UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL YFACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y SISTEMASSISTEMAS

INFORME DE FISICO – QUIMICA GASES REALES

ALUMNOS:GALVEZ MARIN PEDRO RPALACIOS LOAYZA JUAN CARLOSPAREDES NUÑEZ ANTONIO

PROFESOR: PARRA OSORIO, HERNAN

2006

ESTUDIO DE LOS GASES IDEALES Y REALES

OBJETIVOS:

Realizar un estudio de gases reales e ideales en dos procesos: isotérmico e isocoro.

Realizar los gráficos para cada proceso y comparar con la ley de Boyle y Gay Lusac.

Comprobar que aire tiene un comportamiento aproximado al ideal, y que por tanto va obedecer la ley de boyle y la ley de gay – Lussac.

FUNDAMENTO TEÓRICO

PROCESO ISOTÉRMICO

Si el sistema puede intercambiar energía con su medio y el proceso se realiza lentamente, de modo que el sistema tenga tiempo de entrar en equilibrio térmico con su medio circundante, el proceso es isotérmico. A presiones moderadas P<=3atm, casi todos los gases pueden considerarse ideales. Así que entre otras propiedades ellos se comportan siguiendo la ecuación:

PV=nRT

Es importante considerar que para poder estudiar las propiedades de un gas es crucial evitar la presencia de vapores (agua) en el mismo, ya que los vapores no siguen la misma ley.Cuando a un gas se le somete a distintos procesos termodinámicos, el mismo sigue trayectorias en un diagrama PV que son características del tipo de proceso al que es sometido.

LEY DE BOYLE

Si fijamos la cantidad de gas y su temperatura, pero modificamos la presión a la que se halla sometido, veremos qué cuanto mayor sea la presión, menor será el volumen que ocupe. El físico inglés Boyle y el francés Mariotte, trabajando independientemente uno de otro descubrieron la relación numérica entre la presión y el volumen de un gas: Si no varía la temperatura a la que se encuentra un gas, el producto del volumen que ocupa por la presión que ejerce es constante.

Matemáticamente, la ley de Boyle-Mariotte puede enunciarse P1xV1=P2xV2, en la que los subíndices 1 indican la presión y volumen inicial y los subíndices 2 la presión y el volumen después.

¿POR QUÉ OCURRE ESTO?

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presión.Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre tiene el mismo valor.Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

(el producto de la presión por el volumen es constante)

I.-PROCESO ISOTERMICO

DIAGRAMA DE OPERACIONES DE EXPERIMENTO

MONTE EL EQUIPOCOMO SE INDICA

VERIFIQUE QUENO HAYA ESCAPE

DE GAS A EN LA BURETA

ENRASE LOS NIVELES DE AGUA DE LA BURETA Y

DELA PERA

MIDA EL VOLUMEN INICIALDEL GAS A, Y LA TEMPERATURA DEL

AGUA DE LA PERAY LA PRESION BAROMETRICA

LUEGO LEVANTE LA PERA DE NIVEL

CUATRO VECES ARRIBA Y ABAJO

Y MIDA PARA CASO LA DIFERENCIA DE ALTURAS Y EL VOLUMEN DEL GAS

A

DATOS

Los datos tomados en el laboratorio fueron los siguientes:

Proceso Isotérmico

Vaire = Vgraduado + Vmuerto ,

Hallando volumen muerto:

V0graduado = 3.5 ml ; h0 graduado =5.5 cmV muerto = X ml ; h0 v muerto =4.5 cm

Para el nivel en 0:

V0graduado = 3.5 ml V muerto = 2.86 ml

V0= 3.5ml + 2.86 ml = 6.36 ml

Para el nivel en +50:

V0graduado = 2.8 ml V muerto = 2.86 ml

V0= 2.8ml + 2.86 ml = 5.66 ml

Para el nivel en +100:

V0graduado = 2.3 ml V muerto = 2.86 ml

V0= 2.3ml + 2.86 ml = 5.16 ml

Para el nivel en -50:

V0graduado = 4.0 ml V muerto = 2.86 ml

V0= 4.0ml + 2.86 ml = 6.86 ml

Para el nivel en -100:

V0graduado = 5.4ml V muerto = 2.86 ml

V0= 5.4ml + 2.86 ml = 8.26

Tagua = 28,5 °C → P a 28,5°C vapor de agua = 28,3 Torr

Tlab = 27,5 °C → Pbar = 753 Torr

V(ml) H(cm)5.16 +1005.66 +506.36 0

6.86 -508.26 -100

Proceso Isócoro

En este experimento se co0nsidera el volumen muerto igual al utilizado en el proceso anterior:

Vaire en el balón = VB = 148 ml

Vaire en la bureta = VTA = VA leído + Vmuerto

VT graduado

T 0C

6.96 316.56 416.16 515.76 615.46 715.26 815.16 91

V aire caliente

T 0C

0 310.4 410.8 511.2 611.5 711.7 811.8 91

CALCULOS Y RESULTADOS

1. Con vierta las presiones manométricas de columna de agua a columna de mercurio (torr).

Tenemos un volumen muerto de la bureta: 2.86 ml

V(ml) H(cm)5.16 +1005.66 +506.36 0

6.86 -508.26 -100

Nivel Presión

+100 73.51 Torr

+50 36.75 Torr

0 0

-50 36.75 Torr

-100 73.51Torr

Cuando H = 0

2. Exprese las presiones en presiones absolutas (torr)

PARA ARRIBA

PARA ABAJO

Dato: Patm: 750.1 mmHg

Hacia arriba

Pabsoluta = 73.51 Torr + 750.1 Torr = 823.61TorrPabsoluta = 36.75 Torr + 750.1 Torr = 786.85Torr

En H=0 Pabsoluta = 0torr + 750.1torr =750.1torr

P absoluta = P manométrica +P barométrica

La relación de unidades: 750.061Torr = 100KPa = 750.061 mmHg

P absoluta = P barométrica - P manométrica

Hacia Abajo

Pabsoluta = 750.1Torr - 36.75 Torr = 713.35TorrPabsoluta = 750.1Torr - 73.51 Torr = 676.59Torr

3. Exprese las presiones del gas seco (Torr), calculada restando de la anterior presión de vapor de agua. Indicar la fuente de información.

Donde: PVH2O (21.1) cº = 18.639 TorrFuente: TERMODINAMICA, Michael M.Abbott, segunda edición, Apéndice D

Hacia arriba

PGS = 823.61Torr -18.639Torr= 804.971 TorrPGS = 786.85Torr -18.639Torr= 768.211 Torr

En H=0 PGS = 750.1torr – 18.639Torr=731.461torr

Hacia abajo

PGS= 713.35Torr - 18.639Torr=694.711 TorrPGS= 676.59Torr - 18.639Torr=657.951 Torr

4. Exprese el volumen del gas seco (ml) que es igual a la del gas húmedo.

Hacia arriba

VGS1 = 5.16mlVGS2 = 5.66ml

Cuando H = 0 V5 = 6.36 ml

Hacia abajo

VGS3 =6.86 mlVGS4 =8.26 ml

PGAS SECO = PTOTAL – PV (21.1) cº

Volumen gas seco = Volumen de gas húmedo

5. Calcule los valores del producto PV para el gas seco (ml Torr) y desviaciones porcentuales respecto a la media.

La desviación porcentual respecto a la media la calculamos a partir:

PV(Prom.)= 4670.836 ml.torr

H(cm) PV(Torr.ml) DESVIACION

100 4153.65 11.0725503

50 4348.07 6.9101209

0 4652.08 0.40142758

-50 4765.71 -2.03133062

100 5434.67 -16.3534104

6.-Calcule el valor de z para cada caso y las desviaciones con respecto a la unidad.

Para el cálculo de Z se necesita conocer el número de moles del gas A (aire):Densidad del aire = 0.0013 g / cm3Masa molar del aire =28.9 g / molVo = 6.36 ml = 6.36 cm3W aire = 0.0013 g / cm3 x 6.36 cm3 = 0.00827g.No moles = W aire / M molar = 0.00028608 mol-gr

Usando el factor de compresibilidad definido como:

V(ml) P(torr) PV(ltxtorr) ZDesviació

n5.16 804.971 4.15365 0.7820564 27.87%5.66 768.211 4.34807 0.8186622 22.15%6.36 731.461 4.65208 0.8759017 14.17%6.86 694.711 4.76571 0.8972961 11.45%8.26 657.951 5.43467 1.0232491 -2.27%

Donde:

7.-Haga un grafico (p vs. v), mostrando como una x los puntos experimentales de la curva, haga un comentario de la grafica obtenida y su relación con la ley de boyle.

