República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada
Extensión Punto Fijo – Núcleo Falcón
Asignatura: Laboratorio de Fisicoquímica
Profesora: Ing. Omaira Mora
PRACTICA Nº 1:DETERMINACIÓN DE LA RAZÓN DE LA
CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN GAS A PRESIÓN Y VOLUMEN CONSTANTE
Integrantes:
Antequera Robertiz, Jorge Luis – C.I: 21.114.314
Bracho Reyes, Abigail Elisa – C.I: 22.607.441
Gómez Flores, Leomar Alexander – C.I: 21.157.247
Parada Antequera, Keylly Stepfany – C.I: 20.795.917
Ramírez Mora, Daniel Eduardo - C.I: 22.606.669
Reyes Díaz, María Alejandra – C.I: 21.157.492
V Semestre – Ingeniería Petroquímica – Sección B
Unefa – Abril de 2012
INSTRUMENTO DE EVALUACIÓN
NºCRITERIOS DE EVALUACIÓN
(5 PUNTOS)VALORTOTAL
EXC. M.B BIEN REG. DEF.NO SE OBSER
VATOTAL
1 PRESENTACIÓN 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
2 PORTADA 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
3 RESUMEN 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
4 INTRODUCCIÓN 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
5PARTE EXPERIMENTAL (DIAGRAMA
DE FLUJO DEL EQUIPO)0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
6
PROCESAMIENTO DE DATOS, RESULTADOS TEÓRICOS Y
EXPERIMENTALES, ECUACIONES Y CÁLCULOS.
1.25 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0
7 DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1.00 1.00 0.8 0.6 0.4 0.2 0
8CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES1.00 1.00 0.8 0.6 0.4 0.2 0
9 BIBLIOGRAFÍA 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
10 ANEXOS 0.25 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0
Observaciones: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
APELLIDO, NOMBRE C.I FIRMA
1. Antequera, Jorge 21.114.3142. Bracho, Abigail 22.607.4413. Gómez, Leomar 21.157.2474. Parada, Keylly 20.795.9175. Ramírez, Daniel 22.606.6696. Reyes, María 21.157.492
Fecha: _______________________ Docente: _____________________
RESUMEN
La capacidad calorífica es útil para mediar y comparar el calor absorbido por
una sustancia, o bien, un sistema si se considera el aspecto macroscópico,
con el incremento de temperatura resultante. En este sentido, se puede
determinar que mientras mayor sea la temperatura, menor será la capacidad
calorífica de un cuerpo. Entre los objetivos esenciales de la practica, se
busca determinar el valor del índice adiabático (Relación Cp/Cv) de un gas;
en todo el proceso experimental, el método aplicado para el manejo de las
experiencias es el Método de Clement-Desormes, con el cual se determino el
índice adiabático del oxigeno (O2). De este modo, se establece la
comparación de la relación experimental con las teóricas basadas en las
concepciones del Principio de Equipartición (Distribución de energía en un
sistema de moléculas), prediciendo así los valores de capacidad calorífica a
presión y a volumen constante, respectivamente. El método experimental
aplicado conduce a la identificación de variables que permiten determinar
bajo que condiciones se determina el calor específico del O2. En este sentido,
el proceso de expansión adiabática del O2 se lleva a cabo abriendo la válvula
de la bombona a 25 atm (25 atmosferas), cerrando la válvula B después de 5
minutos e inmediatamente después con la válvula A y con ayuda de la
válvula C se ajusta paulatinamente la presión del manómetro. La relación
teoría de los calores específicos deja una pauta de 1,40, mientras que las
proporciones experimentales, en condiciones normalizadas mininamente
desviadas, arrojan como índice adiabático ɣ = 1,3189, considerándose una
desviación casi despreciable haciendo referencia ideal al índice definido
mediante el Principio de Equipartición. La temperatura de la superficie del
garrafón de 18 L, el cual se encontraba completamente frío debido a la
variación molecular del gas oxigeno utilizado para el procedimiento
experimental. La capacidad calorífica es mayor cuando se realiza a presión
constante que cuando se realiza a volumen constante.
INTRODUCCIÓN
Los gases presentan un comportamiento dinámico bastante violento, debido
a que sus moléculas no tienen atracción entre sí, de modo que son capaces
de distribuirse por todo el espacio en cual están contenidos.
La capacidad calorífica a presión o a volumen constante, es una propiedad
que cambia considerablemente con la temperatura y aumentando hasta el
primer cambio de fase. Para los gases, la capacidad calorífica es función de
la presión y temperatura. Sin embargo en muchos casos es posible
despreciar la dependencia de la presión, quedando en función de la
temperatura únicamente.
