Fisicoquímica - Gases.docx

I

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRÁCTICA N°1– GASES

Turno: Miércoles de 2 a 5pm (Laboratorio B). Grupo de trabajo de laboratorio: A. Profesores responsables: Teoría: Francisco Torres Diaz Práctica: Eduardo Montoya Rossi Integrantes:

Lima – Perú 2017

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CONTENIDO RESUMEN ................................................................................................................................ 4 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 5 PRINCIPIOS TEÓRICOS ......................................................................................................... 6 DETALLES EXPERIMENTALES ........................................................................................... 8 Determinación de la densidad de los gases por el Método de Víctor Meyer ............................. 8 Relación de capacidades caloríficas por el Método de Clément y Désormes ............................ 9 TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES ................................ 10 Determinación de la densidad de los gases por el Método de Víctor Meyer ........................... 10 Condiciones experimentales del laboratorio ......................................................................... 10 Datos experimentales ............................................................................................................ 11 Datos teóricos ....................................................................................................................... 11 Datos a condiciones normales .............................................................................................. 11 Tabla de cálculo .................................................................................................................... 11 Tabla de resultados y % de error .......................................................................................... 12 Relación de capacidades caloríficas por el Método de Clément y Desormes .......................... 12 Datos experimentales ............................................................................................................ 12 Datos teóricos ....................................................................................................................... 13 Tabla de resultados y % de error .......................................................................................... 13 EJEMPLOS DE CÁLCULOS ................................................................................................. 13 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................. 15 CONCLUSIONES ................................................................................................................... 17

III RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 17 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................... 18 APÉNDICE .............................................................................................................................. 19 Cuestionario .............................................................................................................................. 19 Anexo 1..................................................................................................................................... 21 Anexo 2..................................................................................................................................... 22 Anexo 3..................................................................................................................................... 22 Anexo 4..................................................................................................................................... 23

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RESUMEN La práctica fue desarrollada en dos etapas. La primera, donde se llevó a cabo el experimento de Clément y Desormes, consistió en el cálculo de γ, la relación de las capacidades caloríficas a presión y volumen constante, para el aire a una presión de 752 mmHg. Esta etapa se hallaron dos medias utilizando el manómetro, una con el aire a una presión superior y otra luego de dejar escapar el gas y tapando rápidamente, pudiendo considerar lo último como un proceso adiabático, este proceso se realizó 4 veces para obtener un valor promedio de γ. En la segunda etapa se llevó a cabo el cálculo de la densidad de un gas por el método de Víctor Meyer. Para esta práctica se seleccionó al cloroformo por su baja temperatura de ebullición (61,2º) lo que facilitaría su manejo durante la práctica. Llevando una cantidad cuidadosamente pesada de cloroformo a estado de vapor y midiendo su volumen, se lograría hallar su densidad, esto haciendo las correcciones para el volumen a CN. Ambos experimentos de la práctica de gases tienen el objetivo de mostrarnos las propiedades más importantes de los gases, densidad y capacidad calorífica, así como los procesos para su correcto cálculo, que, a pesar de la aparente simpleza de lo realizado, posee abundante riqueza teórica y requieren de un correcto entendimiento de las leyes termodinámicas y la cinética para gases.

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INTRODUCCIÓN Era el siglo XVI cuando un alquimista, Johann Baptista van Helmont, aseguraba que existían solo dos elementos primordiales, el aire y el agua. El agua no se podía convertir en aire, solo lo “aparentaba” al ser un vapor pues podía fácilmente regresar a su estado original, mientras que el aire no se podía volver agua. Muchas de las reacciones que llevó a cabo desprendían sustancias parecidas al vapor de agua, pero no se comportaban como aire o agua, a estas nueva clase la denominó gas. Ha pasado más de un siglo y nos ubicamos a finales del siglo XVII, ahora los gases son estudiados en busca de sus propiedades, conocen solo un pequeño grupo de estos, pero fueron suficientes, para la primera década del siglo XVIII se tenía un conocimiento empírico del comportamiento de un gas ante el cambio de su temperatura, volumen y presión. Es en este ambiente donde se desarrollarán los experimentos de Clément y Désormes; y es sobre estas mismas bases, reforzadas por el tiempo, en las que Víctor Meyer sentará los principios de su invento. Desde entonces dos siglos han pasado, pero aunque la complejidad de las medidas creció al veloz ritmo que los instrumentos nos permitían, resulta imposible restar importancia a los experimentos mencionados, que siguen perfeccionándose, asombrando y retando a las nuevas generaciones de científicos. La carrera de genética y biotecnología demanda un conocimiento amplio en los procesos y propiedades de un gas, desde el ámbito industrial en organismos productores hasta la difusión del oxígeno por las tráqueas de un insecto. Y, para dominar la práctica, hay que comprender a cabalidad los procesos que rigen el comportamiento de los gases, caóticos perpetuos.

