p. 5-mezcla de gases

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZ

TERMODINÁMICA

INGENIERIA BIOQUÍMICA 3er.SEMESTRE

PRÁCTICA No. 5

“MEZCLA DE GASES”

CATEDRÁTICO: ING. RICARDO SUÁREZ CASTILLEJOS

EQUIPO 8:

COUTIÑO MORENO DAVID

LÓPEZ AGUILAR DARI

RIVERA MORENO ELVIS ALEJANDRA

RUIZ RAMÍREZ LUIS ALBERTO

SILVESTRE DE LEÓN JESÚS

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 03 – OCTUBRE – 2011

FECHA DE TÉRMINO DE LA PRÁCTICA: 03 – OCTUBRE – 2011

FECHA DE ENTREGA DE LA PRÁCTICA: 10 – OCTUBRE – 2011

TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS



OBJETIVO:

A partir de los datos de presión, volumen y temperatura, inicial y final, obtenidos, en larealización de la práctica; calcular la información que se pide en el cuestionario.

INTRODUCCIÓN:

Una simple sustancia pura es aquella cuya composición química es uniforme y constante,una mezcla homogénea de gases podría parecer, desde el punto de vista termodinámico omacroscópico, una sustancia pura, y sus propiedades podrían formularse en la mismaforma que para un simple gas. Un ejemplo importante para este tipo de sustancia pura esel aire seco. La mezcla de deja de ser pura cuando, por razones de un cambio de fase oreacciones químicas, la composición química de la mezcla deja de ser constante yuniforme. Por ejemplo el aire húmedo no es una sustancia pura en cualquier proceso en lacual la condensación o vaporización de la humedad ocurre.Para ciertas mezclas de gran importancia (aire seco, aire húmedo, ciertos productos de lacombustión) los datos termodinámicos están disponibles, pero para muchas mezclas conla cual el ingeniero tiene trato, es necesario comprobar las propiedades de la mezcla apartir de la composición de la mezcla y las propiedades de los componentes.

HIPÓTESIS:

La mezcla de los gases ideales, dará un aumento en las propiedades de presión,temperatura y volumen parcial.

MARCO TEÓRICO:

Mezcla de gases:La mayoría de los gases que encontramos en química –y en la vida diaria- son mezclas. Laatmosfera, por ejemplo, es una mezcla de nitrógeno, oxigeno, argón, dióxido de carbono ymuchos otros gases. El aire que inhalamos es una mezcla, el aire que exhalamos es otramezcla.A bajas temperaturas todos los gases responden del mismo modo al cambio de presión,volumen y temperatura. Por consiguiente para los cálculos de este tipo, no importa sitodas las moléculas en una muestra son las mismas. Una mezcla de gases que noreaccionan unos con otros, se comporta como un único gas puro. Por ejemplo, podemosconsiderar el aire como un solo gas cuando queremos usar la ley de los gases ideales para

predecir sus propiedades.John Dalton fue el primero que estudió como calcular la presión de una mezcla de gases.Dalton describió el comportamiento de la mezcla de los gases por su ley de las presionesparciales.

“La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de sus

componentes”.



Si denominamos la presión parcial de los gases A, B,…como PA, PB,… y la presión total de la

mezcla como P, podemos escribir la ley de Dalton como sigue: P= PA + PB+….

La ley de Dalton es compatible con el modelo de gas y agrega un poco más deinformación. La presión total de un gas se eleva, como hemos visto, por el choque de lasmoléculas en las paredes del recipiente. Este choque se debe a todas las moléculas de unamezcla. Las moléculas del gas A ejercen una presión, las moléculas del gas B lo hacentambién y la presión total es la suma de las contribuciones individuales. La informaciónadicional que podemos usar para ampliar el modelo es que, para que la presión total seala suma de las presiones individuales, las moléculas de A deben ser diferentes a la

presencia de las moléculas de B. Esto significa que no hay interacciones –ni atracciones nirepulsiones- entre las dos clases de moléculas. La ausencia absoluta de cualquierinteracción, es un rasgo característico del gas ideal.

La presión parcial de un gas es la presión que ejercería si estuviera solo en el recipiente; lapresión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de loscomponentes; la presion parcial de un gas está relacionada con la presion total por lafracción molar.



DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:1. Poner una pizca de KMnO4 dentro del matraz kitazzato.2. Colocar el termómetro en el tapón monohoradado.3. Con mucho cuidado atravesar la aguja de la jeringa en el tapón.4. Colocar el tapón en el matraz apretándolo.