Al determinar la capacidad calorífica del gas en estudio (Oxigeno Gaseoso
02), la expansión del gas sin intercambio de energía involucra la utilización
del Método de Clement – Desormes, el cual consiste en la expansión
adiabática del Oxigeno utilizado, interpretando el resultado obtenido en
relación de la contribución al calor, especifico por grados de libertad
molecular. Esencialmente este método consiste en bombear el gas dentro de
un recipiente de gran volumen hasta que su presión sea ligeramente mayor
que la atmosférica, esto se lleva a cabo permitiendo que el gas alcance el
equilibrio térmico con su entorno. Cuando se ha alcanzado este estado de
equilibrio, se deja que parte del gas abandone libremente el recipiente hasta
que la presión dentro del recipiente se iguale a la presión atmosférica. Tal
expansión puede ser considerada aproximadamente adiabática, y puesto que
el gas hace trabajo empujando la atmósfera al salir del recipiente, su
temperatura disminuye. Luego de ocurrida esta expansión, se tapa
rápidamente el orificio de salida del gas impidiendo que siga ocurriendo el
intercambio gaseoso con el medio. En este estado se vuelve a dejar que el
gas alcance el equilibrio térmico con el entorno. Este último proceso tiene
lugar a volumen constante por lo cual se considera como isocórico. La
determinación de un valor, se realiza a través de las mediciones de la
presión del gas antes de la expansión adiabática y luego de alcanzado el
equilibrio térmico por segunda vez.
Es bueno saber que cuando un gas se encuentra a volumen constante, su
volumen se mantiene constante mientras que la temperatura se está
elevando, dando origen al aumento de presión del gas. Lo mismo ocurre para
la presión si se mantiene constante, se eleva la temperatura dando como
resultado que aumente el volumen del gas. La relación de ambos factores
depende si el gas es mono, di o poli atómico y puede ser determinada
experimentalmente mediante el método de Clement–Desormes.
La practica desarrollada maneja el Método de Clement-Desormes para la
determinación del índice adiabático, pues considera tanto la presión
atmosférica y la temperatura, que puede considerarse como condiciones
normalizadas, y toma presiones manométricas inicial y final que van a
establecer la definición adecuada para determinar el índice con la expresión
final de relación calorimétrica. El proceso realizado no toma ni intercambia
calor del medio exterior, y la variación del índice teórico con el experimental
demuestra, fundamentalmente, la discrepancia mínima de la capacidad
calorífica considerando notablemente la influencia de la temperatura.
El índice adiabático del gas da la referencia participe frente a la asociación
de las capacidades caloríficas de la presión y el volumen considerados a
modo isobárico e isocórico, respectivamente, lo que es comparado
notablemente con las prescripciones teóricas del proceso, demostrando así
el seguimiento o la concordancia de las razones experimentales con las
relaciones teóricas. El método utilizado en todo el proceso es el de Clement-
Desormes y los cálculos pertinentes mediante la toma de presiones
manométricas a las condiciones normalizadas en las que se encuentra el
laboratorio se presentan a continuación.
PARTE EXPERIMENTAL (DIAGRAMA DE FLUJO)
INICIO
MEDIR PRESIÓN Y TEMPERATURA DEL LABORATORIO (CONDICIONES NORMALIZADAS – USANDO BARÓMETRO)
ABRIR LA VÁLVULA A Y B SIMULTANEAMENTE(MANTENIENDO VÁLVULA C CERRADA)
ESPERAR POR 5 MINUTOS
DISMINUIR LA PRESION EN LA VÁLVULA A(CERRANDO PARCIALMENTE)
FIN
ABRIR VÁLVULA C, CERRANDO POSTERIORMENTE LA VÁLVULA B
TOMAR NOTA
CERRAR SEGUIDAMENTE LA VÁLVULA A(CASI SIMULTANEAMENTE CON LA VÁLVULA B)
AJUSTAR LA LECTURA DEL MANÓMETRO A 14 UNIDADES
TOMAR NOTA DE LA PRESIÓN DEFINIDA
ALZAR EL TAPÓN A UNA ALTURA MINIMA PARA REALIZAR LA EXPANSION DEL GAS Y CERRAR INMEDIATAMENTE AJUSTANDO EL TAPÓN EN EL MENOR TIEMPO POSIBLE
MEDIR NUEVAMENTE LA PRESIÓN HASTA ALCANZAR EL EQUILIBRIO
REALIZAR CALCULOS
PROCESAMIENTO DE DATOS, RESULTADOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES, ECUACIONES Y CÁLCULOS
ESTRUCTURA PROCEDIMENTAL
En un garrafón de 18 L, se introdujo la manguera de la válvula A con salida
de O2 hasta el fondo del recipiente, sostenida del tapón trihoradado. Se
verificó la temperatura y presión atmosférica a la cual se encontraba el
laboratorio. Posteriormente procedimos a abrir la válvula de la bombona de
oxigeno hasta alcanzar una presión de 25 atmosferas, verificando que la
válvula C estuviera completamente cerrada por un lapso de 5 minutos
aproximadamente.