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PRINCIPIOS TEÓRICOS Se entiende como gas al estado en el que la materia casi no interactúa entre sí por la débil fuerza de atracción, y tienden a ocupar el espacio en el que se confinan debido a su alta energía cinética. Para facilitar el estudio de los gases se crearon modelos reducidos a sus propiedades más básicas, al igual que la mayoría de modelos de la época y algunos actuales. Estos gases conocidos como ideales se rigen por la ley de Gases Ideales. 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇

(1)

Por otro lado, los gases reales si toman en cuenta efectos de compresibilidad, termodinámicos así como las fuerzas de Van der Waals. Estos se estudian con leyes similares, pero que incluyen elementos específicos de cada gas, como la temperatura y presión crítica del mismo. Utilizando estos valores se puede corregir las desviaciones producto de haber simplificado nuestro modelo. Existen muchas ecuaciones capaces de realizar esta tarea, como ejemplo tenemos la de Berthelot, donde la constante R pasa a ser R’. 𝑃𝑉 = 𝑛𝑇𝑅′ 𝑃=

(2)

𝑅𝑇 9𝑃/𝑃𝑐 6 [1 + (1 − )] 𝑉𝑚 128𝑇/𝑇𝑐 (𝑇/𝑇𝑐 )2

(3)

En las ecuaciones: R: Constante de los gases ideales R’: Corrección para la desviación de la idealidad P, V, T: Presión, volumen y temperatura del gas Pc, Tc: Presión y temperatura críticas del l Vm: Volumen molar del gas A. Densidad de los gases: a. Densidad absoluta: Magnitud intensiva que expresa la relación de la masa y el volumen de una sustancia. b. Densidad relativa: Magnitud adimensional, expresa la relación de la densidad de la sustancia con una densidad de referencia. c. La densidad del gas se obtendrá de la relación:

7

𝜌 =

𝑚 𝑃𝑀 = 𝑉 𝑅𝑇

(5)

d. Para llevar a condiciones normales por la ecuación de gases ideales: 𝑃𝑉 𝑃𝐶𝑁 𝑉𝐶𝑁 = 𝑇 𝑇𝐶𝑁

(6)

B. Relación de capacidades caloríficas de los gases: La capacidad calórica de un gas es la cantidad de calor que requiere para elevar su temperatura en un grado. Para gases ideales se puede trabajar con dos capacidades caloríficas, una de presión constante y otra a volumen constante.  CP: Es el calor necesario para elevar la temperatura de un mol del gas en un proceso isobárico.  CV: Es la capacidad calorífica del gas a volumen constante. El cociente de la relación de ambas se conoce como γ, valor que está relacionado a la naturaleza del gas, si este es monoatómico, diatómico o poliatómico. El método de Désormes y Clément, consiste en crear una sobrepresión y se espera a que el gas, con mayor temperatura producto de la compresión, vuelva al equilibrio intercambiando calor con el ambiente, una vez estabilizado el manómetro, se lee la altura h1. Luego se abre una válvula y rápidamente se cierra, esto hará que el gas esté a presión atmosférica, pero este proceso por la corta cantidad de tiempo del cambio se considera adiabático, por lo que se debe volver a esperar que el gas regrese a temperatura ambiente, midiendo h2. Désormes y Clément encontraron los siguientes resultados, que serán incluidos también al final del informe en forma de fotografía del original.  Presión del gas comprimido: 752,69 mmHg  Presión luego de abrir la válvula: 766,5 mmHg  Presión ambiente: 762,89 mmHg

8 Con esto se tienen las alturas.  h1: 13,80 mmHg  h2: 3,61 mmHg Con los que obtendrían el valor de γ como 1,35 bastante cercano al teórico 1,41. En el experimento se cumple: γ=

h1 h1− h2

DETALLES EXPERIMENTALES Determinación de la densidad de los gases por el Método de Víctor Meyer Materiales utilizados:  Vaso precipitado 200mL (Pírex, 50mL, frágil)  Vaso precipitado 600mL (Pírex, 100mL, frágil)  Ampolla (vidrio, muy frágil)  Pinzas (marca desconocida, no frágil)  Mechero de alcohol (muy frágil, inflamable) Reactivo utilizado:  Cloroformo (CHCl3, líquido orgánico volátil) Equipo utilizado:  Equipo de Víctor Meyer para determinar la densidad de vapor del líquido.1 Procedimiento experimental: En esta práctica se usó el equipo de Víctor Meyer que ya se encontraba armado, así que lo primero, que se realizó, fue llenar un vaso precipitado de 600mL con agua hasta aproximadamente los 2/3 de su volumen y se colocó a calentar por 10 minutos, mientras el

1

Ver imagen del equipo usado en anexo 2.

