DINAMICA : CONTRASTACION DE LAS LEYES DE NEWTON

UNMSM ING.GEOLGICA

Laboratorio de Fisicoqumica Gases

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

ING.GEOLGICACurso: Laboratorio de Fisicoqumica

Laboratorio N 02GASESAlumnos:

CAJAHUANCA FIGUEROA, RAL 14160117

TACURI HUAMAN, MIGUEL 14160016LUNA DOROTEO, MARLON 14160122Turno: JUEVES de 8:00 a 11:00Grupo:E-F

NDICEI. RESUMENII. INTRODUCCINIII. PRINCIPIOS TEORICOSIV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAV. CONCLUCIONESVI. RECOMENDACIONES VII. BIBLIOGRAFIA

I. RESUMENEl presente trabajo aborda de manera experimental la teora de Gases reales. El estudio de los gases reales es ciertamente ms complejo que el de los gases ideales. Es as, que la determinacin de sus propiedades, no se puede hacer usando las ecuaciones propias de los gases ideales. Se recurrir entonces a otras relaciones, algunas de las cuales involucran la correccin de sus semejantes ideales.

El objetivo del presente trabajo es estudiar las principales propiedades de los gases reales , analizando para este propsito: la capacidad calorfica y la densidad de los gases.Bajo condiciones tales como: temperatura de 22C, presin de 756 mmHg y 96% de humedad relativa, se realizan los experimentos en mencin.El clculo de la densidad de los gases se hace usando el mtodo de Victor Meyer que permite determinar condiciones importantes en un gas tales como la presin, el volumen, la masa, la temperatura, del gas entre otros. Estableciendo una analoga con las condiciones normales, es posible determinar el volumen de la sustancia, lo cual finalmente nos permite obtener la densidad del gas a condiciones normales, siguiendo la muy conocida relacin entre la densidad, la masa y el volumen.Posteriormente realizamos el clculo de la relacin entre las capacidades calorficas (Cp y Cv) para un gas, que en nuestro experimento es el aire. Para este propsito usamos el mtodo de Clement y Desormes, segn el cual es posible determinar la relacin entre las capacidades calorficas de un gas a partir de ciertas relaciones que involucran presiones.

Los detalles experimentales de estos mtodos son explicados de manera concisa, as como el anlisis de los resultados obtenidos, respecto al margen de error de los experimentos, adems de las conclusiones y las recomendaciones respectivas que permitan la obtencin de mejores resultados asi como la reduccin del porcentaje de error.

II. INTRODUCCINLos gases reales son los que en condiciones ordinarias de temperatura y presin se comportan como gases ideales; pero si la temperatura es muy baja o la presin muy alta, las propiedades de los gases reales se desvan en forma considerable de las de los gases ideales.Para estudiar los gases reales con mayor exactitud, es necesario modificar la ecuacin del gas ideal, tomando en cuenta las fuerzas intermoleculares y los volmenes moleculares finitos.

Es por esto que existen una serie de ecuaciones, llamadas ecuaciones de estado, para predecir el comportamiento de un gas tratado como gas real, entre las ms utilizadas tenemos: la ecuacin de Van Der Walls y la ecuacin de BerthelotIII. PRINCIPIOS TEORICOSCONDENSACIN Y CONDICIONES CRTICAS

The term " critical point " is sometimes used to denote specifically the vapor-liquid critical point of a material. El trmino "punto crtico" a veces se utiliza para denotar especficamente el lquido-vapor de puntos crticos de un material. The vapor-liquid critical point denotes the conditions above which distinct liquid and gas phases do not exist. El lquido-vapor punto crtico indica las condiciones a partir del cual distintos lquidos y de gases de fases no existen.

The vapor-liquid critical point in a pressure-temperature phase diagram is at the high-temperature extreme of the liquid-gas phase boundary. El lquido-vapor de puntos crticos de presin-temperatura diagrama de fase est en la temperatura extrema alta de la fase gaseosa lmite-lquido. The dotted green line gives the anomalous behaviour of water. La lnea verde de puntos da el comportamiento anmalo del agua.

