UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Ingeniería Industrial y sistemas
Informe de laboratorio N°1
“Estudio de los gases ideales y reales”
Curso: Físico-Química
Integrantes: (Grupo 3)
Profesor(es):
Ing. Parra Osorio, Hernán
Fecha de entrega:
18/09/2015
2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-FIIS Físico-Química
ESTUDIO DE LOS GASES IDEALES Y REALES
1. DESCRIPCIÓN DE LOS EXPERIMENTOS
1.1. Proceso Isotérmico
Notamos que al subir la ampolla de nivel, el agua que está en el tubo neumático
asciende comprimiendo así el aire que contiene debido a un aumento de presión que
hace que disminuya su volumen.
1.2. Proceso isócoro
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2.1. DATOS
2.1. Proceso isotérmico
* Volumen muerto
Medidaen labureta (ml )→Medidaen laregla (cm )
1 ml 1,3 cm
Vmuerto 11 cm
∴V muerto=8,46ml
* Volumen de aire en la bureta
V aire=V grad.+V muerto
Variación de altura Volumen graduado (ml) Volumen aire (ml)
0 9,1 17,56
+ 15 8,8 17,26
+30 8,5 16,96
+45 8,2 16,66
-15 9,6 18,06
-30 9,8 18,26
-45 10,1 18,56
2.2 Proceso isócoro
* Volumen del balón: 169 ml
* Tabla del proceso isócoro
Temperatura (°C) Volumen (ml)
19 9.3
30 9.1
40 7.9
49 7.1
60 6.1
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3. CÁLCULOS
3.1. Proceso Isotérmico
1. Convierta las presiones manométricas de columna de agua a columna de
mercurio (Torr).
Teniendo en cuenta la siguiente relación:
1cmH 2O=0.7355mmHg=0,7355Torr
Nivel (cm) Presión manométrica (Torr)
0 0
+15 11,03
+30 22,06
+45 33,10
-15 11,03
-30 22,06
-45 33,10
2. Exprese las presiones en presiones absolutas (Torr).
Teniendo en cuenta las siguientes ecuaciones:
Pabsoluta=Pbarométrica+Pmanométrica→ Arriba
Pabsoluta=Pbarométrica−Pmanométrica→Abajo
Pbarométrica = 752.95 Torr
Nivel (cm) Presión absoluta (Torr)
0 752,95
+15 763,98
+30 775,01
+45 786,05
-15 741,92
-30 730,89
-45 719,85
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3. Exprese las presiones del gas seco (Torr), calculada, restando de la
anterior la presión de vapor de agua. Indicar la fuente de información.
Teniendo en cuenta lo siguiente:
Pgasseco=Pabsoluta−Pvapor
* Presión de vapor a 19°C (temperatura del agua) = 16.489 Torr
Nivel (cm) Presión absoluta
(Torr)
Presión del gas seco
0 752,95 736,461
+15 763,98 747,491
+30 775,01 758,521
+45 786,05 769,561
-15 741,92 725,431
-30 730,89 714,401
-45 719,85 703,361
Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf
4. Exprese el volumen de gas seco (mL), que es igual a la del gas húmedo.
V aire=V grad.+V muerto
∴V muerto=8,46ml
Variación de altura Volumen graduado (ml) Volumen aire (ml)
0 9,1 17,56
+ 15 8,8 17,26
+30 8,5 16,96
+45 8,2 16,66
-15 9,6 18,06
-30 9,8 18,26
-45 10,1 18,56
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5. Calcule los valores del producto PV para el gas seco (ml.Torr) y las
desviaciones porcentuales respecto a la media.
Teniendo en cuenta la siguiente ecuación:
Desviacióni=(P×V prom)−P i×V i
(P×V prom)×100%
* Donde:
Pi, Vi: Presión y volumen del gas seco al nivel i.
P x V prom: Promedio del producto de presión y volumen del gas seco a todos
los niveles. (12959.98 Torr.ml)
Nivel (cm) Presión del
gas seco
(Torr)
Volumen del
gas seco (ml)
Producto
P x V
(Torr.ml)
Desviación
(%)
0 736,46 17,56 12932.24 -0.2141
+15 747,49 17,26 12901.68 -0.4499
+30 758,52 16,96 12864.50 -0.7367
+45 769,56 16,66 12820.87 -1.0734
-15 725,43 18,06 13101.27 1.0902
-30 714,40 18,26 13044.94 0.6556
-45 703,36 18,56 13054.36 0.7283
6. Calcule el valor de z para cada caso y las desviaciones con respecto a la
unidad.