Luego del tiempo transcurrido de espera, se fue cerrando parcialmente la
válvula de la bombona de O2 (Válvula A), abriendo pausadamente la válvula
C (Purga), seguido del cierre total de la Válvula B. continuando con el
experimento, se cerro completamente la válvula A y la válvula C. Se observó
en el manómetro la presión a la cual estaba contenido el oxigeno dentro del
garrafón.
Finalizando la experiencia, se alzó lentamente el tapón trihoradado a una
altura mínima, de 5 cm aproximadamente, en un tiempo muy corto, tapando
nuevamente el garrafón. Durante el procedimiento se registró la nueva
presión del oxigeno, asumiendo que el gas contenido en el recipiente se ha
expandido a través de la purga. En este sentido, se establece la diferencia de
presiones definidas durante el proceso.
RESULTADOS TEÓRICOS
Como datos teóricos, en la Tabla 1 se representan diversos calores
específicos de gases a 15 ºC, en cal/gr ºC.
CALORES ESPECÍFICOS DE GASES A 15 ºC, EN cal/gr ºC
GAS Cv Cp
HELIO 0,75 1,25
ARGÓN 0,075 0,125
OXÍGENO 0,155 0,218
NITRÓGENO 0,177 0,248
BIÓXIDO DE CARBONO 0,153 0,199
AGUA (A 200 ºC) 0,359 0,471
TABLA 1: FUENTE ARCHIVO DE POWER POINT WEB
Tomando Cv y Cp del Oxigeno: Cv = 0,155Cp = 0,218La razón de calores específicos o Índice Adiabático es el siguiente:
CpCv
=0,2180,155
CpCv
=1,4065
En la siguiente tabla se muestra el coeficiente de dilatación adiabática o
índice adiabático (ɣ) para diferentes temperaturas tomando en cuenta el
Oxigeno diatómico (Oxigeno Gaseoso O2):
TEMPERATURA GAS ɣ
-181 ºC
O2
1,45
-76 ºC 1,415
25 ºC 1,40
100 ºC 1,399
200 ºC 1,397
400 ºC 1,394
TABLA 2: FUENTE WIKIPEDIA.ORG
El intervalo de temperatura del laboratorio de Fisicoquímica oscilaba entre
los 24 ºC y los 25 ºC, aproximadamente. En este sentido, el ɣ que se
considera teórico a 20 º C: ɣ = 1,40.
Estableciendo la relación con los grados de libertad, la razón de capacidades
caloríficas (ɣ) para un gas ideal puede estar relacionado con los grados de
libertad molecular por lo siguiente:
γ= f+2f
El O2 es un gas diatómico (formado por dos átomos iguales), teóricamente
posee cinco grados de libertad (tres traslacionales y dos rotacionales, el
grado vibracional no se tiene en cuenta si no es a altas temperaturas), en
todo ello resultando un valor de:
γ=5+25
=75=1,4
Esto es consistente, teóricamente, con las medidas del índice adiabático del
02 a 25 ºC en la tabla anterior.
Se sabe que el oxígeno es un gas diatómico, por lo que la energía total
puede encontrarse en forma de energía cinética de traslación y también en
forma de energía cinética de rotación, esto hace que los gases diatómicos
puedan almacenar más energía a una temperatura dada.