As shown in the pure species phase diagram to the right, this is the point at which the phase boundary between liquid and gas terminates. Como se muestra en el diagrama de fase especies puras a la derecha, este es el punto en que el lmite de fase entre lquido y gas termina. In water, the critical point occurs at around 647 K (374 C or 705 F ) and 22.064 MPa (3200 PSIA or 218 atm ) [ 1 ] . En el agua, el punto crtico se produce en torno a 647 K (374 C o 705 F ) y 22,064 MPa (3200 PSIA o 218 atm ) [1] .

As the critical temperature is approached, the properties of the gas and liquid phases approach one another, resulting in only one phase at the critical point: a homogeneous supercritical fluid . A medida que la temperatura crtica se plantea, las propiedades del gas y el enfoque de fases lquidas entre s, resultando en una sola fase en el punto crtico: una homognea fluido supercrtico . The heat of vaporization is zero at and beyond this critical point, so there is no distinction between the two phases. El calor de vaporizacin es cero en y ms all de este punto crtico, lo que no hay distincin entre las dos fases. Above the critical temperature a liquid cannot be formed by an increase in pressure , but with enough pressure a solid may be formed. Por encima de la temperatura crtica de un lquido no puede ser formado por un aumento en la presin , pero con la suficiente presin un slido puede ser formado. The critical pressure is the vapor pressure at the critical temperature. La presin crtica es la presin de vapor a la temperatura crtica. On the diagram showing the thermodynamic properties for a given substance, the point at which critical temperature and critical pressure meet is called the critical point of the substance. En el diagrama que muestra la termodinmica las propiedades de una determinada sustancia, el punto en que la temperatura crtica y presin crtica cumplir se llama el punto crtico de la sustancia. The critical molar volume is the volume of one mole of material at the critical temperature and pressure. La crtica volumen molar es el volumen de un mol de material a la temperatura crtica y la presin.

Critical properties vary from material to material, just as is the case for the melting point and boiling point . propiedades crticas varan de un material a otro, como es el caso del punto de fusin y punto de ebullicin . Critical properties for many pure substances are readily available in the literature. propiedades crticas para muchas sustancias puras estn fcilmente disponibles en la literatura. Obtaining critical properties for mixtures is somewhat more problematic. La obtencin de propiedades crticas para las mezclas es algo ms problemtica.

[ edit ] Mathematical definitionDefinicin matemtica

For pure substances, there is an inflection point in the critical isotherm on a pV diagram. Para sustancias puras, no hay un punto de inflexin en la crtica isoterma en un diagrama pV. This means that at the critical point: Esto significa que en el punto crtico:

This relation can be used to evaluate two parameters for an equation of state in terms of the critical properties. Esta relacin se puede utilizar para evaluar dos parmetros para una ecuacin de estado en trminos de las propiedades crticas.

Sometimes a set of reduced properties are defined in terms of the critical properties, ie: [ 2 ] A veces, un conjunto de propiedades reducidas se definen en trminos de las propiedades crticas, es decir: [2]

where T r is the reduced temperature, p r is the reduced pressure, V r is the reduced volume, and R is the universal gas constant . donde r T es la temperatura reducida, r p es la presin reducida, r V es el volumen reducido, y R es la constante universal de los gases

Como puede verse en la figura 1(b), el volumen y la presin a la que ocurre el cambio de fase depende de la temperatura, esto es, de la isoterma en la que nos estemos moviendo. Como puede apreciarse en la grfica, conforme aumenta la temperatura la coexistencia lquido-vapor tiene lugar a mayor presin y volumen, y cada vez tiene lugar durante un intervalo de volumen ms pequeo.

