Aplicación de Procesos Químicos Industriales

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS SOCIALES Y
ADMINISTRATIVAS
PRACTICA 2
APLICACIÓN DE PROCESOS QUIMICOS INDUSTRIALES
Objetivo
Determinar experimentalmente el coeficiente de expansión de los gases.
Introducción
Leyes de Boyle−Mariotte y de Charles y Gay−Lussac
1
La ley de Boyle−Mariotte, descubierta a mediados del siglo XVII, afirma que el volumen de un gas varía
inversamente con la presión si se mantiene constante la temperatura. La ley de Charles y Gay−Lussac,
formulada alrededor de un siglo después, afirma que el volumen de un gas es directamente proporcional a
su temperatura absoluta si la presión se mantiene constante.
Generalidades
Se dice que un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando sus variables presión temperatura y
volumen tienen valores definidos.
Charles y Gay Lussac investigaron la expansión térmica de los gases y encontraron un aumento lineal del
volumen con la temperatura (medida en la escala centígrada del mercurio), a presión constante y cantidad fija
del gas que:
V=a+bt P.m constants
Donde a y b son constantes.
Cuando t= 0°C, se tiene a =Vo, donde Vo es el volumen del gas a 0°C y a presión constante. Luego V=Vo
+bt. Si se define una nueva constante =b/Vo la ley de Charles resulta ser:
V=Vo+ Vot
Si el comportamiento de la temperatura frente al volumen de un gas, cumple con la ley de Charles, se puede
definir la ecuación:
V=Vo(1+ t)
Donde:
Vo: Volumen inicial del gas ,medido a 0°C.
V: Volumen del gas medido a la temperatura.
T: Temperatura en grados centígrados.
=Coeficiente de expansión térmica.
Desarrollo experimental
Material
Soporte con arillo y tela de alambre
Pinza para bureta
Mechero de bunsen
Matraz erlenmeyer de 250ml
Tapón bihoradado para el matraz
2
Tubo de vidrio de 5mm de diámetro
Vaso de precipitados de 1000ml
Vaso de precipitados de 2000ml
Bureta para gases de 100ml
Termómetros de 0 a 150 °C
Probeta de 100ml
Manguera látex de 30cm
Procedimiento
1.− Montar el aparato. El ensamblaje se lleva a cabo de la siguiente manera:
Llenar los dos vasos con agua a 20 °C
Colocar el matraz dentro del baño de agua (vaso de 2000ml)
Introducir la bureta para gases dentro del vaso de 1000ml
Instalar la conexión de vidrio
2.− Anotar el volumen inicial de aire en la bureta para gases. Para ello se eleva la bureta hasta conseguir que
el nivel de agua dentro de la misma sea igual al nivel del agua en el vaso. Esta lectura debe ser
aproximadamente 25 a 30ml.
3.− Calentar el baño de agua y tomar las lecturas del volumen dentro de la bureta (de la manera que se explica
en el punto 2), por cada grado de elevación de la temperatura del gas hasta obtener de 15 a 20 pares de datos.
Tabla de datos experimentales
Se realizaron diecinueve mediciones de donde se obtuvieron los siguientes resultados:
Temperatura
To = 20°C
21°C
22°C
23°C
24°C
24.5°C
25°C
26°C
27°C
28°C
29°C
30°C
Volumen Bureta
Lo = 23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
"V (Lo −Li) Vo' (ml) V = Vo' + "V(ml)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
3
31.5°C
33°C
34°C
35.5°C
37°C
38°C
40°C
41°C
11
10
9
8
7
6
5
4
1
1
1
1
1
1
1
1
349
350
351
352
353
354
355
356
350
351
352
353
354
355
356
357
Para la obtención de los valores requeridos solo se ocuparon ocho mediciones:
Temperatura
To = 20°C
21°C
22°C
23°C
24°C
24.5°C
25°C
26°C
27°C
Volumen Bureta
Lo = 23
22
21
20
19
18
17
16
15
"V (Lo −Li) Vo' (ml) V = Vo' + "V(ml)
1
1
1
1
1
1
1
1
338
339
340
341
342
343
344
345
339
340
341
342
343
344
345
346
Cálculos y resultados
1.− Tabular los datos experimentales de volumen y temperatura, incluir una columna con el volumen total a
las diferentes temperaturas.
Temperatura
To = 20°C
21°C
22°C
23°C
24°C
24.5°C
25°C
26°C
27°C
Volumen Bureta
Lo = 23
22
21
20
19
18
17
16
15
V = Vo' + "V(ml)
339
340
341
342
343
344
345
346
2.− Construir la grafica de volumen contra temperatura
4
3.− Efectuar un ajuste de curva, en caso de ser necesario y determinar la pendiente de la recta.
La formula es V = a + bt con P, m constantes donde a y b son constantes.
V = bt + a
Y = mx + a
m = 1.21.
a = 313.29
4.− Explicar a que corresponde la pendiente de la recta y volumen contra temperatura.
La pendiente de la recta corresponde al cambio de presión que ejerce el gas sobre el líquido, y aumentar la
temperatura el volumen disminuye.
5.− Determinar el valor de .
EXP = 3.57 x 10 −03
6.− Extrapolar la temperatura para cuando el volumen tiende a cero.
7.− Calcular el porcentaje de error entre el valor obtenido y el valor teórico para y para la temperatura del
cero absoluto.
%Error= ((X−Xi)/X)*100= (((3.86 x 10 −03) −(3.57 x 10 −03)) / (3.86 x 10 −03))*100=
%Error= 7.51%
Conclusiones
En esta practica observamos algunas características de los gases, así como pudimos comprobar la ley de
Charles y Gay Lussac quienes encontraron que el volumen aumenta proporcionalmente a la temperatura
ocasionando una expansión del gas, en este caso el aire que se encontraba dentro del dispositivo aumento
desplazando el liquido(agua). También observamos por medio de la grafica que conforme va aumentando la
temperatura el nivel de agua de la bureta disminuye.
Bibliografía
5
−Elementos de fisicoquímica.
Glastone.
−Principios de Química.
P. y A.J. Sonessa.
Microsoft Encarta. 1993−2003
http://perso.wanadoo.es/cpalacio/ConstGases2.htm
http://personal2.iddeo.es/vegalonso/gases.htm
6