9 agua calentaba se pesó una ampolla de vidrio y luego se la puso a calentar en un mechero de alcohol para que después se la introduzca en un vaso precipitado con cloroformo, se retiró la ampolla y esta contenía una cantidad de cloroformo, se calentó la ampolla con el cloroformo para sellarla y se dejó enfriar. Se esperó un rato y se volvió a pesar la ampolla con el cloroformo para determinar la cantidad de cloroformo que había en esta. Después de los 10 minutos, el agua ya se estaba evaporando por lo que se comenzó a realizar la prueba, se cogió la pera y se la colocó al lado de la bureta para igualar alturas y saber el nivel inicial del agua en la bureta, luego se tuvo que romper la ampolla y se introdujo el cloroformo rápidamente al tubo de vaporación y se le selló con un tapón. A medida que bajaba el nivel de agua en la bureta se la igualaba con la pera y cuando dejó de bajar el agua se cerró rápidamente la llave y se tuvo que esperar 10 minutos para tomar la temperatura del agua en la pera y leer el nuevo nivel del agua en la bureta.

Relación de capacidades caloríficas por el Método de Clément y Désormes Materiales utilizados:  Botellón de agua (marca desconocida, no frágil)  Bomba de vacío (marca desconocida, frágil)  Manguera (marca desconocida, frágil)  Tapón con tres huecos (marca desconocida, no frágil)  Manómetro (marca desconocida, frágil)  Pinza metálica (marca desconocida, no frágil)  Regla 50cm (marca desconocida, 1mm) Equipo utilizado:

10  Equipo para relación de capacidades caloríficas por el método de Clément y Désormes, hecho con los materiales anteriormente mencionados.2 Procedimiento experimental: En esta práctica se usó un equipo para determinar la relación de capacidades caloríficas por el método de Clément y Désormes que ya se encontraba armado, para este experimento se necesitaba de 2 personas, uno tenía que tener su dedo presionando el tubo del centro que estaba en el tapón, mientras que la otra persona tenía que bombear, con el balón que se tenía para hacer pasar el gas, hasta tener un desnivel aproximadamente de 10cm del agua (líquido manométrico) que estaba en el en manómetro, rápidamente se procedía a cerrar el paso del gas por la manguera con la pinza metálica. Se esperó aproximadamente 5 minutos hasta que el agua ya no fluctuaba y con la ayuda de la regla se medía la diferencia de altura en el manómetro. Luego él que tenía presionando el tubo del centro del tapón, sacaba su dedo y cuando veía que el agua en el manómetro se cruzaba, tapaba de nuevo el tubo y se esperaba 5 minutos hasta que el agua dejará de fluctuar y con la ayuda de la regla se medía la nueva diferencia de altura en el manómetro. Después se repitió este mismo procedimiento con desniveles aproximadamente de 15, 20 y 25cm del agua que estaba en el manómetro.

TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Determinación de la densidad de los gases por el Método de Víctor Meyer Condiciones experimentales del laboratorio Tabla 1

Presión (mmHg)

2

Ver imagen del equipo usado en anexo 3.

Temperatura (K)

Humedad Relativa (%)

11 753,2

294

96%

Temperatura del agua en la

Volumen de agua

pera

desplazado

294K

13mL

Datos experimentales Tabla 2

Masa del Cloroformo

0,0726g Datos teóricos Tabla 3

Masa molecular del Cloroformo

119,39g/mol

Temperatura crítica del Cloroformo

536,4K

Presión crítica del Cloroformo

40880,4mmHg

Presión del vapor de agua a 294K

18,663mmHg

Datos a condiciones normales Tabla 4

Presión (mmHg)

Temperatura (K)

