Instituto Politcnico NacionalEscuela Superior de Ingeniera
Mecnica y Elctrica.Ingeniera en Comunicaciones y
ElectrnicaLaboratorio de Qumica AplicadaPractica no.2 Determinacin
del peso molecularGrupo: 2CM3Ayala Ramrez Luis ngel Hernndez
Caballero Jair DanielTllez Anzaldo Ivn Gabriel Lpez Campos Andrs
T.Osorio Santos KarinaAnzures Andrade Cyntia IvetteProfesor: Dr.
Antonio Hernndez Espejel27/Abril/2015Objetivo: Determinar el peso
molecular de un gas con datos experimentales a partir de la Ecuacin
General del Estado Gaseoso y la de Berthelot.Consideraciones
tericas: LEYES DE LOS GASESPRESIN, VOLUMEN Y TEMPERATURA.Las
molculas de los gases se mueven continuamente debido a la
temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, con ms velocidad se
movern las molculas. Pero la temperatura no se mide en la escala
normal de temperaturas, la escala Celsius o Centgrada, sino en una
escala especial llamada escala Kelvin o escala absoluta. A -273C
las molculas estaran quietas. Por eso no puede haber una
temperatura ms baja. En la escala Kelvin, 0 K equivale a -273C. Y
no pueden existir temperaturas inferiores, as que no pueden existir
temperaturas negativas. Para pasar de una escala a otra basta sumar
o restar 273. As, 100C sern 100 + 273 = 373K y 500K sern 500 - 273
= 227C. Es en esta escala de temperatura en la que deberemos medir
siempre la temperatura de un gas. Las molculas de gas ocupan un
volumen y en l se mueven y desplazan.Aunqueen el Sistema
Internacional el volumen se midaen m3 (metros cbicos), cuando se
trata de gases el volumen que ocupa se mide en litros (l). Pero no
hay que olvidar que 1 litro equivale a 1 dm3 (decmetro cbico), es
decir, que 1000 son 1 m3. Como las molculas de gas se estn
moviendo, chocarn con el recipiente que las contiene (y entre s,
claro). Al chocar, ejercern una presin, otra Ley de Boyle establece
que la presin de un gas en un recipiente cerrado es inversamente
proporcional al volumen del recipiente. Esto quiere decir que si el
volumen del contenedor aumenta, la presin en su interior disminuye
y, viceversa, si el volumen del contenedor disminuye, la presin en
su interior aumenta.V_1 P_1=V_2 P_2.La ley de BoyleLa ley de Boyle
permite explicar la ventilacin pulmonar, proceso por el que se
intercambian gases entre la atmsfera y los alvolos pulmonares. El
aire entra en los pulmones porque la presin interna de estos es
inferior a la atmosfrica y porlo tanto existe un gradiente de
presin. Inversamente, el aire es expulsado de los pulmones cuando
estos ejercen sobre el aire contenido una presin superior a la
atmosfrica De la Ley de Boyle se sabe que la presin es directamente
proporcional a la temperatura con lo cual la energa cintica se
relaciona directamente con la temperatura del gas mediante la
siguiente expresin: Energa cintica promedio=3kT/2.Donde k es la
constante de Boltzmann. La temperatura es una medida de energa del
movimiento trmico y a temperatura cero la energa alcanza un mnimo
(el punto de movimiento cero se alcanza a 0 K).
Ley de Charles La ley de Charles establece que el volumen de un
gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta,
asumiendo que la presin de mantiene constante. Esto quiere decir
que en un recipiente flexible que se mantiene a presin constante,
el aumento de temperatura conlleva un aumento del volumen.V_1/P_1
=V_2/P_2. Ecuacin General de los Gases.En las leyes de los gases,
la de Boyle, la de Charles y la Gay-Lussac, la masa delgas es fija
y una de las tres variables, la temperatura, presin o el volumen,
tambin es constante. Utilizando una nueva ecuacin, no solo podemos
variar la masa, sino tambin la temperatura, la presin y el volumen.
La ecuacin es: PV = nRT. Principales Ecuaciones de Estado para
Gases Reales La primera y ms sencilla ecuacin de estado, es la
ecuacin para el gas ideal, que proviene de la combinacin de dos
leyes: la ley de Boyle y la de Gay-Lussac o Charles. La expresin de
esta ecuacin es: Esta ecuacin conduce a conclusiones irreales con
relacin al gas ideal. Como porejemplo a 0 K de temperatura y presin
constante, el volumen es cero; as mismo, el volumen tiende a cero
cuando la presin se hace infinitamente grande. Estas predicciones
no corresponden al comportamiento observado de los gases reales a
temperatura bajas y altas presiones .En la prctica esta ecuacin se
puede utilizar como una aproximacin (error del5%). Esta ecuacin es
ms precisa cuando la temperatura est sobre la temperatura crtica y
la presin bajo la presin crtica .Para exponer las desviaciones
entre un fluido ideal y el real, se ha definido el factor de
compresibilidad Z, dado por la siguiente expresin: Para gas ideal
Z=1 y es independiente de la temperatura y presin; para gases
reales Z es funcin de la temperatura y presin y puede tomar valores
entre 0 e infinito.Aplicando las condiciones crticas (Pc, Tc yVc)
al factor de compresibilidad Z, se obtiene el factor de
compresibilidad crtico, el cual est definido por la siguiente
expresin: Ecuacin de Van der Waals Esta ecuacin es la ms conocida y
corrige las dos peores suposiciones de la ecuacin el gas ideal:
tamao molecular infinitesimal y ausencia de fuerzas
intermoleculares. La ecuacin es: Ecuacin de BerthelotLa ecuacin de
estado de Berthelot es ligeramente ms compleja que la ecuacin de
Van der Waals. Esta ecuacin incluye un trmino de atraccin
intermolecularque depende tanto de la temperatura como del volumen.