Diferencia entre cp y cv (capacidad calorfica a presin constante y a volumen constante)La diferencia entre C P y C V es que C P se aplica si el trabajo se hace para el sistema que provoca un cambio en el volumen (por ejemplo, al mover un pistn para comprimir el contenido de un cilindro), o si el trabajo es realizado por el sistema que cambia su temperatura (por ejemplo, calentando el gas en un cilindro de causar un pistn para moverse). V C se aplica slo si P d V - es decir, el trabajo realizado - es cero. Consider the difference between adding heat to the gas with a locked piston, and adding heat with a piston free to move, so that pressure remains constant. Tenga en cuenta la diferencia entre la adicin de calor al gas con un pistn bloqueado, y la adicin de calor con un pistn libre para moverse, para que la presin permanece constante. In the second case, the gas will both heat and expand, causing the piston to do mechanical work on the atmosphere. En el segundo caso, el gas y ampliar tanto el calor, haciendo que el pistn para hacer el trabajo mecnico en la atmsfera. The heat that is added to the gas goes only partly into heating the gas, while the rest is transformed into the mechanical work performed by the piston. El calor que se aade al gas va slo en parte en calentar el gas, mientras que el resto se transforma en trabajo mecnico realizado por el pistn. In the first, constant-volume case (locked piston) there is no external motion, and thus no mechanical work is done on the atmosphere; C V is used. En el, de volumen constante el primer caso (llave de pistn) no hay ningn movimiento externo, y por ende no se realiza trabajo mecnico en la atmsfera; C V se utiliza. In the second case, additional work is done as the volume changes, so the amount of heat required to raise the gas temperature (the specific heat capacity) is higher for this constant pressure case. En el segundo caso, el trabajo adicional se realiza como los cambios de volumen, por lo que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del gas (la capacidad calorfica especfica) es ms alto para este caso una presin constante.

Relaciones cp y cv en gases ideales

For an ideal gas, the heat capacity is constant with temperature.Para un gas ideal, la capacidad calorfica es constante con la temperatura. Accordingly we can express the enthalpy as H = C P T and the internal energy as U = C V T . En consecuencia, podemos expresar la entalpa como H C P T = y el interior de la energa como U C T = V. Thus, it can also be said that the heat capacity ratio is the ratio between the enthalpy to the internal energy: Por lo tanto, tambin se puede decir que la relacin entre capacidad trmica es la relacin entre la entalpa de la energa interna:

Furthermore, the heat capacities can be expressed in terms of heat capacity ratio ( ) and the gas constant ( R ): Por otra parte, las capacidades calorficas se puede expresar en trminos de capacidad de relacin de calor () y la constante de los gases (R):

It can be rather difficult to find tabulated information for C V , since C P is more commonly tabulated.Puede ser bastante difcil encontrar informacin tabulada para C V, ya que C P es ms comnmente tabulados. The following relation, can be used to determine C V : La siguiente relacin, se puede utilizar para determinar C V:

C V = C P R Cv = C P - R [ edit ] Real gas rRelaciones de cp y cv en gases Reales