5. Sujetar el matraz con la pinzas y colocarlo en el soporte.6. Conectar el manómetro al matraz.7. Introducir 3 ml de aire al matraz con la jeringa y comprobar que no hay fuga.8. Una vez comprobado lo anterior; medir la temperatura, la presión manométrica y la

presión barométrica.9. Introducir 3 ml de peróxido de hidrógeno al matraz.10. Medir el volumen interior del matraz.11. Anotar la temperatura y presión manométrica máximas observadas.

DIAGRAMA DE FLUJO:

MATERIAL Y EQUIPO:Un soporte universal.Una pinzas de tres dedos.Un termómetro.Un matraz kitazzato de 500 ml.Un manómetro con mercurio.Una espátula.Un tapón monohoradado.Una jeringa de 5 ml con aguja.

REACTIVOS:Peróxido de hidrógeno de 11 volúmenes, H2O2.Permanganato de potasio, KMnO4.

RESULTADOS:Datos iníciales:

Temperatura inicial 27°C

Presión barométrica 688 mm de Hg

Presión manométrica 130 mm de HgVolumen del matraz 600 ml

Resultados obtenidos:

Temperatura final 29°CPresión manométrica final 147 mm de Hg



CONCLUSIONES:El aire en este experimento se encuentra a alta temperatura y baja presión respecto alos valores del punto critico de los gases individuales. En este caso, el aire y sus

componentes pueden tratarse como gases ideales con un error despreciable.En el experimento al hacer reaccionar al H2O2 con KMnO4, se da la producción de de O2,(considerado un gas ideal).En el experimento al tener el aire y el KMnO4 en un sistema aislado (matraz kitazzato), yluego al agregar el H2O2 al sistema se da la reacción entre el H2O2 y el KMnO4 que produceO2. Esto trae como consecuencia una mezcla de gases ideales entre el aire y el O2. Aquí seproduce un aumento en la cantidad de oxigeno debido a que el aire esta compuesto en un79 % de Nitrógeno y en un 21 % de Oxigeno, y a la producción de oxigeno por la reacciónanterior.Lo anterior trae como resultado el aumento en la presión en el sistema (resultante de lasuma de las presiones que cada gas ejercería solo a la temperatura y volumen de lamuestra) que se observo en el manómetro de 13 a 14.7 cm de Hg Por lo tanto al haberuna relación entre la temperatura y la presión, un aumento en la presión significa tambiénque habrá un aumento en la temperatura registrado en el termómetro de 27 ºC a 29 ºC.

CUESTIONARIO:1. Define los siguientes términos: presión, presión manométrica, presión barométrica,

presión absoluta.

Presión. A la fuerza normal por unidad de área se llama presión. Simbólicamente, lapresión P está dada por:

Donde A es el área donde se aplica la fuerza perpendicular F. La unidad de presiónresulta de la relación entre cualquier unidad de fuerza entre la unidad de área. Porejemplo, newton por metro cuadrado o libras por pulgada cuadrada. En el sistema SI deunidades N/m2 se le llama pascal (Pa). El kilopascal (kPa) es la unidad de medida másapropiada para la presión de fluidos.1kPa=1000N/m2=0.145 lb/in2

Presión manométrica. Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presiónabsoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los quela presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativase llama presión de vacío.

Presión barométrica. Es el peso que se ejerce una columna de aire con una sección odiámetro de una pulgada cuadrada desde el barómetro hacia el espacio.

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_absoluta


http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Presi%C3%B3n_de_vac%C3%ADo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Presi%C3%B3n_de_vac%C3%ADo&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica





Presión absoluta. Es la presión real a que se halla sometido un liquido (queda incluidapor tanto la presión barométrica y la presión manométrica).

Presión absoluta= Presión manométrica + presión barométrica

2. Escribe los siguientes datos obtenidos en la realización de la práctica: Presionesmanométricas y temperaturas iniciales y finales, y el volumen medido del matraz.

Temperatura inicial 27°C

Temperatura final 29°C

Presión barométrica 688 mm de HgPresión manométrica inicial 130 mm de Hg

Presión manométrica final 147 mm de Hg

Volumen del matraz 600 ml

3. Calcula la presión absoluta inicial y la final del sistema.

Presión absoluta= Presión manométrica + presión barométricaPresión absoluta inicial= 680 mm de Hg + 130 mm de Hg = 810 mm de HgPresión absoluta final= 680 mm de Hg + 147 mm de Hg = 827 mm de Hg

4. Con los datos del estado inicial, calcula la cantidad de aire encerrado en el sistema(matraz), el volumen específico y el volumen específico molar.Datos:V matraz= 600 ml =0.0006 m3

Presión absoluta inicial= 810 mm de Hg =107.973 kPaTemperatura inicial= 27°C = 300.15 K

R= 0.287

Volumen especifico= ¿?Volumen especifico molar= ¿?m= ¿?