Ecuación de Van der Waals
RT=(P+ aV m
2 )(V m−b) , T=19℃=292K , Z=
V m
(V ¿¿m)gasideal=PV m
RT¿
Para el aire
Temperatura Crítica: T c=−140.6℃=132.4K
Presión Crítica: Pc=37.66 ¿̄37.18atm Z= PV/nRT
a=27R2T c
2
64 Pc
=27 x (0.082)2 x (132.4)2
64 x 37.18=1.34 , b=
RT c
8 Pc
=0.082 x132.48x 37.18
=0.037
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Nivel
(cm)
Presión del
gas seco
(atm)
Volumen
del gas
real (ml)
Volumen
del gas
ideal (ml)
Nivel de
compresibilidad
(Z)
Desviación con
respecto a la
unidad (%)
0 0.969 24.60 17,56 1.40 40%
+15 0.984 24.30 17,26 1.41 41%
+30 0.998 23.97 16,96 1.41 41%
+45 1.012 23.64 16,66 1.42 42%
-15 0.954 25.08 18,06 1.39 39%
-30 0.940 25.45 18,26 1.39 39%
-45 0.925 25.87 18,56 1.39 39%
7. Haga un gráfico (P vs V), mostrando con una “X” los puntos
experimentales de la curva. Haga un comentario de la gráfica obtenida y
su relación con la Ley de Boyle.
De los datos obtenidos en el experimento de proceso isotérmico:
Nivel (cm) Presión del
gas seco
(Torr)
Volumen del
gas seco (ml)
0 736,46 17,56
+15 747,49 17,26
+30 758,52 16,96
+45 769,56 16,66
-15 725,43 18,06
-30 714,40 18,26
-45 703,36 18,56
La ley de Boyle nos dice que en un proceso isotérmico se cumple lo siguiente:
P×V=cte
Es decir ambas cantidades son inversamente proporcionales.
La gráfica se muestra a continuación:
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La gráfica que se observa se asemeja a una hipérbola, por lo cual se
demuestra la relación inversa que existe entre la presión y el volumen
cumpliéndose así la Ley de Boyle.
8. Haga un gráfico PV vs P y señale la curva para la media.
De los siguientes datos:
Nivel (cm) Volumen del
gas seco (ml)
Producto
P x V
(Torr.ml)
0 17,56 12932.24
+15 17,26 12901.68
+30 16,96 12864.50
+45 16,66 12820.87
-15 18,06 13101.27
-30 18,26 13044.94
-45 18,56 13054.36
P x V prom = 12959.98 Torr.ml
Realizamos la gráfica:
16.5 17 17.5 18 18.5 19660
680
700
720
740
760
780
Gráfica (P vs V)
Volumen (ml)
Pres
ión
(Tor
r)
P x V prom =
12959.98
Torr.ml
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9. Haga un gráfico Z vs P y señale la curva de la idealidad.
Nivel (cm)
Nivel de compresibilidad
(Z)
Presión del gas
seco (atm)
0 1,4 0,96915 1,41 0,98430 1,41 0,99845 1,42 1,012-15 1,39 0,954-30 1,39 0,94-45 1,39 0,925
700 710 720 730 740 750 760 770 7801265012700127501280012850129001295013000130501310013150
PxV vs P
Series2 Series4
P (Torr)
PxV
(Tor
r.ml)
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10. Haga un comentario acerca del comportamiento del gas utilizado para esta
experiencia.
Este gas se comprime al aumentar el nivel del agua y ejerce presión sobre el agua,
cumpliendo con la ley de Boyle donde el volumen es inversamente proporcional a la
presión, a temperatura constante.
3.2. Proceso isócoro
1. Halle las presiones del proceso, considerando que:
Po: Presión inicial de los gases A y B secos.
PA = PB : Presión de los gases secos a T°C
PTah = PT
ah : Presión de los gases A y B húmedos a T°C
VA : Volumen inicial del gas A
VB : Volumen inicial del gas B (volumen del gas balón)
VTA y VT
B : Volumen de los gases A y B a T.