ECUACIONES, CÁLCULOS Y PROCESAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES
PBAR = 76,4 cmHgTLAB = 24,0 ºC76,4cmHg x
10mmHg1cmHg
=764mmHg
CONDICIONES DEL LABORATORIO (TOMADAS CON EL BARÓMETRO)
Tomando las presiones determinadas en el Manómetro después de la
expansión del Gas: P1MAN = 29,3 cmH2OP2 MAN = 7cmH2OLa diferencia de presiones en el Manómetro es:
29,3cmH 2O−7cmH 2O=22,3cmH 2O
Transformando las unidades de presión:
P1MAN = 29,3cmH 2O x 1mH 2O100cmH 2O
=0,293H 2O
P2MAN = 7cmH 2O x 1mH 2O100cmH 2O
=0,07mH 2O
Transformando unidades aplicando las condiciones reciprocas:a. 10,33 mH2O -------------- 1 atmb. 1 atm ----------------------- 760 mmHgEntonces:
1. De mH 2 O a Atm: Para P 1MAN (Presion 1 del Manómetro): 10,33 mH2O ----------- 1 atm0,293 mH2O ----------- X
X=0,293mH 2O x1atm10,33mH 2O
=0,028 Atm
Para P 3MAN (Presión 3 del Manómetro):
10,33 mH2O ----------- 1 atm0,07 mH2O --------------XX=0,07mH 2Ox 1atm
10,33mH 2O=0,0067 Atm
2. De Atm a mmHg: Para P 1MAN (Presion 1 del Manómetro):
1 atm ------------------ 760 mmHg0,028 atm ------------ XX=0,028atmx 760mmHg
1atm=21,28mmHg
Para P3MAN (Presión 3 del Manómetro):
1 atm ------------------ 760 mmHg0,0067 atm ----------- XX=0,0067atm x760mmHg
1atm=5,092mmHg
Ahora bien:
P1MAN = 21,28 mmHgP2MAN = 5,092 mmHgA través de datos tabulados, se toman los valores correspondientes en la
intersección de P2BAR = 764 mmHg a 24 ºC. Como no se pueden ubicar de forma
directa, se toman valores por encima y por debajo para proceder a interpolar,
entonces:
PBAR(mmHg) DATOS TABULADOS
760 2,97
764 X
770 3,01
764−760770−760
= X−2,973,01−2,97
X=2,986
Se hace sustraendo este factor en la diferencia de P2BAR para determinar así
P2, teniendo:P2 = P2BAR – 2,986 = 764 – 2,986 = 761,014 mmHgSe le suma P2 a las presiones manométricas P1 y P3, determinando así P1 Y
P3 absolutas, entonces:P1 = P1MAN + P2 = (21,28 + 761,014)mmHg = 782,294 mmHgP3 = P3MAN + P2 = (5,092 + 761, 014) mmHg = 766, 106 mmHgTeniendo estos valores ya como presiones absolutas:
P1 = 782,294 mmHg PRESIÓN DEL GAS ANTES DE SALIR DEL RECIPIENTE
P2 = 761,014 mmHg (PRESIÓN DEL GAS EN EL INSTANTE EN QUE EL GARRAFÓN SE ENCUENTRA ABIERTO) – PRESIÓN ATMOSFÉRICA.P3 = 766, 106 mmHg PRESIÓN DEL GAS LUEGO DE QUE EL EQUILIBRIO SE ESTABLECE
Se calcula la relación Cp/Cv utilizando la ecuación:
CpCv
=logP1−logP2log p1−log P3
=log (782,294 )−log(761,014)log (782,294 )−log(766,106)
=1,3189
CpCv
=γ=1,3189
VALOR DEL ÍNDICE ADIABÁTICO OBTENIDO MEDIANTE LA APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CLEMENT-DESORMES
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
La capacidad calorífica molar de una sustancia a volumen constante, Cv, es
la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de
la sustancia 1ºC a volumen constante y a una temperatura dada. En este
caso el gas estudiado fue el oxigeno, un gas diatómico, donde la capacidad
calorífica requiere energía calorífica para suministrar a las moléculas
movimiento de rotación y movimiento de vibración, estas moléculas están en
constantes choques, dentro del recipiente, donde no existe atracción entre
ellas. En la práctica desarrollada con gas oxígeno, se observo la diferencia
de presiones durante el tiempo propuesto para que el gas se mantuviera
cerrado dentro del garrafón, al liberar el gas y volver a sellar el garrafón. El
recipiente tomo una temperatura baja en la totalidad de su superficie. Debido
a la liberación de energía molecular que se dio al liberar el gas, luego de
ocurrir la expansión. En un gas diatómico la energía total puede encontrarse
en forma de energía cinética de traslación y también en forma de energía
cinética de rotación, eso hace que los gases diatómicos puedan almacenar
más energía a una temperatura dada. Cumpliendo la regla de que mientras
más pequeño sea el cambio de temperatura en un cuerpo, mayor es su
capacidad calorífica.
ANTEQUERA ROBERTIZ, JORGE LUISC.I: 21.114.314
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
La capacidad calorífica es la cantidad de calor que permite variar, en un
grado, la temperatura de un cuerpo. La temperatura de un cuerpo aumenta
cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la energía
calorífica de un cuerpo y el incremento de temperatura obtenido recibe el
nombre de capacidad calorífica del cuerpo.
Mediante el Método de Clement-Desormes se determino el índice adiabático
de un gas, que este vino siendo el Oxigeno (O2), donde se permitió obtener
su calor especifico. El proceso de expansión adiabática se obtuvo abriendo la
válvula bombona a unos 25atm, se cierra la válvula B y luego a los 5
minutos se cierra poco a poco la válvula A y con ayuda de la B se ajusta la
presión del manómetro a 14 unidades. Registrando la Presión el cual dio
como resultado en el laboratorio de 1,3189, el cual a condiciones
normalizadas es 1,40. Obteniendo estos datos como resultado quiere decir
que el experimental es muy cercano al normalizado, solo se nota una mínima
diferencia. Y sabiendo esto, mientras más pequeños sea el cambio de
temperatura, se determino que mayor es su capacidad calorífica. Al ocurrir la
expansión del gas se midió nuevamente la presión dando como resultado
76,7cmHg a una temperatura de 24ºC. Aplicando este método al tocar el
garrafón de 18l utilizado en el experimento se sintió totalmente frio debido a
la variación molecular del oxigeno.