Presión del vapor a agua

760

273,15

23,776

Tabla de cálculo Tabla 5

Presión barométrica Pb′ = Pb −

corregida Volumen de aire desplazado a CN

(100 − h)F 100

P′. V P. V = T T

Pb′ = 753,2 −

4 (18,663) 100

752,5(13) 760(V) = 294 273,15

Pb′ = 752,5mmHg

VCN = 11,96mL

12 R,

Corrección para la desviación de la

= 62,36 (1 R, = R (1 +

9Tc. P Tc 2 (1 − 6 ( ) )) 128Pc. T T

9(536,4)(753,2) + (1 128(40880,4)(294)

idealidad −6(

Densidad teórica del ρ(teorica) =

vapor a CN

P. M R, . T

R, = 59,56

L. mmHg mol. K

536,4 2 ) )) 294

ρ(teorica) =

760.119,39 59,56.273,15

ρ(teorica) = 5,58

g L

Densidad experimental del

ρ(exp) =

M VCN

ρ(exp) =

0,0726g 11,96mL

ρ(exp) = 6,07

g L

vapor a CN Tabla de resultados y % de error Tabla 6

Densidad teórica del vapor a

Densidad experimental del

CN

vapor a CN

% de error

5,58

g L

6,07

g L

5,58 − 6,07 x100 = −8,78% 5,58

Relación de capacidades caloríficas por el Método de Clément y Desormes Datos experimentales Tabla 7

H1(cm)

H2(cm)

H1-H2 (cm)

Γ

8,9

2,4

6,5

1,4

12,2

2,3

9,9

1,2

18,9

4,8

14,1

1,3

24,2

3,3

20,9

1,16

13 Datos teóricos Tabla 8

Γ

1,41

Cp

1,005𝐾𝑔.𝐾

Cv

0,718𝐾𝑔.𝐾

𝑘𝐽

𝑘𝐽

Tabla de resultados y % de error Tabla 9

γTeórico

1,41

γ

1,4

1,2

1,3

1,16

%error

0,71%

14,89%

7,80%

17,73%

γPromedio

1,3 0,93

Cp

𝑘𝐽

0,77

Cv

𝐾𝑔.𝐾

%error total

7,80%

EJEMPLOS DE CÁLCULOS  Cálculo de la presión barométrica corregida 𝑃𝑏 , = 𝑃𝑏 − 𝑃𝑏 , = 753,2 𝑚𝑚𝐻𝑔 −

(100 − ℎ) 𝐹 100

(100 − 96) × 18,663𝑚𝑚𝐻𝑔 100

𝑃𝑏 , = 753,2 𝑚𝑚𝐻𝑔 − 0,74652 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑃𝑏 , = 752,5 𝑚𝑚𝐻𝑔

 Cálculo del volumen de aire desplazado a condiciones normales 𝑃𝑏 , . 𝑉 𝑃𝐶𝑁 . 𝑉𝐶𝑁 = 𝑇(𝑝𝑒𝑟𝑎) 𝑇𝐶𝑁

𝑘𝐽

𝐾𝑔.𝐾

14 752,5𝑚𝑚𝐻𝑔(13𝑚𝐿) 760𝑚𝑚𝐻𝑔(𝑉𝐶𝑁 ) = 294𝐾 273,15𝐾 𝑉𝐶𝑁 = 11,96𝑚𝐿

 Cálculo de la densidad teórica del vapor a condiciones normales 𝑅 , = 𝑅 (1 +

9𝑇𝑐. 𝑃 𝑇𝑐 2 (1 − 6 ( ) )) 128𝑃𝑐. 𝑇 𝑇

𝑚𝑚𝐻𝑔. 𝐿 9(536,4𝐾)(753,2𝑚𝑚𝐻𝑔) 536,4𝐾 2 𝑅 = 62,36 (1 + ) )) (1 − 6 ( 𝑚𝑜𝑙. 𝐾 128(40880,4𝑚𝑚𝐻𝑔)(294𝐾) 294𝐾 ,

𝑅 , = 59,56

𝐿. 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑚𝑜𝑙. 𝐾

𝜌(𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎) =

𝜌(𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎) =

𝑃. 𝑀 𝑅,. 𝑇

760𝑚𝑚𝐻𝑔. 119,39 59,56

𝑔 𝑚𝑜𝑙

𝐿. 𝑚𝑚𝐻𝑔 . 213,15𝐾 𝑚𝑜𝑙. 𝐾

𝜌(𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎) = 5,58

𝑔 𝐿

 Cálculo de la densidad experimental del vapor a condiciones normales ρ(exp) = ρ(exp) =