As temperature increases, higher energy rotational and vibrational states become accessible to molecular gases, thus increasing the number of degrees of freedom and lowering A medida que aumenta la temperatura, mayor energa y vibracin estados de rotacin se hacen accesibles a los gases moleculares, lo que aumenta el nmero de grados de libertad y la reduccin de . For a real gas, both C P and C V increase with increasing temperature, while continuing to differ from each other by a fixed constant (as above, C P = C V + R ) which reflects the relatively constant P*V difference in work done during expansion, for constant pressure vs. constant volume conditions. Para un gas real, tanto C P y C V aumentan al aumentar la temperatura, sin dejar de se diferencian entre s por una constante fija (como arriba, C P = C + V R), que refleja la relativamente constante P * V diferencia en el trabajo realizado durante la expansin, para una presin constante contra las condiciones de volumen constante. Thus, the ratio of the two values, , decreases with increasing temperature. As, la proporcin de los dos valores, , disminuye al aumentar la temperatura. For more information on mechanisms for storing heat in gases, see the gas section of specific heat capacity . Para obtener ms informacin sobre los mecanismos de almacenamiento de calor de los gases, vea la seccin de gas de capacidad calorfica especfica .IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPRIMERA PARTE:Determinacin del la densidad de gases por el Mtodo de Vctor Meyer.1. Instalar el equipo compuesto por un vaso, una bureta, una pera, tubo de ensayo con desprendimiento lateral (tubo de vaporizacin), estufa tal como se muestra a continuacin. 2. El vaso deber contener agua (aproximadamente 2/3 de su volumen). El agua contenida en la bureta deber igualar sus extremos tanto en la pera como en la bureta. Para ellos se deber abrir la llave de la bureta. 3. Pese en la balanza analtica electrnica la masa de cloroformo que aparece contenido en una ampolla de vidrio. Para este propsito deber pesar primero el frasco con la sustancia en su interior, y posteriormente el frasco sin la sustancia, para obtener por diferencia la masa de cloroformo en cuestin.4. Para evitar errores en los clculos coloque el tapn al tubo de vaporizacin de manera que se produzcan variaciones en los niveles del lquido. Este procedimiento deber repetirse hasta que tal variacin de niveles no sea mayor de 0.2 ml, entonces podremos iniciar el experimento.5. Vierta el cloroformo en el tubo de vaporizacin y coloque inmediatamente el tapn de manera que no permita la fuga de vapor de cloroformo. 6. A medida que decrezca el nivel del agua en la bureta iguale el nivel de la pera (coloque la pera a una altura menor) hasta que el nivel de agua detenga su descenso.7. El cloroformo que ha pasado a estado gaseoso ejerce presin en el lquido, al cual ha desplazado ocupando un cierto volumen. Cierre la llave de la bureta. Luego de 10 minutos aproximadamente, realice una recopilacin de los siguientes datos: temperatura del agua en la pera, y variacin de nivel de agua en la bureta. Ello constituye todo el proceso.SEGUNDA PARTE: Determinacin de la capacidad calorfica (Cp y Cv) por el mtodo de Clement y Desormes.1. Instale el equipo tal como se muestra en la figura.

2. Inicie el experimento suministrando aire al equipo con el inflador. Esto con el objetivo de provocar en el manmetro que contiene agua, una diferencia de nivel de 10 cm. Observe que existe un orificio abierto (O), por esta razn, para evitar la fuga de gas, debe mantenerlo cerrado mientras se ingresa aire al equipo (tpelo con el dedo). 3. Una vez logrado el desnivel requerido, obstruya (presione con los dedos) el tubo (en el punto E, por ejemplo) con el objetivo de no permitir que el aire escape.

Es posible que al suministrar aire al equipo no consiga exactamente la diferencia de niveles que usted desea. En caso que haya logrado menos de lo que usted desea, deber bombear ms aire. En tanto, si ha excedido la diferencia de nivel que usted requera deber ir soltando un poco del aire (soltando el tubo por un pequeo instante) con mucho cuidado hasta lograr el desnivel objetivo.4. Una vez lograda la diferencia de alturas de aproximadamente10 cm. Mida con exactitud de cuanto realmente es la diferencia de alturas. Esta altura inicial la caracterizaremos como h1. 5. El siguiente paso requiere de cierta habilidad para su realizacin. Una vez medido el desnivel inicial, deber retirar el dedo que obstrua el orificio (O) para permitir la salida de aire. Ello ocasionar que el agua en el manmetro se mueva buscando su posicin original. En el instante en el que el extremo superior se cruce con el extremo inferior, debe obstruirse nuevamente el orificio (O). Una vez que el lquido se haya estabilizado, mida la nueva diferencia de alturas, la cual caracterizaremos como h2. Ello constituye todo el proceso.

6. Debe repetir esta experiencia varias veces. Primero con una diferencia de alturas inicial de 10 cm (4 medidas que sern promediadas), posteriormente con diferencias iniciales de 15, 20 y 25 cm.

V.CONCLUSIONESEl mtodo de Meyer para la determinacin de la densidad de gases es efectivo. Para poder determinar la densidad de gas real es necesario considera la ecuacin de los gases reales (similar a la de los gases ideales pero con R corregido). Es preciso determinar el valor de dicho R para lo cual se usa una relacion planteada por Berthelot. Ademas de asumir condiciones normales para facilitar los clculos. Asi mismo debemos usar relacion conocidas como la de la densidad respecto a la masa y el volumen.

