Practica 2 Determinacion Peso Molecular

MARCO TEÓRICO. En ciertas condiciones de presión y temperatura, es posible que la mayoría de las

sustancias existan en alguno de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Por

ejemplo, el agua puede estar en estado sólido como hielo, en estado líquido como agua o en

estado gaseoso como vapor.

Las propiedades físicas de una sustancia dependen a menudo de su estado.

Los gases, son en diversos aspectos mucho más sencillos que los líquidos y los

sólidos. El movimiento molecular de los gases resulta totalmente aleatorio, y las fuerzas de

atracción entre sus moléculas son tan pequeñas que cada una se mueve en forma libre y

fundamentalmente independiente de las otras. Sujetos a cambios de temperatura y presión,

los gases se comportan en forma más previsible que los sólidos y los líquidos. Las leyes

que norman este comportamiento han desempeñado una importante función en el desarrollo

de la teoría atómica de la materia y la teoría cinética molecular de los gases las cuales

mediante el uso de la ecuación general del estado gaseoso nos permitirá conocer la

densidad o la masa molecular de cualquier gas con una increíble aproximación.

Para efectos prácticos es importante conocer el peso molecular, ya que es necesario

para realizar balanceos de masa, en una fábrica se utilizan mucho los pesos moleculares

para saber qué cantidad de producto se genera en un día, por ejemplo.

Para determinar el Peso molecular de un gas, puede hacer uso de los siguientes

métodos:

Aplicando la ecuación general del estado gaseoso (Víctor Mayer).

Aplicando la ecuación de Berthelot.

Ecuación General del Estado Gaseoso (Gases ideales)

Sabemos que la ecuación para los gases ideales es:

Considerando que el número de moles n, puede calcularse con la relación:

Reescribiendo la ecuación de los gases ideales, tenemos que:

A partir de aquí, el químico alemán, Víctor Mayer, puedo determinar la densidad de

algunos gases y la composición de ellos determinando también su peso molecular M.

Si despejamos V del lado izquierdo de la ecuación:

Conociendo que donde es la densidad, fácilmente puede obtenerse la

densidad de vapor de un gas.

La densidad, es importante en la industria, ya que para el control de calidad,

partiendo de esta sencilla ecuación puede conocerse la composición de por ejemplo, el gas

contenido en un refresco, en una bolsa de papitas, etc. Y corroborar si el producto puede ser

comestible o no, pues al obtener el Peso molecular del gas, se sabrá si el reporte del

contenido del producto es realmente el que se muestra.

Para la práctica de laboratorio, nuestro objetivo fue conocer el peso molecular de

una sustancia (cloroformo en algunos casos y tetracloruro de carbono en otros) sin tener la

densidad, aplicando la siguiente ecuación:

Donde M, es el peso molecular del gas, m es la masa de la muestra, R es la

constante universal de los gases ideales, T es la temperatura absoluta y V el volumen que

ocupa el gas.

(Todos estos datos pudieron determinar en el experimento del laboratorio).

NOTA: la presión que se maneja en la ecuación no es la presión atmosférica, sino una diferencia entre

la presión de vapor de agua y la presión atmosférica. En el desarrollo de la práctica se dirá el porqué.

DEMOSTRACION DE LA ECUACION DE BERTHELOT.

La ecuación de Berthelot es en cierta forma, algo compleja, pero representa una mayor

exactitud, puesto que considera el comportamiento del gas real, y no desprecia las fuerzas

de atracción intermoleculares.

Berthelot parte de la combinación de la ecuación de Van der Waals y Clausius. Para llegar

a dicha ecuación, Berthelot considera lo siguiente:

* + ( )

Nosotros para simplificar la demostración, trabajare con una base de 1 mol.

* + ( )

Si realizamos el producto:

Considerando que hasta presiones moderadamente bajas el volumen es elevado; y si se

eleva al cuadrado, es aún más alto y que el producto de a por b es pequeño se puede

despreciar el valor de

Reescribiendo la ecuación:

Ahora bien, si en el lado izquierdo de la ecuación sustituimos el valor de V por RT/P, el

cual le correspondería si y solo si el gas se comportase como ideal (lo cual no sucede)

aunque con una muy buena aproximación, se tienen que:

Lo cual Implica que:

Si factorizamos RT de la ecuación:

[ ]

Si a, b y R , son sustituidas por sus valores en las ecuaciones empíricas

Reduciendo ecuación de Berthelot:

* +

[ ( )]

Sustituyendo ecuaciones empíricas:

[ * + [

]]

Simplificando la ecuación:

[ * + *

+]

[ ( ) * + (

) * +]

[ ( ) * + *

+]

[ ( ) * + *

+]

[ ( ) * + *

+]

Sea Z, el producto a reducir:

[ ( ) * + *

+⏟ ]

Simplificando Z de izquierda a derecha:

( ) ( ) ( )

[ ( ) * +]

Factorizando :

[ * ( )+ [ ]]

[ [ ]]

Si factorizamos de la última ecuación

[ * +]

[ * +]

Por lo tanto…

Para cualquier número de moles:

[ * +]

Si , entonces:

[ * +]

Despejando M:

[ * +]

Formula que se usara aplicando los datos obtenidos en el laboratorio para calcular de otro

modo el peso molecular del gas.