BRACHO REYES, ABIGAIL ELISA
C.I: 22.607.441
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
En la practica realizada donde se conoció el índice adiabático de un gas
mediante el Método de Clement-Desormes se obtuvieron valores de
presiones después de haber sido realizado varias veces el proceso
experimental el cual consistía en hacer llenar un botellón de 18 L con un
fluido gaseoso que en este caso fue utilizado O2 y luego con la ayuda de
válvulas de estrangulamiento y una de purga se deja fluir el gas en el
botellón abriendo la válvula de la bombona a 25 atm y cerrando la válvula B y
luego inmediatamente la válvula A habiendo transcurrido 5 minutos.
Posteriormente, con la válvula C, se ajusta la presión del manómetro, siendo
este el instrumento utilizado para medir las diferencias de presiones.
Habiendo obtenido todos estos valores de presiones, se efectuaron cálculos
donde se tomo en cuenta los valores manométricos y la presión calculada
en el barómetro en condiciones del laboratorio, cálculos que dieron a conocer
el índice adiabático del gas en relación con la expansión que luego seria
comparado con el valor tabulado del índice adiabático del O2, viéndose una
diferencia casi despreciable pero moderada por las condiciones prescritas.
GOMEZ FLORES, LEOMAR ALEXANDERC.I: 21.157.247
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Después de haber estudiado la práctica desarrollada en el laboratorio
pudimos denotar que en los distintos pasos obtuvimos diferentes resultados
como fue la variación de presión que existió como lo fue la inicial que fue 5
atm para pulgar el aire contenido dentro del garrafón porque el oxigeno es
más pesado que el aire y al estar los dos en el recipiente el menos denso en
este caso el aire salió al ambiente, luego abrimos nuestra primera válvula
con 25 atm, y teniendo en cuenta que al insertarle mucha presión el tapón
trihoradado se iba a disparar, el procedimiento se realizo con mucha
sincronización y varias veces hasta que posteriormente se logro obtener la
diferencia de presiones en el manómetro, debido a la expansión del oxigeno
en la atmosfera porque al salir el oxigeno del garrafón menor fue su
temperatura por lo tanto se pudo denotar que a menor temperatura mayor
capacidad calorífica. Cabe destacar que el índice adiabático lo obtuvimos
mediante la variación de presión que existió en el procedimiento al inicio, al
realizar la expansión adiabática y después de alcanzar el equilibrio térmico
por segunda vez.
PARADA ANTEQUERA, KEYLLY STEPFANYC.I: 20.795.917
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
La relación de calores específicos a presión y volumen constante (índice
adiabático), para el gas oxigeno (O2), por ser un gas diatómico, su promedio
oscila entre los 1,4 y 1,45 a diversas temperaturas (teóricamente hablando).
Esto es debido a la interacción molecular que presentan las formas de
energía fundamentadas en el principio de equipartición (dos rotacionales y
tres traslacionales), por lo que los grados de libertad molecular resultan
siendo 5 para gases diatómicos como el O2 sin considerar la influencia
vibracional puesto que se esta trabajando a temperaturas en condiciones
normalizadas, casi ambientales (PATM = 764 mmHg a 24 ºC). La relación
teórica es considerada como la sumatoria de los grados de libertad mas dos
(que representan las dos capacidades caloríficas consideradas constantes
en el proceso: Presión y Volumen), dividido entre los mismos grados de
libertad, de esta forma se obtiene el índice adiabático teórico distribuido
según el principio de equipartición de la energía en un sistema de moléculas;
en este caso, puede decirse que el calculo es considerado ideal para este
proceso (marco teórico). Por tal motivo, se realiza la comparación con el
índice adiabático (también conocido coeficiente de dilatación adiabática)
teórico con el experimental a través de las ecuaciones y cálculos que arroja
como resultado un índice de ɣ = 1,3189, considerándose la razón de
variación casi despreciable debido a las condiciones reales del laboratorio a
las fundamentadas teóricamente. Para las condiciones del laboratorio se
toman las medidas determinadas por el barómetro, la presión arrojada
constituye la presión absoluta, mientras que las presiones marcadas por el
manómetro como inicial y final constituyen las presiones relativas por lo que
la equivalencia de unidades deben ser llevadas a cabo mediante procesos de
conversiones de unidades de presiones básicas, hasta que la presión
absoluta es sumada a la manométrica para determinar las condiciones
absolutas reales de las presiones tanto del gas antes de salir del recipiente,
de la presión atmosférica y la presión del gas luego de la expansión cuando
el equilibrio se establece, P1, P2 y P3, respectivamente. A través del método
de Clement-Desormes, se determina el índice adiabático de un gas,
claramente, mediante la expansión adiabática, es decir, sin considerar los
intercambios de calor (sin tomar ni ceder calor del medio ambiente). En este
sentido, la variación de temperatura influye radicalmente en la capacidad
calorífica del gas, pues a mayor temperatura menor será la capacidad
calorífica, es decir, menor será la energía que se requiere para elevar un
grado de temperatura por unidad de masa. Además, se puede concluir que
cuando un gas se encuentra a volumen constante, su volumen se mantiene
constante mientras que la temperatura se esta elevando, dando origen al
cambio de presión del gas. De igual modo, lo mismo ocurre si ahora se
considera a la presión constante, se eleva la temperatura dando como
resultado que aumente el volumen del gas. Sin embargo, es importante
mencionar, que la capacidad calorífica de un gas es mayor si se realiza a
presión constante que cuando se realiza a volumen constante (Cp > Cv).