M VCN

0,0726g 11,96mL

ρ(exp) = 6,07

𝑔 𝐿

 Cálculo de 𝛾 experimental 𝛾= 𝛾=

𝐻1 𝐻1 − 𝐻2

8,9𝑐𝑚 8,9𝑐𝑚 − 2,4𝑐𝑚 𝛾=

8,9𝑐𝑚 6,5𝑐𝑚

𝛾 = 1,4

15  Cálculo de 𝛾 promedio 𝛾𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝛾𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =

∑𝑛𝑖=1 1 𝑛Ɣ𝑖

1,4 + 1,2 + 1,3 + 1,16 4

𝛾𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 1,3

 Cálculo de las capacidades caloríficas CP y CV 𝛾𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 . 𝐶𝑣𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝐶𝑝 1,3(0,718

𝑘𝐽 𝑘𝐽 ) = 0,93 𝐾𝑔. 𝐾 𝐾𝑔. 𝐾

𝐶𝑝𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝐶𝑣 𝛾𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑘𝐽 1,005 𝐾𝑔. 𝐾 1,3

= 0,77

𝑘𝐽 𝐾𝑔. 𝐾

 Cálculo del % de error %error =

Vteórico − Vexperimental x100 Vteórico

%error =

1,41 − 1,3 x100 1,41

%error = 7,80

RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la tabla 6 se muestran los resultados del experimento de determinación de densidad de un gas mediante el método de Víctor Meyer. La densidad teórica fue de 5,58g/L, en comparación con el experimental que fue mayor e igual a 6,07g/L. Así mismo, en la tabla 9 se muestran los resultados del experimento de relación de capacidades caloríficas por el método de Clément y Désormes. El CP resulto mayor que el CV, aproximadamente de

16 𝑘𝐽

𝑘𝐽

0,93𝐾𝑔.𝐾 y 0,77𝐾𝑔.𝐾 respectivamente. Además, el error en la primera experiencia fue de 8,78%; en la segunda, de 7,80%. El primer experimento que realizamos fue el que recrearon Clément y Desormes hace dos siglos. Aparentemente resultaba un experimento muy simple de realizar, sin embargo, al momento de realizar los cálculos no obtuvimos la capacidad calorífica teórica del aire. Esto se debió a que en algunas ocasiones no tuvimos cuidado con el sistema, cuestión que pudo haber provocado cambios de temperatura o pérdida de presión del gas, además de la poca precisión al realizar la expansión adiabática. Clément y Desormes fueron muy ingeniosos al relacionar los resultados de una expansión adiabática con los de un calentamiento isocórico del gas. Este informe considera importante mencionar los resultados del experimento de Clément y Desormes (1819): Durante el siglo XIX, Nicolas Clément y Charles Desormes, ambos físicos y químicos franceses, desarrollaron un experimento con el objetivo de medir γ para el aire. Para esto utilizaron un balón de vidrio de 28,40 litros de capacidad, siguiendo un procedimiento similar al que realizamos en el laboratorio, pero más meticuloso. Las condiciones sobre las que trabajaron fueron una temperatura ambiente de 12,5º C y una presión atmosférica de 766,5 mmHg. La presión inicial del balón fue de 752,69 mmHg, luego de la compresión adiabática, fue de 766,50 mmHg y luego de liberar gas fue de 762,89 mmHg. Con estos datos obtuvieron el valor de γ como 1,35. Ahora, observando con detenimiento el experimento resalta el tamaño del balón utilizado, Clément y Desormes usaron un balón de gran capacidad para que el proceso sea lo más parecido a un proceso adiabático, logrando aproximarse bastante al valor teórico de 1,40.

17 Además el aire a pesar de ser en mayor parte diatómico, es una mezcla de gases lo que varía el valor de γ.3 En el experimento de Victor Meyer obtuvimos una precisión no muy deseada, pero esto se debió a que tal vez dejamos escapar el cloroformo al no colocarlo rápidamente en el tubo B.

CONCLUSIONES  Si bien el método de Clément y Desormes para la determinación de la relación de capacidades caloríficas y su respectiva ecuación pueden ser muy simples, teóricamente son riquísimas y esto lo comprobamos al demostrar la ecuación de las capacidades caloríficas.  El experimento de Victor Meyer para hallar la densidad de un gas es muy preciso, siempre y cuando ajustemos bien las variables de estado. En este caso pudimos utilizar dos ecuaciones para corregir la presión barométrica, sin embargo, la elección de una de estas dependía de si el aire en el tubo interno estuviera o no perfectamente seco.

