TP: Propiedades de los gases




FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

ASIGNATURA: QUÍMICA FÍSICA I

TRABAJO PRACTICO: Propiedades de los gases























INTRODUCCIÓN

Los gases reales presentan desviaciones respecto al comportamiento de un gas ideal debido a que las moléculas del gas interaccionan entre sí. Se define factor de compresión a Z como:

Z= pVm/RT

De la ecuaciónanterior se deduce:

Z= V.real/V.ideal V.real= (ZnR/p)T

En este trabajo práctico se analizó el comportamiento de algunos gases con la presión (p) y la variación de sus respectivos volúmenes (V) con la temperatura (T) y con su temperatura reducida (Tr).
Se utilizó la ecuación de estado virial para el cálculo de los coeficientes B y C graficando Z vs. 1/Vm.
Se utilizóla ecuación de distribución de Maxwell para calcular la fracción de átomos en función de la velocidad (v) y la ecuación de distribución de Boltzmann para calcular la fracción de átomos en función de la energía cinética (Ec) a diferentes temperaturas.

OBJETIVOS

Determinar el Z de algunos gases a diferentes presiones e inferir sobre las desviaciones que se producen en los gases reales deacuerdo al resultado obtenido. Analizar el comportamiento de Z frente a Tr a diferentes presiones.
Calcular el Z como solución de una ecuación cúbica para distintas Tr.
Calcular los coeficientes del virial B y C.
Analizar la dependencia de la v y Ec de los átomos respecto a T.
Familiarizarse con el Programa Origin.

PROCEDIMIENTO

1) Utilizando el programa Origin se graficó V (m3) vs. T (K)de Argón, Hidrógeno, Eteno y Amoníaco a diferentes presiones. Luego se ajustó la recta por regresión lineal (f(x) = A + Bx). Con los datos obtenidos se calculó el Z, con su error (propagación de errores), a cada presión estudiada utilizando:

Z= B(p/nR)  Z

n= número de moles
R = constante (8.314 (Pa m3/mol K)
T = temperatura (K)
Z = factor de compresiblilidad
P= presión (Pa)

Segraficó Z vs. Tr del Argón a diferentes p, sabiendo que la T crítica (Tc) del Argón es 150.85 K.

Tr= T/Tc

2) Utilizando el Programa Maple se resolvió la ecuación cúbica


Z3-{(pr / 8Tr)+1} Z2 + (27pr / 64Tr2) Z – 27 pr / 512 Tr3 = 0




Se determinó Z para Argón. Se obtuvieron tres soluciones para Z, dos de ellas, imaginarias y una real. Se eligió lasolución real (Sol. 3), para Argón a Tr1, ya que el valor de Z es un valor que existe y siempre es positivo. Se graficó este Z vs. P crítica a distintas Tr:
Tr1= 1.10
Tr2= 1.05
Tr3= 1.00

3) Se calculó el segundo y tercer coeficientes del virial en términos de la densidad del Argón a T= 300 K.

Z= 1 + B (n/V) + C (n/V)2

Se graficó Z vs 1/Vm utilizando el programa Origin y se ajustó lacurva a un polinomio de segundo grado.

4) Utilizando el programa Maple se graficó f(v) vs v y (Ec) vs Ec del Argón a:
T1= 300 K
T2= 800 K
T3= 1500 K

RESULTADOS

1) Se obtuvieron los siguientes gráficos:















GAS
PRESION (atm)
Z  Z

Ar

1
1.001  0.004

3
1.002  0.001
H2
100
1.082  0.008
C2H4
100
1.11  0.01

500
1.058  0.009NH3
200
1.11  0.01

1200
1.05  0.01

En todos los casos, Z  1, esto puede deberse a que el valor de Z calculado es un promedio. No obstante se observa que a una P menor (Argón) Z está más próximo a 1. Los que más se desvían de la idealidad son el Amoníaco y el Eteno.



En el gráfico se observa que a medida que aumenta la Tr, Z tiende a 1, haciéndolo de manera más rápida a p= 1atm. A Tr= 1, a p= 3 atm, el gas se desvía más del comportamiento ideal.

2) Solución real de Z. Gráfico Z vs p















Gráfico de Argón a distintas Tr, donde Tr3  Tr2  Tr1.



Se observa que a medida que aumenta la T (aumenta Tr) Z se aproxima a 1.






3) Gráfico Z vs 1/Vm. Se detallan los valores de los coeficientes del virial, B y C a T=300 K

Se...