VTB = VB + cambio de volumen del gas A a T°C
PTah = PA + presión de vapor de agua a T°C
PTVah : Presión del gas B húmedo en el balón a T°C
PAT=
PO×V A
V AT
1.385 1.39 1.395 1.4 1.405 1.41 1.415 1.42 1.4250.88
0.9
0.92
0.94
0.96
0.98
1
1.02
Proceso Isotermico
Factor de compresibilidad (Z)
Presión (P)
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PBTV=
PahT (V B+∆V A)
V B
Vaire balón =VB =169 ml
Vaire en bureta = VA = Vleído + Vmuerto
Vmuerto = 9.69 ml
Temperatura (°C) Vleído (ml) VA (ml)
19 9.3 18.99
30 9.1 18.79
40 7.9 17.59
49 7.1 16.79
60 6.1 15.79
Vinicial= VA = 18.99 ml
Tinicial = 19°C
Po = P20°Cbar – P20°C
V = 752.95 Torr – 16.48 Torr = 736.47 Torr
Temperatura (°C) PTV (Torr) PT
A (Torr) PTBH = PT
A + PTVH2O
(Torr)
19 16.48 736.47 752.95
30 31.85 756.57 788.37
41 58.39 773.26 831.65
49 88.14 796.51 884.65
60 149.61 797.93 957.54
2. Elabore un cuadro con los datos y resultados obtenidos durante el
experimento que incluyen las T en °C y las P en Torr.
Temperatura (°C) Presión del gas
seco A (Torr)
P gas seco B
(Torr)
19 736.47 752.95
30 756.57 788.37
41 773.26 831.65
49 796.51 884.65
60 797.93 957.54
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4. CUESTIONARIO
15. Utilizando la ecuación de Van der Waals, calcúlese la presión que ejerce 1
mol de bióxido de carbono a 0°C en un volumen de: a)1L b) 0.5L c) Repítanse los
cálculos a 100°C y 0.05 L.
Ecuación de Van der Waals
nRT=(P+ n2aV 2 )(V−nb) para una mol de dióxido de carbono:
RT=(P+a
V 2 )(V−b) , T=0℃=273K
Para el dióxido de carbono
Temperatura Crítica: T c=30.98℃=303.98K
Presión Crítica: Pc=73.77 ¿̄72.82atm
a=27R2T c
2
64 Pc
=27 x (0.082)2 x (303.98)2
64 x 72.82=3.60 , b=
RT c
8 Pc
=0.082 x303.988 x 72.82
=0.043
a) V = 1L
0.082 x273=(P+3.60
12 )(1−0.043)P+3.6=23.39 → P=19.79 atm
b) V = 0.5L
0.082 x273=(P+3.60
0.052 )(0.05−0.043)P+1440=3198 → P=1758 atm
c) T = 100ºC = 373 K, V = 0.05L
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0.082 x373=(P+3.60
0.052 )(0.05−0.043)P+1440=4369.43 → P=2929.43 atm
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. Conclusiones
* Proceso isotérmico
Cuando se realizó la gráfica P vs T del proceso isotérmico se puso observar como ésta
se asemejaba a una hipérbola, comprobándose así que se cumple la Ley de Boyle en
el gas estudiado, la cual establece que la presión y el volumen varían en forma
inversamente proporcional.
Gracias al experimento realizado se pude concluir que el gas estudiado, en este caso
el aire, tiene un comportamiento ideal pues se encontraba a temperaturas y bajar
presiones.
*Proceso isócoro
Para el proceso isócoro, se observó que conforme se iba calentando el gas contenido
en el balón sumergió en agua, la presión en (cm) aumentaba. De ahí que la presión y
la temperatura son directamente proporcional.
4.2. Recomendaciones
* Proceso isotérmico
Para este experimento se recomienda el uso de una regla metálica de 100 cm
para así evitar que el margen de error sea mayor a 0.1%.
Se recomienda al realizar las mediciones de los volúmenes usar una lupa, para
así tener datos mucho más precisos. De la misma manera, se recomienda
obtener la mayor cantidad de datos posibles (variaciones de alturas) para así
realizar gráficas más exactas.
No olvidar medir el volumen muerto de la bureta, ya que este volumen forma
parte del volumen del gas en estudio.
*Proceso isócoro
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Probar bien el experimento para saber si hay fuga, si no sube el nivel del agua en el
tubo neumático quiere decir que hay fuga y debe ajustar bien el tubo capilar o en otro
caso pedir otro.
5. BIBLIOGRAFIA
http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf
http://encyclopedia.airliquide.com/encyclopedia.asp?
languageid=9&GasID=73&CountryID=19