RECOMENDACIONES  En el experimento de determinación de la relación de capacidades caloríficas debemos de tener mucho cuidado con el sistema, teniendo en cuenta que no debemos de destapar la boquilla que separa el sistema con sus alrededores en ningún momento no requerido, por mínimo que este sea, pues podría producirse parte del proceso adiabático antes de tiempo.

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Interpretación del paper de Détermination expérimentale du zéro absolu de la chaleur et du calorique spécifique des gaz. de Désormes y Clément. Ver anexo 1.

18  En el experimento de determinación de la densidad de gases tiene que ser rápido al momento de romper el extremo de la ampolla, pues debe ser colocada en el tubo de vaporización rápidamente; de otro modo, perderá mucho volumen del líquido volátil utilizado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Berthelot, D. (1899). Sur une méthode purement physique pour la détermination des poids moléculaires des gaz et des poids atomiques de leurs éléments. Journal de Physique Théorique et Appliquée, 8(1), 263-274. Desormes, C. B., & Clement, N. (1819). Détermination expérimentale du zéro absolu de la chaleur et du calorique spécifique des gaz. J. Phys, 89, 320-346. Recuperado el 20 de septiembre de 2017 de https://catalog.hathitrust.org/Record/011571124. Chang, R. (2008). Physical chemistry for the chemical and biological sciences. 3rd edition. Mexico: McGraw-Hill. UNAM. (s.f.). Hoja de seguridad VII Cloroformo. Recuperado el 20 de septiembre de 2017 de https://quimica.unam.mx/wp-content/uploads/2016/12/7cloroformo.pdf.

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APÉNDICE Cuestionario 1.- ¿En qué consiste el método de Regnault para la determinación de los pesos moleculares de las sustancias gaseosas? El método de Regnault busca obtener la densidad experimental de un gas para, posteriormente, calcular el peso molecular del gas correspondiente de acuerdo a la ecuación de los gases ideales:

𝑀=

𝜌. 𝑅. 𝑇 𝑃

Este método consta de simples pasos: primero se pesa un matraz de Erlenmeyer; luego lo llenamos con agua para calcular el volumen del matraz (se utiliza agua porque su densidad es conocida) que será el volumen del gas; vaciamos el agua del matraz, lo secamos completamente y lo llenamos de gas; entonces pesamos el matraz con el gas dentro. Una vez conocida la masa y el volumen del gas, podremos hallar su densidad. Como último paso, se realiza el cálculo del peso molecular del gas mediante la ecuación antes mencionada. 2.- Explique las diferencias y semejanzas que existen entre las isotermas de un gas real y la de un gas ideal. Las isotermas de un gas ideal representadas en un diagrama de Clapeyron son hiperbólicas, esto quiere decir que el gas ideal se mantiene en un estado físico constante (estado gaseoso) a pesar de que varíen sus variables de estado (figura 1). A diferencia de los gases ideales, los gases reales presentan isotermas irregulares; esto se debe a que los gases reales cambian de estado de acuerdo a las condiciones del sistema (figura 2). La semejanza particular es que a altas temperaturas, las isotermas de los gases reales adoptan la forma de hipérbolas; esto quiere decir que obedecen la ley de Boyle (1662), en otras palabras, que se comportan como gases ideales.

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Figura 1: Diagrama de Clapeyron. Las líneas continuas representan las isotermas de un gas ideal.

Figura 2: Las líneas continuas representan las isotermas de un gas real. La curva discontinua limita los cambios de fase de la sustancia.

3.-Explique el Principio de Equipartición de la Energía. La idea central del teorema de la equipartición de la energía es que la energía interna molar de un sistema gaseoso se divide de manera igualitaria para cada uno de los tipos de movimiento de una molécula. Estos tipos de movimiento son conocidos también como grados de libertad puesto que el movimiento de rotación es independiente del movimiento de traslación o de vibración. Cabe resaltar que este teorema se cuantifica de manera diferente para sustancias monoatómicas y poliatómicas, pues tienen una cantidad diferente de grados de libertad.

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Anexo 1

Figura 1. Imagen extraída de https://catalog.hathitrust.org/Record/011571124. Página 330 del tomo 89 del Journal de physique.

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Anexo 2

Figura 2. Imagen propia. Montaje experimental del equipo de Víctor Meyer para determinar la densidad de vapor del líquido.

Anexo 3

Figura 3. Imagen extraída de http://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/images/6/69/Ad1.png. Montaje experimental del experimento de Clément y Désormes.

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Anexo 4

Figura 4. Imagen propia. Hoja de datos de la práctica 1 “Gases” del laboratorio de Fisicoquímica.