RAMÍREZ MORA, DANIEL EDUARDO
C.I: 22.606.669
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
En primer lugar Se tomo temperatura y presión presentes en el laboratorio
con los instrumentos barómetro y termómetro, obteniendo una temperatura
de 24°C, y una presión de 76,7 Cm. Los datos de presión y temperatura
presentes en el laboratorio se evalúan en la tabla, para determinar el mmHg.
Pero como los datos no coincidían con los de la tabla se procedió a una
interpolación:
Obteniendo un valor de 2.998, el cual le fue restado a la presión evaluada al
comienzo: (767,7mmHg-2,998= 764.7 mmHg). Efectuando los cálculos
oportunos, por medio de la ecuación de relación de calores específicos se
establece el índice adiabático. Con el uso de la garrafa de 18 L, la bombona
de gas, y el manómetro se realizo el experimento de índice adiabática del
gas de oxigeno a través del Método de Clement-Desormes, el cual consiste
de ir abriendo la válvula de la bombona a 25 atm (25 atmosferas), cerrando
la válvula B después de 5 minutos e seguidamente la válvula A y con ayuda
de la válvula C se ajusta lentamente la presión del manómetro. Este método
se realizo en varias ocasiones hasta que finalmente se logro la diferencia de
presiones en el manómetro.
El índice que se obtuvo en el experimento es de 1,3189, muy cercana al
índice teórico del O2 que en condiciones de 1 atm a 25 ºC es de 1,40. Se
debe tener presente que entre más pequeño sea el cambio de temperatura
en un cuerpo en una cantidad dada, mayor es su capacidad calorífica.
REYES DIAZ, MARIA ALEJANDRAC.I.: 21.157.492
PRESIÓN A24°C
VALOR DE LA TABLA
760 CM 2,97767 CM X770 CM 3,01
CONCLUSIONES
La capacidad calorífica de un cuerpo va fundamentada con la cantidad de
calor que resulta necesario por unidad de masa, de tal modo que se pueda
aumentar un grado de temperatura. A volumen constante (Cv), representa la
razón de cambio de la energía interna, en cambio, a presión constante (Cp),
la capacidad calorífica muestra la razón de cambio de la entalpia en un
sistema en cuestión. Sin embargo, el calor que se debe suministrar es el
mismo, dependiendo evidentemente de la trayectoria del cambio de estado.
Para los procesos de expansión, conviene determinar el índice adiabático
que establece la relación adimensional de ambas capacidades en la
transferencia de calor. En este sentido, se concluye que:
El Método de Clement-Desormes se utiliza para determinar el Índice
Adiabático de un gas con expansión.
El Índice Adiabático establece la relación entre la capacidad calorífica
a presión y a volumen constante respectivamente.
El índice adiabático teórico para el O2 es ɣ = 1.4 y el experimental ɣ =
1,3189, por lo que en comparación y variación de las condiciones del
laboratorio, la diferencia teórica a la experimental es mínima y se
considera casi despreciable.
La capacidad calorífica de una sustancia tiene un valor mayor si se
lleva a cabo a presión constante que si es realizada a volumen
constante.
Los gases diatómicos como el O2 utilizado para el desarrollo de esta
experiencia, poseen cinco grados de libertad (y no se considera la
energía vibracional cuando se trata de temperaturas relativamente
bajas).
El Índice Adiabático teórico del O2 en condiciones normalizadas
(Presión de 1 atm a 25 ºC) es de 1,40 (Relación Cp/Cv). In índice
experimental fue a su vez muy cercano pues la relación de
capacidades equivale a 1,3189, considerándose como una diferencia
casi despreciable, pero moderada por las condiciones.
Entre mas pequeño sea el cambio de temperatura en un cuerpo en
una cantidad dada, mayor es su capacidad calorífica.