De los datos:V(ml) P(torr)5.16 804.9715.66 768.2116.36 731.4616.86 694.7118.26 657.951

La ley de boyle menciona que en un proceso isotérmico e isomasico se debe cumplir que la presión y el volumen varían en forma inversa, es decir:

En nuestro caso vemos que la grafica P vs. V se aproxima a una hipérbola equilátera convexa al origen, por lo que se puede concluir que el gas en mención es decir el aire presenta aproximadamente un comportamiento ideal cumpliendo con pequeño margen de error la ley de boyle.

La grafica se muestra a continuación:

Presion vs Volumen

600

650

700

750

800

850

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5

V (ml)

P (

torr

)

8.-Haga un grafico PV VS. P y señale la curva para la media.

Usamos los siguientes datos hallados:

P(torr) PV(ltxtorr)804.971 4.15365768.211 4.34807731.461 4.65208694.711 4.76571657.951 5.43467

La grafica PV vs. P se muestra a continuación:

PV vs P

0

1

2

3

4

5

6

600 650 700 750 800 850 900

P (torr)

PV

(lt

xto

rr)

9.-Haga un grafico Z VS. P y señale la curva de la identidad.

De los datos:

P(torr) Z804.971 0.7820564768.211 0.8186622731.461 0.8759017694.711 0.8972961657.951 1.0232491

La grafica Z vs. P se muestra a continuación:

CURVA DE LA IDEALIDAD Z =1

Presenta desviación negativa respecto al

ideal

GRAFICA Z vs P

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

600 650 700 750 800 850 900

P (torr)

N Z

10.-Haga un comentario acerca del comportamiento del gas utilizado para este experiencia.

El aire de la atmósfera o el gas que se uso, según lo verifica los datos experimentales tiene un comportamiento aproximado a los gases ideales, por ende cumple con pequeño margen de error la ley de boyle es decir mantiene constante el producto PV en un proceso isotérmico e isomasico.

La presión del gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa .Se puede considerar al aire como un gas casi ideal ya que el Z para todos los casos se aproxima a 1.

II.-PROCESO ISOCORO

DIAGRAMA DE OPERACIONES DE EXPERIMENTO

CALCULOS Y RESULTADOS

Armar el equipo2

Agitar el agua del vaso hasta que la temperatura del gas B dentro del balón permanezca constante.

4

Secar el balón1

Agregar agua a la pera de nivel hasta el cuello3

agua

1 Ajustar bien los tapones

2Agregar agua potable en el vaso, procurando que el balón quede sumergido hasta la altura del tapón

3 Ajustar los niveles de agua de la bureta con el de la pera de nivel

1 Registrar el volumen del gas A con un error menor de 0.1 mL, la temperatura del gas B y la presión barométrica

Colocar verticalmente una plancha aislante entre le mechero y la pera de nivel

5

Calentar el agua del vaso hasta que la temperatura del gas B se haya incrementado unos 10 ºC

6

Retirar el mechero y agitar el agua del vaso, hasta que la temperatura del gas B se estabilice.

7

Bajar la bureta de gases para enrasar los niveles de agua contenida en él, con la pera de nivel

8

Repetir cada 10 ºC aprox. Hasta que el agua del vaso llegue a su temperatura de ebullición

4 Medir el volumen muerto de la bureta de gases

5 Medir el volumen del gas B, considerando el termómetro dentro de el

1.- Halle las presiones del proceso

PAT= Presión Del gas seco A a T°C = PoVa/VaT

PvT= Presión de vapor de agua a T en °C (Tabla)PBhT=Presión de gas húmedo a T en °C= PAT + PvT

PBT= Presión Del gas seco B a T°C = PBhT (VB+ΔVa)/ VB

Temperatura Inicial del Gas B= 31ºC

Po: Presión inicial de los gases A y B secos = 750.1 torrPA=PB : Presión de los gases secosVa= Volumen inicial del gas A= 6.96 mlVm=Volumen Muerto =2.86mlVA= Volumen inicial total de A =9.82mlVB= Volumen inicial del gas B (Balón)= 137ml

VB VA Po137 20.83 750.10

Temp. Dif. De Volumen Volumen Presión delPresión

de Presión Presión gas B

gas B Volumengas

A(ml) Total gas A secoVapor de

agua gas A Húmedo

(ºC)    (Va+Vmuert

o) (Torr) (Torr)Húmedo

(Torr) (Torr)

31 0 6.96 9.82 750.1 33.6 783.7 783.70

41 0.4 6.56 9.42 795.8378 58.27 854.1078 818.63

51 0.8 6.16 9.02 847.51558 97.2 944.71558 926.74

61 1.2 5.76 8.62 906.37083 156.46 1062.8308 1014.20

71 1.5 5.46 8.32 956.17143 243.99 1200.1614 1246.81

81 1.7 5.26 8.12 992.52776 369.85 1362.3778 1360.10

91 1.8 5.16 8.02 1011.7628 546.11 1557.8728 1644.79

2.-Elabore un cuadro con los datos y resultados obtenidos durante el experimento que incluyan las t en °C y las P en torr.