La ecuacin tiene la siguiente forma: Aplicando las condiciones del
punto crtico se determinan los parmetros a y b, obtenindose: Esta
ecuacin al igual que la de Van der Waals predice un valor para Zc
igual a 0.375, por lo que no es aconsejable utilizar cerca del
punto crtico. Para suplir esta deficiencia para utilizar la ecuacin
de Berthelot cerca del punto crtico, se ha efectuado una
modificacin, la cual se presenta a continuacin: Pm= (m*R*T)/(P*V)
[1+((9P*Tc)/(128T*Pc))(1-6Tc^2/T^2 ) ] donde: Tr = T/Tc temperatura
reducida, Pr = P/Pc presin reducida. Para esta ecuacin el factor de
compresibilidad crtico tiene un valor de 0.28, el cual se acerca
bastante al valor promedio experimental de Zc para la gran mayora
de los gases no polares.Desarrollo Experimental:1. Monte el aparato
como se muestra en la figura 1, introduzca un pedazo de algodn en
el fondo del tubo A para evitar que se rompa al dejar caer la micro
botella que contiene la muestra.
Figura 1
2. Calentar a ebullicin el agua contenida en el matraz (el nivel
tocara ligeramente el tubo A) cuyo tapn deber tener una salida para
el vapor. Estando en ebullicin, ponga el nivel del agua contenida
en las pipetas de manera que el punto C indique cero. Esto se puede
lograr subiendo o bajando una u otra pipeta.
3. Introduzca la micro botella abierta que contiene la muestra
(de una a dos gotas, previamente pesadas) en el tubo A y conecte el
codo B inmediatamente, presionando para evitar fugas. Procure hacer
la operacin lo ms rpido posible.
4. Anote el mximo volumen desplazado en la pipeta C, esto ser
cuando todo el lquido en la micro botella haya pasado al estado
gaseoso.5. Quite la manguera que une a B con C y tome la
temperatura del espacio libre en la pipeta C.
Material y reactivos:MATERIALREACTIVOS
1 Matraz de baln de fondo plano de 500 cm3 con tapn de hule
bihoradado. 1 Tubo de vidrio de 20 a 35 cm de longitud cerrado en
un extremo. 1 Codo de vidrio de 90. 2 Pipetas graduadas de 10 cm3.
1 Mechero, anillo y tela c/asbesto. 1 Pinza doble para bureta. 1
Termmetro. 1 Micro botella. 1 Balanza digital. Tubera de hule.
Algodn. Cloroformo (CHCl3). Tetracloruro de carbono (CCl4).
Clculos1. Anote sus resultados experimentales
obtenidos:mmuestra2.1grs 2.3grs = 0.2grs
T26
VDesplazado4.6
2. Considerando el comportamiento ideal, calcule el peso
molecular de la sustancia problema (CCl4).P VAPOR DEL AGUA (mmHg)T
(C)
26.827
28.328
30.129
31.830
33.731
35.732
37.733
39.934
PM = m / n =====> PM = (2.1 grs) / ( 0.13mol) = 16.15 gr/mol.
PM=RTm/PV (0.082 atm*L/mol * K)(299.15k)(0.2gr) / (0.73 atm)(4.6L)
PM = 1.46 gr/mol. PV = (m/M) RT
m/PM=(0.73 atm)(4.6 L) / (0.082atm*L/mol * K)(299.15K)= 0.13mol
P = 585 mmHg P VAPOR DE AGUA3. A partir de los pesos atmicos
determine el peso molecular de la sustancia problema.