PRACTICA #2

DETERMINACION DEL PESO MOLECULAR…

Cantidad Materiales

1 Matraz de balón de fondo plano de 500 cc con tapón 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 0 a 10 cc

1 Mechero, anillo y tela con asbesto.

1 Pinza doble para bureta.

1 Termómetro.

1 Microbotella.

1 Balanza digital.

--- Tubería de hule.

1 pedazo. Algodón.

Reactivos

Cloroformo ( ) Tetracloruro de Carbono ( )

PROCEDIMIENTO:

1. Se montó el instrumental justo como se indica en la figura 1, se debía introducir un

pedazo de algodón en el fondo del tubo A, pero este ya estaba preparado y se coloca

para evitar que se rompa al dejar caer la microbotella que contiene la muestra.

Matraz redondo de fondo plano

Pinzas dobles

Pipetas graduadas

Tubo de vidrio

Tubería de hule

Aquí se deja caer la

microbotella destapada

Primero, una vez colocado el instrumental en su lugar, se ajustaron las probetas

para que quedaran a nivel, la probeta que está conectada directamente a la salida de vapor

de la muestra del matraz se enrasó (aforó) con 0.

Se calentó el agua que se puso en el matraz de fondo plano hasta el punto de

ebullición, mi equipo y yo esperamos a que la temperatura del agua ascendería hasta los

90°C para comenzar a observar el incremento de la temperatura y anotar en que momento

comenzaba el agua a hervir, justo como se esperaba, las burbujas de agua rompieron la

tensión superficial (uno de los indicadores de la ebullición del agua) a los 92°C

aproximadamente, el punto de ebullición del agua en el DF.

Una vez el agua en su punto de ebullición, se dejó caer rápidamente la microbotella

dentro del tubo de vidrio, después se volvió a colocar la manguera al tubo de vidrio para

evitar pérdidas del gas de muestra, en nuestro caso fue el Cloroformo, el cual previamente

se pesó en la báscula analítica.

Para saber cuál fue el peso de la gota que se usó como muestra, se hicieron los

siguientes cálculos:

Cuando la temperatura dentro del matraz aumento, dentro del tubo donde estaba la

muestra, también lo hizo y esto provoco que la muestra se evaporara, al evaporarse, el gas

se expandió a lo largo del tubo de vidrio y la conexión entre dicho tubo y la probeta aforada

en cero, siendo así que la presión ejercida por el gas sobre el agua contenida en la probeta,

desplazó el volumen del líquido, obteniendo una diferencia de volúmenes, lo que nos

permite calcular el volumen del gas y poder aplicar la ecuación de los gases ideales

(método de Víctor Meyer) o bien la ecuación de Berthelot (para gases reales a bajas

presiones).

Para conocer la temperatura a la que se encontraba la muestra solo se introdujo el

termómetro, no en la probeta, como se indica en el instructivo de la práctica, sino en la

manguera de plástico. Los resultados obtenidos están en la siguiente página…

Masa de la gota 0.020 g

Temperatura de la muestra 26°C

Volumen desplazado 5.6 ml

Datos para una muestra de cloroformo.

Para poder realizar el cálculo del peso molecular, nos hacía falta la presión, esta se

encuentra fácilmente con una diferencia , la presión de vapor, por el

contrario, viene dada por unas tablas en las cuales se enlistan valores para cierta

temperatura, como mi equipo y yo registramos una temperatura de 26°C, la presión de

vapor correspondiente a esa temperatura es de 25.209 atm (esto es para el agua, la cual se

encontraba en el matraz).

La presión atmosférica en el DF, es aproximadamente 585 mmHg, esta presión

tuvimos que convertirla a atmosferas.

Una vez que logramos conseguir los datos, por cuestión de tiempo, solo pudimos

calcular la masa molecular del gas con la ecuación de los gases ideales (o método de Víctor

Meyer), aunque fue con una ecuación para un gas ideal, los resultados fueron muy precisos.

A continuación se muestran los cálculos y conversiones, sin incluir la manera en la

que se encontró la masa de la muestra, pues eso se colocó anteriormente.

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