Determinación De La Masa Molar Y La Densidad De Un Gas, Caso Butano Objetivo:
Determinación Determinac ión de la masa molar y la densidad de un gas, caso butano
Butano: El butano comercial es un gas licuado, obtenido por destilación del petróleo, compuesto principalmente por butano normal (60%), propano (9%), isobutano (30%) y etano (1%). La principal aplicación del gas butano (C4H10) es la del combustible en hogares para la cocina y agua caliente, y en los mecheros de gas. No suele consumirse en grandes cantidades debido a sus limitaciones de transporte y almacenaje. Su fórmula estructural es: Color: incoloro. Olor: sustancia inodora cuando es pura. Por lo que se le añade otra sustancia (normalmente el metil mercaptano) de olor característico con motivo de evitar accidentes. Densidad relativa de vapor (aire=1): 2,1 Solubilidad en agua: 3,25 ml/100 ml a 20 °C Punto de ebullición: -1 °C Punto de fusión: -138 °C Peso molecular: 58,1 u Poder calorífico superior: 49.608 kJ/kg aprox. Entalpía de combustión= -687,4 kcal/mol (el signo indica que cede energía) El butano, a presiones cercanas a la presión atmosférica y temperaturas alejadas de su punto de ebullición se comporta en forma similar a un gas ideal, por lo que podemos estudiarlo utilizando la ecuación de estado de los gases ideales: Donde P es la presión absoluta del gas, V el volumen, n el número de moles, R la constante universal de los gases, T la temperatura absoluta, m la masa del gas y M la masa molecular del gas. Para determinar la densidad y masa molecular del butano, se pueden medir distintos volúmenes de gas de masa conocida a presión y temperaturas constantes. Si el butano se comporta como un gas ideal, graficando la masa del gas en función del volumen a P y T constantes, esperaríamos obtener una recta cuya pendiente sería:
Desarrollo
En primer lugar se buscó una botella de un litro de capacidad en la que el encendedor pudiera ser introducido. Lamentablemente esta no estaba graduada así que se procedió a hacerlo mediante una botella más pequeña de 100ml y una jeringa con la que fácilmente se pudo crear una escala, que aunque no exacta, se procuró hacerlo lo más minuciosamente posible. Una vez lista la botella, se utilizó un encendedor nuevo como fuente del gas butano para el experimento. Antes de comenzar a realizar las mediciones correspondientes se determinó el peso del encendedor inicial (17g). Abajo podemos observar cómo se procedió a realizar el experimento, y como el agua dentro de la botella es desplazada por el gas.
Medición
de
peso
Resultados En base a las 5 mediciones realizadas, se pudo elaborar la siguiente grafica en la que se representan la variación tanto del volumen como de la masa del butano en las distintas mediciones. En base a ella puede obtenerse la pendiente de esta recta. Masa vs Volumen a P y T constantes 18 17 16 15 Masa[g] 14
13
12
11
10
930
940 950 960
970
Volumen[ml]
980 990 1000 Medición Masa
1 (g)
Volumen
2 15
(ml)
3
14.7 980
4
14.3
970
13.9
960
950
5 13.5 940
Como puede apreciarse la grafica representa una variación aproximadamente lineal con lo que podemos calcular una pendiente utilizando por ejemplo los valores de la medición 1 y 5. El
resultado
de
esto
podría
considerarse
como
su
densidad.
La tabla en a la izquierda corresponde a los valores de presión del vapor de agua a diferentes temperaturas, dato que es necesario para calcular la presión absoluta del butano con la siguiente expresión: Donde la presión atmosférica Patm, en la ciudad de México el día del experimento fue de 1,025.06 mb que equivale a 1025.06 hPa. La presión del vapor de agua correspondiente a dicha temperatura, según la tabla de la izquierda es: 12,788 mmHg = 17049.22 hPa lo que da por resultado una presión absoluta del butano de: Pbutano=1025.06 hPa – 17049.22 hPa Pbutano=1602.416 hPa Los siguientes datos también fueron empleados en el cálculo: T = 15°C = 288°K R = 8,31415 J/°K. mol Calculamos
la
molaridad:
Así que comparado con los datos obtenidos de tablas la diferencia no es muy grande ya que varía por poco más de 2 g/mol Conclusiones
En base a este sencillo experimento pudimos obtener la molaridad y densidad del gas butano, realizado con materiales que podemos encontrar en la comodidad de nuestra casa. Se logró alcanzar un resultado satisfactorio ya que pudimos corroborar nuestros resultados con los valores reales y resultó ser que la diferencia es muy poca (casi mínima), esto a pesar de que se emplearon materiales caseros. Fue crucial tener un poco de paciencia y realizar varias mediciones, por ejemplo el peso del encendedor a cada 10ml, esto con la finalidad de no cometer errores que se fueran acarreando y nos dieran resultados falsos. Es importante también tener fuentes de datos confiables de las cuales obtener los datos faltantes para realizar los cálculos (como en el caso de la presión atmosférica y del vapor de agua).
