto) vara

conforme vara la temperatura. En este caso si aumenta la temperatura, la altura o

volumen ser cada vez, debido a que se evaporar cada vez ms agua, con ello el vapor

de agua aumentar en la parte superior del tubo neumtico, disminuyendo a su vez la

altura de la misma o alterando el cero absoluto.

19.3

19.4

19.5

19.6

19.7

19.819.9

20

20.1

20.2

20.3

0 20 40 60 80 100

Alturaovolu

men

Temperatura (C)


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En el proceso isocoro la presin del gas vara conjuntamente con latemperatura, cuando la temperatura aumentaba cada 10c la presin iba

aumentando.

A temperatura ambiente (300k ) el aire es un gas hmedo, es decir es unamezcla con vapor de agua, por lo cual debemos trabajar con presin de vapor

del agua.

Para el aire hmedo se necesita modificar la ley de los gases ideales teniendoen cuenta la humedad especfica y la proporcin de mezcla del vapor de agua.

En el proceso isotrmico observamos que el volumen del gas aumenta cuandoejercemos menos presin (bajamos la pera ) y disminuye cuando levantamos la

pera, sea presentan relacin de proporcionalidad inversa.

La ecuacin de estado para un gas ideal, prescinde de la variable z ya queesta para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que esta variable tiene

que ser diferente de uno, as que la formula queda de esta forma: p.V = z.n.R.T.

Para la mayora de las situaciones se puede asumir que el aire se comportacomo un gas ideal y por tanto obedece la ley de los gases ideales.

Acercar lo ms posible la bureta con la pera para que las mediciones de alturasean ms exactas.

Si fuera posible tratar de repetir el experimento para minimizar el margen deerror.

Asegurar bien el tapn de la bureta para que no pueda existir alteraciones enlos resultados de las mediciones de presin.

En el proceso iscoro, al calentar el vaso de precipitado con el baln de 125mladentro, es necesario separar esta parte de la bureta con un material aislante

para no calentar la bureta y el lquido vertido en ella y el calor no altere

nuestros resultados del volumen del gas A, nosotros hicimos uso de un trozo de

tecknopor.

Traer fsforos para este laboratorio.

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