Gas Real

 Estudio de las isotermas de un gas real. Ecuaciones de estado cúbicas para un gas real











Fecha de realización:
17/03/15
Fecha de entrega:
09/04/15
Laboratorio 2º Ciencias Físicas


1. Introducción y fundamento teórico

En esta práctica vamos a realizar un estudio del comportamiento de un gas real. Determinaremos: las isotermas con una serie de valores {P, V} ,la zona de coexistenciade fases y estimaremos el punto crítico del sistema. Describiremos el comportamiento del gas mediante diferentes ecuaciones cúbicas en las que además determinaremos sus parámetros.

Cuando el gas se encuentra en condiciones poco próximas a las del cambio de fase; es decir, a presiones bajas y volúmenes molares altos; se comporta como un gas ideal clásico y por tanto la ecuación que le describeserá la propia de ellos:
P V = n R T
En el caso del gas idea clásico no existen las fases condensadas existentes en los gases reales debido a que se desprecia la interacción entre las moléculas.

Sin embargo, en el caso del gas real sí que existen las fases condensadas. Esto se puede ver al representar una serie de valores {P,V}, obteniendo así el diagrama de fases. A continuación vamos a ver lascosas que estudiaremos de él:
Campana de coexistencia: separa la fase líquida de la fase vapor y de la zona de coexistencia que se encontrará por debajo de la campana. Tendremos que observar que en la zona de coexistencia las isotermas sean paralelas al eje de abscisas. Eso es que si variamos el volumen del sistema conseguiremos un cambio de fase; pero que la presión de equilibrio se mantendráconstante. Es decir, la compresibilidad isoterma del sistema en esta zona se hace divergente. Las isotermas dejan de aproximarse a las del gas ideal a medida que nos acercamos a la campana de coexistencia.
Punto crítico: equivale al punto máximo de la campana de coexistencia.
Si incrementamos la temperatura hasta la isoterma crítica, encontraremos un punto en el que debido a su presión el gas secondensa totalmente sin experimentar un cambio de volumen. Este punto vendrá determinado por la temperatura, la presión y el volumen críticos( respectivamente).
Al ser como hemos dicho un punto máximo de la campana de coexistencia, representa un punto de inflexión con tangente horizontal. Por esta razón:
y

Isoterma crítica: separa la región en la que el gas podría licuarse por compresiónisoterma de la que no se puede.












Ecuación de Van der Waals:

(1)

Esta ecuación describe las isotermas del gas real cerca de la campana de coexistencia. Tiene en cuenta la interacción intermolecular así como el tamaño de las moléculas. En el puto crítico, las coordenadas críticas (temperatura, presión y volumen) según los parámetros a y b son:







La ventaja deesta ecuación es que resulta muy sencilla de usar; sin embargo, el principal inconveniente es que no explica la zona de coexistencia de líquido y vapor ni estima de forma precisa el punto crítico del gas.

Ecuación de Redlich-Kwong:

(2)

Las coordenadas críticas al igual que antes pueden determinarse según las constantes a y b imponiendo la condición de punto de inflexióntangencia horizontal.






Esta ecuación es la más utilizada debido tanto a su sencillez como a la validez del error obtenido para cálculos no muy precisos. Es muy útil y describe muy bien el comportamiento del gas a altas presiones y a temperaturas por encima de la crítica.








Procederemos de la siguiente manera:
Disponemos de un cilindro de vidrio graduado donde se encuentra nuestro gas (SF6),el cual tiene un pistón de mercurio (Hg). A su vez está rodeado por una camisa de metacrilato transparente por la que circula agua a temperatura constante desde un baño termostático. Empezaremos con la temperatura ambiente e iremos aumentándola gradualmente.
Cuando la temperatura esté constante comprimiremos el gas, y tomaremos pares de puntos {P,V}. El punto más importante será cuando nos...