UNIVERSIDADDEL CAUCA

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES, EXACTAS Y DE LA EDUCACIÓNDEPARTAMENTO DE QUIMICA

ÁREA FISICOQUÍMICA

Practicas de Laboratorio de Cinética QuímicaPractica: VISCOSIDAD DE GASES

Guía No: 08Páginas: 1 a 4

1. INTRODUCCIÓNLa teoría cinética de los gases permite calcular propiedades importantes de los gases partiendo de conocer la frecuencia de colisión, la trayectoria libre media y la masa de las partículas que interaccionan. Experimentando con los fenómenos de transporte de los gases se puede obtener el valor del coeficiente de transporte para cada gas y relacionarlo mediante la teoría cinética con estas propiedades de los gases mencionadas, permitiendo así su cálculo. Los fenómenos de transporte son la conducción térmica, el transporte de energía si existen diferencias de temperatura entre el sistema y sus alrededores, o dentro del sistema; la difusión, transporte de materia cuando hay diferencias de concentración en diferentes regiones de la disolución; y la viscosidad, transporte de momento si existen fuerzas no equilibradas en el sistema. Es este último fenómeno el que se estudiará en esta práctica. Para tener una definición, se considera un fluido que fluye entre dos láminas grandes, planas y paralelas. La velocidad de flujo del fluído es máxima en el centro de las láminas y se reduce a cero en las láminas. Las capas adyacentes de fluido se deslizan unas sobre otras ejerciendo una fuerza de fricción que opone resistencia, esto es lo que da origen a la viscosidad. Esto está descrito por la ecuación 1.

Ecuación 1.

Donde Fy es la fuerza de fricción ejercida por el fluido de movimiento más lento sobre el fluido más rápido, A es el área de una superficie imaginaria entre las láminas, dvy/dx es la gradiente del caudal

y η es la constante de proporcionalidad viscosidad, con unidades de:1P (poise) ≡ 1 dina s cm-2 = 0,1 N s m-2

Macroscópicamente, el coeficiente de viscosidad es una medida de que tan alta es la resistencia a fluir que opone un fluido. Por esto, se puede estudiar utilizando un dispositivo llamado visosímetro de Ostwald, donde se mide el tiempo que tarda un fluido en llegar desde una marca A hasta una marca B, siendo expulsado a través de un capilar por agua que escurre desde un recipiente más alto.Según la ecuación 2, el tiempo que tarda el gas en fluir depende de su coeficiente de velocidad y de una constante k del viscosímetro, la cual depende del radio del capilar la longitud del capilar, presión inicial, presión final, volumen del gas entre las dos marcas y de las variaciones de la presión con el volumen de aire que sale.

Ecuación 2.

La teoría cinética de los gases proporciona la ecuación 3 para el cálculo del coeficiente de viscosidad. M es la masa molar del gas, R es la constante de los gases, T es la temperatura absoluta, NA es el número de Avogadro y d es el diámetro de colisión.

Ecuación 3.

Elaborado por: Revisado Por: Aprobada por: Fecha de Aprobación:

2. OBJETIVO

2.1 Calcular la viscosidad de un gas y relacionar esta propiedad con magnitudes tales como la trayectoria libre media y el diámetro molecular.

3. CONSULTAS PRELIMINARES

3.1 Gases ideales y gases reales.

4. MATERIALES

MATERIAL CANTIDADMangueras de diferentes medidas -Pinzas para bureta 2Frasco lavador 1Termómetro 1Propipeta 1

5. REACTIVOS

SUSTANCIAS* CANTIDADAgua destilada 500 mLGases problema (Hidrógeno, Helio, Oxígeno, Argón, Nitrógeno, etc.) -*Remitir al manual de protocolo de riesgo/ seguridad y fichas técnicas de seguridad.

6. EQUIPOS

EQUIPOS* CANTIDADViscosímetro (Aparato para medir viscosidades de gases. Figura 1) 1Cronómetro. 1* Remitir al manual de protocolo de calibración de equipos

7. PROCEDIMIENTO

Nota: Los distintos gases deben ser conseguidos por los estudiantes con anterioridad, es importante tener aire seco.

7.1 Agregar agua en el instrumento 1 por la parte hasta la marca A.7.2 Posteriormente introducir aire seco por la llave X (el lado contrario a donde se adicionó el agua) hasta que el agua quede sobre la marca B.

7.3 Abrir la llave del capilar y medir el tiempo tab de flujo del aire seco, que lleva el líquido (el agua) a pasar de la marca A a la marca B. Realizar el procedimiento repetidamente hasta tomar cinco medidas o hasta que se acabe el gas. Abrir la llave siempre hasta el mismo punto en cada medición. Asegurarse de que los gases salgan lo suficientemente lento como para alcanzar a medir diferencias de tiempo entre ellos, se puede lograr tapando un poco el capilar con silicona.7.3 Repetir el procedimiento anterior utilizando los gases problemas (oxigeno, nitrógeno, argón, helio, hidrógeno, etc.)Registre la temperatura y la presión del laboratorio.

*Hacer las marcas A y B usted mismo si el viscosímetro no las tiene, que sean las mismas para todos los gases.

Figura 1. Montaje experimental.

8. OBSERVACIONES, CÁLCULOS Y RESULTADOS

8.1 Calcular el valor de η para el aire seco según la ecuación 4.

Ecuación 3.

T debe estar en unidades de Kelvin y el resultado será en poises. A 25 °C el valor es de 183,7 micropoises.8.2 Utilizando el valor de η calculado y tab para el aire seco; calcular k, la constante del viscosímetro.8.3 Calcular los valores del coeficiente de viscosidad para los gases problemas.

8.4 Utilizando la ecuación 3, calcular el diámetro de colisión y a partir de este valor calcular la distancia libre media λ usando la ecuación 4, en donde P es la presión atmosférica. Esto para cada gas.

Ecuación 4.

También se puede aplicar directamente la ecuación 5.

Ecuación 5.

9. PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS

9.1. ¿Qué es flujo laminar?9.2. El flujo del gas a través del capilar se puede calcular mediante la ecuación de Poisiuille. ¿Cuál es ésta ecuación? ¿Cómo se usa?9.3 ¿Cómo podría determinar mediante éste método pesos moleculares?

10. RECUPERACIÓN, DESACTIVACIÓN Y/O ALMACENAMIENTO TEMPORAL DE LOS RESIDUOS QUÍMICOSNo aplica

10.1 RECUPERACIÓNNo aplica

10.2 DESACTIVACIÓN No aplica

10.3 ALMACENAMIENTO TEMPORALNo aplica

11. BIBLIOGRAFÍAAtkins, P. W. (1998). Fisicoquímica. Barcelona: Ediciones Omega S.A p 729-734.

Levine, I. N. (2004). Fisoquímica (5 ed., Vol. 2). Madrid: McGraw-Hill 609-625.

12. AUTORES

Estudiante Margarita Agredo Narváez

Estudiante Marlon Velásquez

Estudiante Juan Alejandro Pérez