Cuando un gas se encuentra a volumen constante, su volumen se
mantiene constante mientras que la temperatura se esta elevando,
dando origen al cambio de presión del gas. Lo mismo sucede si
considera a la presión constante, se eleva la temperatura dando como
resultado que aumente el volumen del gas.
Las presiones del manómetro deben ser sumadas con la presión
barométrica, para establecer la presión absoluta, pues la presión
manométrica toma como 0 a la presión atmosférica que equivale a
14,7 psia.
RECOMENDACIONES
Distribuir el procedimiento experimental de forma organizada, de tal
forma que la experiencia se desarrolle más sistemática y estructurada
más eficientemente.
Verificar si en el manómetro están contenidos cúmulos de aire durante
el desarrollo de la abertura de válvulas de presiones.
Preparar con anterioridad el equipo a utilizar y así cerciorarse de que
no exista ninguna fuga del gas en alguna manquera para tener mejor
lectura de las presiones.
Mantener el manómetro a utilizar con la cantidad de agua adecuada
para obtener una mejor apreciación de las diferencias de presiones.
Proporcionar mayor tiempo para la realización de la práctica, con el
propósito de realizar los procesos mas paulatinamente a un intervalo
de trabajo mejor distribuido.
Considerar la utilización de otros gases con el fin de estudiar el
comportamiento que representa durante el desarrollo de la experiencia
y determinar nuevos cálculos de relaciones entre capacidades
caloríficas (Cp/Cv).
BIBLIOGRAFÍA
FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
Perry W (2004). Manual del ingeniero químico. México:
Editorial McGraw- Hill. Segunda Edición.
Crockford D (1990). Fundamentos de Fisicoquímica. México:
Editorial McGraw Hill. Cuarta Edición.
Wade Jr. Química Orgánica.
FUENTES ELECTRÓNICAS
http://books.google.co.ve/books?
id=7QPvXIWH0XUC&pg=PA327&dq=metodo+del+oxido+cuprico&hl=
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es.wikipedia.org/wiki/Calor_específico
www.vaxasoftware.com/doc_edu/fis/calorespec.pdf
aplicaciones.virtual.unal.edu.co/drupal/files/capacidad.pdf
ANEXOS
OXIGENONOMBRE QUIMICO E
IDENTIFICACION
NOMBRE QUÍMICO : OXÍGENO
FÓRMULA : O2
SINÓNIMOS : NO APLICA
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
DENSIDAD DE GAS A 0°C (32°F), 1 ATM: 1.326 KG/M3 (0.083 LB/PIE3)PUNTO DE EBULLICIÓN A 1 ATM: -183.0°C (-297.4°F)PUNTO DE CONGELACIÓN / FUSIÓN A 1 ATM: -218.8°C (-361.8°F)PESO ESPECIFICO (AIRE = 1) A 21.1°C (70°F): 1.105PESO MOLECULAR: 32.00SOLUBILIDAD EN AGUA VOL/VOL A 0°C (32°F) Y 1 ATM: 0.0491GRADO DE EXPANSIÓN: NO APLICA.VOLUMEN ESPECIFICO DEL GAS (LB/FT3) : 12.1APARIENCIA Y COLOR: GAS INCOLORO Y SIN OLOR A PRESIÓN Y TEMPERATURA NORMAL.