Es necesario corregir la presin baromtrica del gas dado que se trata de un gas hmedo.

La aplicacin de las relaciones para gases reales relativas a la capacidad calorfica son correctas, ello fue comprobado experimentalmente.As mismo, hemos comprobado experimentalmente que el mtodo de Desormes y Clement para el clculo de la relacin de capacidades calorficas, aunque no es el ms indicado o preciso, es efectivo para su propsito permitindonos obtener resultado muy cercanos a los reales.

VI.RECOMENDACIONESPara la obtencin de mejores resultados as como la reduccin del porcentaje de error, se hacen las siguientes recomendaciones:

A) Para el experimento de determinacin de densidad de gases Realizar un pesado correcto de la sustancia en anlisis (cloroformo en nuestro experimento)

Nivelar adecuadamente el liquido en la bureta tal como lo indica el proceso, hasta que la diferencia no supere los 0.2 ml

Tener cuidado con la temperatura que puede adquirir el agua del vaso, recordar que la temperatura de ebullicin del agua es mayor que la del cloroformo.

Cuidar que no haya fugas en el tapn del tupo de vaporizacin o al cerrar la llave de la bureta.

Esperar como indica el proceso,10 minutos para realizar la toma de datos ( temperatura de pera y variacin de volumen en la bureta)

Cuidado en los clculos matemticos, cambio de unidades, etc. Los clculos involucran formulas un tanto complejas que pueden provocar errores sistemticos y propagacin de errores. B) Para el experimento de determinacin de capacidades calorficas.

Asegurar que no exista fugas en los conductos, ya que ello provocara una fuga del aire y un error considerable en las mediciones de alturas y por propagacin, en los clculos experimentales.

Se recomienda la participacin de 3 personas para una realizacin ms cmoda de este experimento. Una persona que bombee el aire al sistema, otra que se encargue de obstruir el orificio y la manguera cuando sea necesario, y otra persona que se encargue de medir las diferencias de alturas y tomar los apuntes respectivos.

Precisin en el procedimiento, especficamente en la parte de abrir la salida de aire para la determinacin del h1, dado que este paso requiere de cierta habilidad y reflejos. De obtenerse medidas que difieran mucho de las otras estas debern ser reemplazadas por otras ms exactas. Tambin precisin en la medicin de las diferencias de altura h1 y h2, se recomienda: Esperar que el lquido se estabilice para poder hacer la medicin.

Luego de ingresar aire al sistema presionar con firmeza el conducto a fin de no dejar escapar aire, lo cual inducira a errores en los clculos.

Evitar los errores de clculo. Aunque las formulas que se usan para la determinacin de capacidades calorficas no son muy complejas, no est de ms tener cierto cuidado en los clculos matemticos.VII. BIBLIOGRAFIAMARON Y PRUTTON, "Fundamentos de FISICOQUMICA", Editorial: Noriega Limusa, Mxico, D.F., 1990 Pginas: 237-238,239-243, 245.252-253. HILL Graham, HOLMAN John. Chemistry in context. Estados Unidos, Editorial Nelson thornes. quinta edicion, pag 143

AGUILAR S.A. FisicoQuimica Ediciones(7ma. edicin, Espaa, 1972 Pg. 283 PONS MUZZO: Fisicoqumica Editorial Universo S.A. (2da. Edicin, Lima - Per, 1973) Pg. 24-27,capitulo 2,pag70, capitulo 3.pag.119. BURNS, RALPH A.Fundamentos de Qumica ,2 edicin 1996Editorial Prentice Hall Capitulo 12, Pgs. 343-370.

SHOEMAKER, DAVID P. y GARLAND, CARL W.Experimentos de Fisicoqumica. 1 edicin en espaol - 1968Editorial Hispanoamericano, Pags. 60-852