Fórmula:

Soluciones:

( )



5. Con los datos del estado final, calcula la cantidad de mezcla (aire y oxígeno liberadopor el peróxido) encerrado en el sistema (matraz), el volumen específico molar, lacantidad en gramos de oxígeno desprendido, la composición molar y la composiciónmásica de la mezcla, así como el peso molecular medio de la mezcla.Datos:V matraz= 600 ml =0.0006 m3

Presión absoluta final= 827 mm de Hg = 110.2391 kPaTemperatura final= 29°C = 302.15 K

R= 0.287

Volumen especifico= ¿?Volumen especifico molar= ¿?m= ¿?Fórmula:

Soluciones:

( )

6. En el estado final calcula la presión parcial del oxígeno y del nitrógeno y el volumenparcial ocupado para cada uno de ellos.

Numero de moles de aire= 0.0007524 Kg Kmol = 0 .000025959 Kmol de aire28.97 Kg

Nº de moles de N2= (0 .000025959Kmol) (.79)= 0.000020507 Kmol de N2

Nº de moles de O2= (0 .000025959Kmol) (.21)= 0.000005451 Kmol de O2

Exceso de O2 = (0.0007627-0.00075204) = 0.00001066 Kg de O2



Exceso de moles de O2= 0.00001066 Kg de O2 1Kmol = 0.000000333 Kmol de O2

32 Kg

Moles totales en el sistema final= (0.000025959 Kmol de aire + 0.000000333 Kmol de O2)

= 0.00002629 Kmol

Fracción molar de N2 = 0.000020507 Kmol de N2 = 0.780.00002629 Kmol

Fracción molar del O2 = 1-.78 = 0.22

Presión parcial del N2= (0.78) (110.2391 kPa)= 85.9865 KPaPresión parcial del O2= (0.22)(110.2391 KPa) =24.2526 KPa

Volumen parcial del N2= (0.78) (0.0006m3) = 0.000468 m3

Volumen Parcial del O2= (0.22) (0.0006 m3)= 0.000132 m3

7. Define que es un gas ideal y qué un gas real.

Un gas ideal es un conjunto de átomos o moléculas que se mueven al azar, no ejercenfuerzas de largo alcance entre si y ocupan una parte insignificante del volumen delrecipiente.Un gas real se define como un gas con un comportamiento termodinámico que nosigue la ecuación de estado de los gases ideales.

8. Explica si la mezcla aire oxígeno, es un gas real o ideal.Es un gas ideal ya que obedece a la relación PV=RT, además el conjunto de moléculasque se mueven al azar, no ejercen fuerzas de largo alcance entre si y ocupan una ciertaparte del recipiente.

9. Qué leyes aplicaste en los cálculos que se te solicitaron.

Ley del gas ideal.

Ley de Dalton.

Ley de Avogadro.10. Escribe tus observaciones y conclusiones.

El aire en este experimento se encuentra a alta temperatura y baja presión respectoa los valores del punto critico de los gases individuales. En este caso, el aire y suscomponentes pueden tratarse como gases ideales con un error despreciable.

En el experimento al hacer reaccionar al H2O2 con KMnO4, se da la producción de deO2, (considerado un gas ideal).



En el experimento al tener el aire y el KMnO4 en un sistema aislado (matrazkitazzato), y luego al agregar el H2O2 al sistema se da la reacción entre el H2O2 y elKMnO4 que produce O2. Esto trae como consecuencia una mezcla de gases idealesentre el aire y el O2. Aquí se produce un aumento en la cantidad de oxigeno debido aque el aire esta compuesto en un 79 % de Nitrógeno y en un 21 % de Oxigeno, y a la

producción de oxigeno por la reacción anterior.

Lo anterior trae como resultado el aumento en la presión en el sistema (resultante dela suma de las presiones que cada gas ejercería solo a la temperatura y volumen de lamuestra) que se observo en el manómetro de 13 a 14.7 cm de Hg Por lo tanto al haberuna relación entre la temperatura y la presión, un aumento en la presión significatambién que habrá un aumento en la temperatura registrado en el termómetro de 27

₀C a 29 ₀C.

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