PRIMEROS AUXILIOSINHALACIÓN: REMUEVA LA VÍCTIMA AL AIRE FRESCO, LO MÁS PRONTO POSIBLE. EN CASO DE PRESIÓN ELEVADA, REDUZCA LA PRESIÓN DEL OXÍGENO A UNA ATMÓSFERA. EL MÉDICO DEBE SER AVISADO DE LA EXPOSICIÓN A ALTAS CONCENTRACIONES DE OXÍGENO. PERSONAL PROFESIONALMENTE ENTRENADO DEBE SUMINISTRAR AYUDA MÉDICA COMO LA RESUCITACIÓN CARDIO-PULMONAR, SI ES NECESARIO. NO ES APROPIADO SUMINISTRAR OXÍGENO SUPLEMENTAL.MEDIDAS CONTRA INCENDIORIESGO GENERAL: GAS NO INFLAMABLE. EL OXÍGENO ACELERA LA COMBUSTIÓN. MATERIALES COMBUSTIBLES Y ALGUNOS NO COMBUSTIBLES SE QUEMAN FÁCILES EN AMBIENTES RICOS EN OXÍGENO. CUANDO LOS CILINDROS SE EXPONEN A INTENSO CALOR O LLAMAS, SE PUEDEN ROMPER VIOLENTAMENTE.MEDIOS DE EXTINCIÓN: EL OXÍGENO NO ES INFLAMABLE, PERO SÍ ES COMBURENTE. SE PUEDEN UTILIZAR TODOS LOS ELEMENTOS EXTINTORES CONOCIDOS.INSTRUCCIONES PARA COMBATIR INCENDIOSEVACUAR A TODO EL PERSONAL DE LA ZONA PELIGROSA. SI ES POSIBLE, CERRAR LA VÁLVULA DE OXÍGENO EL CUAL ALIMENTA EL FUEGO.MEDIDAS CONTRA ESCAPE ACCIDENTALEN CASO DE ESCAPE EVACUAR A TODO EL PERSONAL DE LA ZONA AFECTADA (HACIA UN LUGAR CONTRARIO A LA DIRECCIÓN DEL VIENTO). AÍSLE UN ÁREA DE 25 A 50 METROS A LA REDONDA. MONITOREE EL ÁREA AFECTADA PARA ASEGURARSE QUE LA CONCENTRACIÓN DE OXÍGENO NO EXCEDA EL 23.5%. ASEGURAR LA ADECUADA VENTILACIÓN EN EL ÁREA PARA REDUCIR EL NIVEL DE OXÍGENO. PREVENIR LA ENTRADA DE PRODUCTO EN LAS ALCANTARILLAS, SÓTANOS, O CUALQUIER OTRO LUGAR DONDE LA ACUMULACIÓN PUDIERA SER PELIGROSA. SI ES POSIBLE INTENTE CERRAR LA VÁLVULA Ó MUEVA EL CILINDRO HACIA UN LUGAR VENTILADO. ELIMINE FUENTES DE CALOR, IGNICIÓN Y SUSTANCIAS COMBUSTIBLES.
MANIPULACIÓNPRECAUCIONES QUE DEBEN TOMARSE DURANTE EL MANEJO DE CILINDROSANTES DE USO: MUEVA LOS CILINDROS UTILIZANDO CARRO PORTA CILINDROS O MONTACARGAS. NO LOS HAGA RODAR, NI LOS ARRASTRE EN POSICIÓN HORIZONTAL. EVITE QUE SE CAIGAN O GOLPEEN VIOLENTAMENTE UNO CONTRA OTRO, O CONTRA OTRAS SUPERFICIES. NO SE DEBEN TRANSPORTAR EN ESPACIOS CERRADOS, COMO POR EJEMPLO EL BAÚL DE UN CARRO, CAMIONETA O VAN. PARA DESCARGARLOS DEL CAMIÓN USE RODILLO DE CAUCHO.DURANTE SU USO: NO USE ADAPTADORES, HERRAMIENTAS QUE GENEREN CHISPAS, NI CALIENTE EL CILINDRO PARA AUMENTAR EL GRADO DE DESCARGA DEL PRODUCTO. NO USE ACEITES O GRASAS EN LOS AJUSTADORES O EN EL EQUIPO DE MANEJO DE GAS. INSPECCIONE EL SISTEMA PARA ESCAPES USANDO AGUA Y JABÓN. NO INTENTE ENCAJAR OBJETOS COMO ALICATES, DESTORNILLADORES, PALANCAS, ETC, EN LA VÁLVULA, YA QUE PUEDE DAÑARLA, CAUSANDO UN ESCAPE. USE VÁLVULA DE CONTENCIÓN O DE RETROCESO DE LLAMA PARA PREVENIR CONTRAFLUJO PELIGROSO AL SISTEMA.DESPUÉS DE USO: CIERRE LA VÁLVULA PRINCIPAL DEL CILINDRO. MARQUE LOS CILINDROS VACÍOS CON UNA ETIQUETA QUE DIGA “VACIO”. LOS CILINDROS DEBEN SER DEVUELTOS AL PROVEEDOR CON EL PROTECTOR DE VÁLVULA. NO DEBEN SER REUTILIZADOS CILINDROS QUE PRESENTEN FUGAS, DAÑOS POR CORROSIÓN O QUE HAYAN SIDO EXPUESTOS AL FUEGO.
ESTABILIDAD E INCOMPATIBILIDADESTABILIDAD: EL OXÍGENO ES UN GAS ESTABLEINCOMPATIBILIDAD: OXÍGENO ES INCOMPATIBLE CON MATERIALES COMBUSTIBLES Y MATERIALES INFLAMABLES, HIDROCARBUROS CLORINADOS, HIDRAZINA, COMPUESTOS REDUCIDOS DE BORO, ÉTER, FOSFAMINA, TRIBROMURO DE FÓSFORO, TRIÓXIDO DE FÓSFORO, TETRAFLUOETILENO, Y COMPUESTOS QUE FORMAN PERÓXIDOS FÁCILMENTE. OXÍGENO PUEDE FORMAR COMPUESTOS EXPLOSIVOS CUANDO ES EXPUESTO A MATERIALES COMBUSTIBLES, ACEITE, GRASAS Y OTROS MATERIALES HIDROCARBUROS.