Datos Recopilados ResultadosTemperatura (Tb) Volumen (VA) mL Presiones (Torr)Celsius

ºC kelvin ºK Vol. Medido Vol.Muerto Vol. Total Pa secoPa

Húmedo

31 304 6.96 2.86 20.83 750.1 783.7

41 314 6.56 2.86 20.33 795.8378 0

51 324 6.16 2.86 19.53847.5155

8 818.625

61 334 5.76 2.86 19.18906.3708

3 926.741

71 344 5.46 2.86 18.83956.1714

3 1014.198

81 354 5.26 2.86 18.43992.5277

6 1362.377891 364 5.16 2.86 18.28 1011.762 1360.096

8

5.-Aplique algún método para corregir la grafica obtenida.

El método para corregirá la grafica obtenida es el de los mínimos cuadrados, porque teóricamente la grafica obtenida es de una recta y puesto que permite una rápida obtención de la tendencia.

X=TB Y=PB    

(ºC) (mmHg) X*Y X^2=T^2

31 783.7 24294.7 961

41 818.63 33563.83 1681

51 926.74 47263.74 2601

61 1014.2 61866.2 3721

71 1246.81 88523.51 5041

81 1360.1 110168.1 6561

91 1644.79149675.8

9 8281427 7794.97 515356 28847

La ecuación será: Y= ao + a1X

5ao + 427 a1= 7794.97427ao + 28847 a1 = 515356

resolver:ao = 100.328a1= 19.73

6.- Calcular el numero de moles del gas A en cada etapa y la desviación estándar respecto del valor medio.

Temp. Volumen Presión del    

gas B Total gas A seco n (n - np)^2

(ºC)(Va+Vmuert

o) (Torr)(Nº de moles)  

31 9.82 750.1 0.0003883 2.10E-10

41 9.42795.837804

9 0.0003826 7.77E-11

51 9.02847.515584

4 0.0003781 1.86E-11

61 8.62906.370833

3 0.0003749 1.15E-12

71 8.32956.171428

6 0.0003706 1.02E-11

81 8.12992.527756

7 0.0003648 8.02E-11

91 8.021011.76279

1 0.0003572 2.74E-10

RECOMENDACIONES

Asegurarse de repetir el proceso por lo menos dos veces para disminuir el error que se pueda cometer al medir.

En el Proceso Isócoro verificar que el mechero esté lo suficientemente alejado de la Pipeta para que el calor no afecte el volumen del Gas A.

Asegurarse que los tapones sellen herméticamente los gases para evitar el escape de estos.

Tener en cuenta que al medir las diferencias de altura, tener cuidado en que las posiciones sean totalmente verticales para evitar errores.

CONCLUSIONES

Según la grafica P vs. V para el gas A concluimos que el gas en mención (aire) presenta un comportamiento aproximado al ideal, por lo tanto cumple en forma cercana la ley de bolye que establece que la Presión y el Volumen varían en forma inversamente proporcional .

El Aire (gas en tratamiento) a bajas temperaturas y presiones se comporta como un gas ideal, es decir su valor de Z tiende a 1.

Se comprueba también que el gas es licuable a temperatura ambiente ya que para cualquier caso Taire < Tc.

La ecuación de Van Der Walls tiene un mínimo porcentaje de error, el cual se agrega al error cometido por nosotros al momento de tomar las medidas, sin embargo este error es mínimo en comparación a los datos reales.

A temperatura ambiente el aire es un gas húmedo, es decir se mezcla con vapor de agua.

La Temperatura de Boyle es aproximadamente 444,04 ºK es mayor que la temperatura medida para todos los casos, esto nos dice que el gas presenta desviación negativa con respecto el ideal, lo cual se observa en la gráfica Z vs. P.

En el experimento de Proceso Isócoro Se observa como la presión variará directamente proporcional al cambio de temperatura .

La ecuación de estado para un gas ideal, prescinde de la variable “z” ya que esta para un gas ideal, vale uno. Y para un gas real, ya que esta variable tiene que ser diferente de uno, así que la formula queda de esta forma: p.V = z.n.R.T.