DENSIDAD Y HUMEDAD DEL AIRE ATMOSFÉRICO

DENSIDAD Y HUMEDAD DEL AIRE ATMOSFÉRICO

(Método de Regnault Y método Psicométrico)

DENSIDAD Y HUMEDAD DEL AIRE ATMOSFERICO

I. OBJETIVOS.

* Determinar la densidad, humedad, la composición y la masa molecular del aire atmosférico por el método Regnault.

* Determinar el porcentaje de humedad relativa, la humedad, la composición, la masa molecular y la densidad del aire atmosférico por el método psicométrico.

II. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA

Cerca de la superficie terrestre la atmósfera seca (sin vapor de agua) está compuesta en un 99% de su volumen por nitrógeno (78.1%) y oxígeno (20.9%). El 1% restante se reparte entre un conjunto de otros gases, entre los cuales destacan el argón (A) con una concentración de 0.93%, el anhídrido carbónico (CO2) con 0.033% y otros como el neón (Ne) y el helio (He) con concentraciones aún menores.

Aparte de estos gases, que mantienen una concentración más o menos constante en los primeros 80 km sobre la superficie, la atmósfera terrestre contiene también una concentración variable (entre un 1% y 4% del volumen total) de vapor de agua (H2O). Este se incorpora a la atmósfera mediante el proceso de evaporación desde la superficie, y es removido de ella mediante el proceso de condensación en las nubes, y posterior precipitación en forma líquida (lluvia) o sólida (nieve o granizo).

A esta mezcla se le puede agregar, de acuerdo a las condiciones ambientales, una cierta proporción de vapor de agua. Este es simplemente agua al estado gaseoso. Como la suma de las proporciones de los gases seguirá dando 100%, el agregado de vapor de agua hará que Ia proporción de los otros gases disminuya. En la Tabla, como no se ha dado ninguna proporción de vapor de agua, se está hablando de aire seco.

- Presión atmosférica. La MASA de aire que rodea la tierra ejerce, al nivel del mar una PRESION de 1,033 kg/cm2 que, medida en un manómetro de mercurio, equivale a una columna de 760 milímetros. Por eso se habla de:

1 Atmósfera (atm) = 760 mm Hg = 1,033 kg/cm2

- Presión parcial. Estos 760 mm Hg son la SUMA de las presiones que ejercen CADA uno de los gases en el aire. En base a eso, y sabiendo la PROPORCION de cada gas, será fácil calcular la presión parcial. El oxígeno, por ejemplo, que tiene una proporción, en el aire atmosférico, de 20,98%, tendrá una presión parcial de:

100%............ 760 mm Hg

20,98%............ x = 159,44 mm Hg

Este mismo cálculo se puede hacer para todos los gases y son una forma de expresar la concentración de un gas. Las concentraciones de los gases, expresadas como presiones parciales se pueden encontrar, para el aire seco, en la segunda columna de la tabla.

- Gases en una solución. Las expresiones anteriores son fácilmente entendibles para las mezclas de

gases, pero ¿cómo está el oxígeno, por ejemplo, en el agua?

Tomemos un tanque de oxígeno y, por medio de un tubo, hagámoslo burbujear en un recipiente con agua. Del oxígeno que viene del tanque, parte “entra” en el agua, formando una solución en agua y O2, y parte regresa a la atmósfera. El O2 estará disuelto en el agua, como lo puede estar el Na+, el Cl- o cualquier

otro soluto. Una diferencia es que, si uno intenta agregar mucho NaCl a una solución, llegará un momento en que la solución se satura y aparece, en el fondo, un precipitado de NaCl. Si uno sigue burbujeando O2 en el agua, la concentración de O2 llega a un máximo, no se puede “meter” más O2 y todo el oxígeno que burbujeamos se va al aire. Se llega, entonces, a un equilibrio donde la cantidad de O2 que entra es igual a la que sale. En otros términos, la PRESION del O2 de la atmósfera al agua se ha hecho igual a la PRESION del O2 del agua a la atmósfera.

La concentraciónmáxima o de saturación que un gas puede alcanzar al formar una solución acuosa está determinada por la ley de henry, que dice: Ceq( i) = a . Pi

donde Ceq (i) es la concentración de equilibrio del gas i, Pi es la presión de ese gas y a es el coeficiente de solubilidad de ese gas en el agua, a una temperatura determinada. El coeficiente a nos indica cuantos moles o milimoles de O2, CO2 o el gas que sea, se disuelven, en un volumen dado, por cada cada unidad de presión. Entonces: a = mmol . L-1 .atm-1. Para nuestro experimento, el coeficiente de solubilidad del O2 en el agua, a una temperatura de 37°C, de 1,2 mol . L-1 .atm-1.

Como la presión de equilibrio es de 1 atm, la concentración que el O2 alcanza en esa solución es:

Como se ve, aunque hay un razonamiento diferente, los gases forman, en agua, soluciones cuya concentración, en MOLES/LITRO, tambiénm es posible obtener.

El aire seco está constituido por los componentes especificados en la tabla I.

TABLA N0 I: EL AIRE SECO Y SU COMPOSICION PROMEDIO

COMPONENTE | %(V/V) |

nitrógeno | 78.03% |

argón | 0.94% |

oxigeno | 20.99% |

Dióxido de carbono | 0,03% |

H2,Ne,He,Kr,y Xe | 0,01% |

Valores recomendados para el cálculo de combustión y otros

gas | % en volumen | % en peso | Peso molecular |

Nitrógeno atmosf. oxigeno | 7921 | 76.8023.20 | 28.1632.00 |

TOTAL | 100 | 100.00 | |

* Peso molecular (promedio) del aire seco= 28.97 g/mol

* La densidad del aire seco a condiciones normales (101325 pa y 273,15 k) es 1.293 g/L

* La masa molecular del vapor de agua es 18.015 g/mol

Considerando una mescla ideal de aire atmosférico, a partir de su masa molecular(Maa),podemos determinar su contenido de aire seco(Yas) y de vapor de agua(Yw) utilizando la siguiente fórmula:

Maa=Mas Yas + MwYw

1= Yas + Yw

La masa molecular del aire atmosférico(Maa), considerada como una mescla gaseosa que se comporta idealmente se determina a la temperatura absoluta T y a la presión absoluta P , mediante la siguiente:

Maa = ρaa (RT/P)

La densidad del aire atmosférico (ρaa) puede determinarse por el método de regnault , que requiere conocer la masa de un determinado volumen de aire atmosférico a una determinada temperatura T y presión P . Paraello , se pesa un balón en el que se halla hecho vacío previamente, luego se llena con el gas cuya masa molecular se desea determinar y finalmente se determina el volumen del balón llenándolo con agua destilada y con mercurio para luego pesarlo. Y luego se requiere seguir la siguiente secuencia de cálculo:

* Determinar el volumen del balón, que es igual al volumen de agua(Vw) e igual al volumen de aire atmosférico(Vaa).

Vaa= (m3 – m1)/ρw

Donde: m3 es masa del balón

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