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Practica 2: Gases Reales. Segundo Coeficiente del virial...

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Práctica 2: Gases reales. Segundo coeficiente del virial. Resultados de la práctica. Datos obtenidos en la práctica:

1. Obtener el número de moles que quedan sin extraer del cilindro de muestras en las condiciones finales. Obtener el número total de moles que había en el cilindro de muestra en las condiciones iniciales. Con la ecuación (1) se calcula Z para las condiciones iniciales.

De forma similar, con los datos de la tabla se pueden obtener los valores Z para la muestra en las condiciones 2,3,… hasta las condiciones finales. Así se debe obtener una tabla con los valores:

2. Representando Z frente a P (en este caso PR) se puede obtener el coeficiente del virial del CO2. Comentar la gráfica y si el resultado es esperado.

¿Puede ser Z superior a 1? Buscar datos y gráficas en bibliografía y justificarlo. No puede ser, debido a que a que Z es un factor de corrección, de tal forma que lo introducimos en la ecuación de los gases ideales para corregir (valga la redundancia) el comportamiento de los gases reales. Estos se pueden comportar como gases ideales para condiciones de baja presión y altas temperaturas, tomando como referencia los valores del punto crítico, es decir, si la temperatura es mucho más alta que la del punto crítico, el gas puede tomarse como ideal, y si la presión es mucho más baja que la del punto crítico el gas también se puede tomar como ideal. Si el valor de Z es igual a 1, indica que el gas se comporta como ideal. Si el valor de Z es mayor o menor que 1 el gas se comporta como un gas real. Mientras más grande sea la desviación del valor de Z con respecto a 1, mayor es la desviación del comportamiento respecto al comportamiento ideal del gas. 3. Calcular A2 en Pa-1 y B2 en cm3/mol. Como A2 viene expresado en atm-1 debemos realizar un factor de conversión de tal forma que:

A

2

=-5.60196×10-8 Pa-1

Para calcular el segundo coeficiente de Virial B 2 lo obtendremos a partir de la siguiente ecuación: B2 = A2RT B2= −137.307cm3/mol 4. Consultar en la bibliografía cuál es el concepto de fugacidad, y explicarlo. El término de fugacidad está estrechamente relacionado con la idealidad de un gas, cuanto más próximo se encuentre a 1 mayor será el comportamiento de idealidad de nuestra sustancia. lnγ=

B2 P RT

f =γP

Calcular la fugacidad en las condiciones experimento y en el último punto.

iniciales

del

a) Condiciones iniciales: γ =e

A2 × PRinicial

−8

−5.60196 × 10 ×32.772

=e

=0.999

= f= = xxx =0,999x 32.772 tm =32.739 atm b) Condiciones finales: −8

γ =e A × PRfinal =e−5.60196 × 10 2

×9.359

=0.999

=x f=x =x =0.999x9.359 tm =9.358 atm En la tabla Excel, he calculado la fugacidad de las demás condiciones, quedándose:

5. Los valores de B 2 recogidos en bibliografía para CO2 a 7⁰C, 27.0 ⁰C y 47⁰C son: -146,-126,-108 cm 3/mol, respectivamente. Suponiendo que B 2 varía linealmente con T en este intervalo de temperatura, y conociendo B 2 (que se ha calculado antes) obtener el valor teórico de la

temperatura de trabajo por interpolación y compararlo con el experimental. La temperatura, tiene que estar en kelvin, por lo tanto: 7⁰C → 7+273=280K ⇒ B2= -146 cm3/mol 27.0⁰C→27+273= 300K ⇒ B2= -126 cm3/mol 47⁰C→47+273=320K ⇒ B2= -108 cm3/mol

Representamos T (K) frente a B2→

La recta que obtenemos: y = 0.95 x -411.667 Donde la y es el segundo coeficiente del virial, B 2, que hemos calculado en el apartado anterior; y = −137.307cm 3/mol ⇒

−137.307=0.95 x−411.667 ❑ x=

−137.307 + 411.667 ⇒ ❑ x=288.8 (K) 0.95

Para calcularlo en ⁰C ⇒ 288.8-273=15.8 ⁰C La temperatura experimental ha sido de 22⁰C.

6. Consultar en la bibliografía el coeficiente de JouleThompson. Obtener el coeficiente de Joule-Thompson a partir de la siguiente expresión.

Utilice Cp, m de bibliografía a la temperatura del experimento (especificar en el informe de prácticas, esta bibliografía utilizada). Obtenga la variación de B 2 con la T, d (B2)/dT, a partir del ajuste con los 3 datos B2-T bibliográficos del apartado anterior. Discutir el signo del coeficiente obtenido. La capacidad calorífica molar se calcular de la siguiente manera:

C p , m= A+ Bt+C t2 + D t3 +

E t2

(295) =0.295 1000

Donde el valor de t es:

t=

Sabiendo también que

d B2 ≡ es la pendiente de valor=0.95 dT

Para buscar el valor de las constantes, usaremos los datos propocionados por el profesor en la página: https://webbook.nist.gov

2 3 C p , m=24.997+55.187× ( 0.295 )+ (−33.69) × ( 0.295 ) +7.948 × 0.295 −

0.1366 2 0.295

C p , m=36.98 J 1

μJT = 36.98

J mol ∙ K

[

295 × 0.95

]

cm 3 cm3 K ∙cm 3 −−137.307 =11.29 mol mol mol ∙ K

¿Cómo se llama el punto en el que la variación del coeficiente de Joule-Thompson cambia de signo? Para qué se utiliza este punto. Se llama punto de inversión, pasa de signo positivo a negativo, en el punto de inversión, µJT=0. Para una presión constante, un gas tendrá una temperatura de inversión de Joule-Thomson (Kelvin), sobre la cual al comprimirse el gas causa un aumento de temperatura, y por otro lado, la expansión del gas causa un enfriamiento. En la mayoría de los gases, a presión

atmosférica esta temperatura es bastante alta, mucho mayor que la temperatura ambiental, y por ello la mayoría de los gases se enfrían al expandirse. En un sistema de refrigeración, ¿qué interesa, un coeficiente de Joule-Thompson positivo, negativo o cero? Si µJT0 → disminución de la temperatura 7. Calcular el número de veces que se podría repetir la práctica si el cilindro a fecha de compra disponía de 15 kg de CO2. Los

moles

usados

en

el

experimento

eran:

−3

n=

PV 32.772×169.8 ×10 = =0.2834 mol CO 2 ZRT 0.808 × 0.082 × 295

Calculamos 3

el

15 ×10 g C O2 ×

número

1 mol C O 2 44 g CO2

Número de veces:

de

moles

que

tiene

la

bala:

=340.91mol

340.91mol =1203.9 ≅1203 veces 0.2834 mol

8. La bala de CO2 utilizada es un gas licuado a alta presión, mientras que las balas normales de otros gases son gases a alta presión. Buscas las diferencias entre ambos tipos de balas.  Bala: gas comprimido, solo un gas. Tiene aproximadamente 200 bares de presión. Colocamos un regulador de presión que sirve para regular la presión de la bala, tenemos dos medidores de presión; uno externo y otro interno y así podemos ver lo que hemos gastado.  Gas licuado: como es gas licuado, tenemos por una parte gas y por otra líquido. La presión en la fase gaseosa siempre es la misma y por lo tanto no podemos saber cuánto hemos gastado....