PM= CCl4 C = 12 * 1 = 12 154 grs/mol
Cl = 35.5 * 4 = 142
4. Calcule el peso molecular con la ecuacin de Berthelot.
PM=mRTPV1+9PTC128PCT(1-6TC2T2) PMCCL4 = 0.02gr * 0.08205 * 299.15K
* .73 atm * 4.6L 1 + 9 (39.48atm)*(532.6k) PMCCL4= g/mol
PMCHCL3=0.02gr * 0.08205 * 299.15K *.73 atm * 4.63L 1+
9(53.79atm)*(536.3K)= PMCHCL3 = 259629.8415g/molCCl4: tc = 532.6kPc
= 39.48 atmCHCl3: tc = 536.3k Pc = 53.79 atm
5. En su clculo, hizo una correccin a la presin. Por qu se hace
esta correccin?La presin tiene que ser la presin normal menos la
presin del agua dividida entre la presin de 760 mmhg.6. Entre el
peso molecular obtenido considerando comportamiento ideal y con la
ecuacin de Berthelot, Cul fue el ms prximo al calculado por los
pesos atmicos? El peso molecular con el comportamiento
ideal.Observaciones Anzures Andrade Cyntia IvetteEn la prctica
notamos que el peso de la muestra variaba el volumen desplazado y
la temperatura se mantena constante. Osorio Santos KarinaEn el
experimento observamos que conforme la temperatura aumentaba el
volumen variaba en la segunda pipeta, ya que se desprendi el gas
(CCl4) por el tubo de vidrio, y as es como se obtuvo a realizar los
clculos necesarios para sacar el peso molecular del gas con dos
mtodos. Ayala Ramrez Luis ngelAl introducir el CCl4 en el tubo con
la micro botella se pudo observar que este cambi su estado de
lquido a gas expandiendo su volumen. Al introducir la micro botella
con la sustancia esta no deba estar completamente cerrada ni
tampoco muy abierta ya que como son sustancias muy voltiles se
evaporara muy rpido haciendo que el experimento fallase. Pero una
vez que se votara el tapn el volumen del gas pasara por todo el
sistema cerrado para as calcular el volumen y su temperatura del
agua en la pipeta. Hernndez Caballero Jair DanielSe pudo observar
el mtodo para obtener el peso molecular de un gas y que el volumen
que se encuentra en las pipetas suele aumentar de acuerdo a la
cantidad de sustancia que agregamos. Observamos un proceso en el
cual el gas al consumirse dentro del tubo de cristal; calentado por
medio de la ebullicin de agua hace que aumente tanto el volumen
como la presin de tal forma que la cantidad de agua que se
encuentra en la probeta numero 2 aumenta su nivel. Tllez Anzaldo
Ivn Gabriel El cloroformo y el tetracloruro de carbono son
voltiles, por lo tanto debemos cerrar bien la micro botella para
evitar que se evapore.Si se deja pasar tiempo en el momento de
introducir la micro botella y en sellar el matraz de baln puede
causar una medicin errnea en el volumen desplazado en la
pipetaDependiendo de la sustancia ser el volumen desplazado en el
modelo. En este caso se observ que influyo a masa de la sustancia y
su peso molecular.Lpez Campos Andrs T.Al momento de desarrollar la
prctica pudimos ver la reaccin que tuvo el experimento al momento
de ingresar la micro botella con la muestra, debido a que esta
muestra tiene un punto de ebullicin demasiado bajo lo hicimos con
precaucin esperando poder notar la reaccin la cual fue muy rpida y
poco notable.ConclusionesAnzures Andrade Cyntia IvetteAl dejar la
mezcla totalmente tapada no haba manera de que se obtuviera el
desplazamiento.Osorio Santos Karina Se comprob que La Ecuacin
General del Estado gaseoso es ms fcil obtener el peso molecular que
con la de Bertherlot. El peso Molecular se usa mucho para
diferentes clculos en este caso interfiere, el volumen, la
temperatura y la presin. Adems de que los resultados pueden variar
por la instrumentacin que se us. Ayala Ramrez Luis ngelCon esta
prctica y con los experimentos en ella pudimos obtener el peso
molecular por medio de la Ecuacin de Berthelot y con La Ecuacin
General del Estado Gaseoso, siendo esta ltima la forma ms fcil para
determinar el peso molecular del gas. Tambin teniendo en cuenta que
los resultados pueden ser diferentes debido al material y el buen o
mal procedimiento de la prctica.Hernndez Caballero Jair DanielEn
esta prctica se llevo a cabo obtencin del peso molecular por medio
de la Ecuacin de Berthelot. Observamos que los datos los obtenamos
del sistema que hicimos, el cual consista en dejar salir vapor de
un matraz mediante una pipeta, esto sirvi para determinar el
volumen.Tllez Anzaldo Ivn Gabriel Los valores obtenidos en forma
experimental del peso molecular de los gases fue diferente con
respecto a los valores obtenidos con las ecuaciones precisas para
determinarlo aunque no variaron mucho los resultados se puede notar
que hay formas ms exactas de poder obtener los pesos moleculares.
Podemos concluir entonces, que utilizando este experimento es
posible estimar de forma sencilla el peso molecular de un gas.Lpez
Campos Andrs T.En la prctica empleamos los conocimientos obtenidos
durante las clases tericas, al obtener el peso molecular de nuestra
muestra el volumen y la presin a diferente temperatura as como la
temperatura en la que la muestra reacciono.Bibliografa Qumica, 6
edicin, Raymond Chang, Mc Graw Hill, pgs. 173-179. Qumica General,
1 edicin, Umland Bellama , International Thomson, pgs. 259-264.
Qumica, Octava edicin, Kenneth W. Whitten, Raymand E. Davis, M.
Larry Peck, George G. Stanley; Cengage Learnig, pgs. 408-415.