ESTADO GASEOSO OBJETIVO GENERAL: Determinar la presión de los gases, obtener los gases CO 2 e hidrógeno y comprobar algunas de sus propiedades, determinar el volumen molar normal del hidrógeno y comprobar la ley de Graham.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
VOLUMEN MOLAR: El volumen molar de una sustancia, simbolizado V m,1 es el volumen el volumen de un mol un mol de ésta. La unidad del Sistema Internacional Internacional de Unidades es el metro cúbico por mol: m3 · mol-1 Un mol Un mol de cualquier sustancia contiene 6,022 · 10 23 partículas. partículas.2 En el caso de sustancias gaseosas sustancias gaseosas moleculares moleculares un
mol
contiene N contiene N A moléculas.
De
aquí
resulta, teniendo en cuenta la ley de Avogadro, Avogadro, que un mol de cualquier sustancia gaseosa ocupará siempre el mismo volumen (medido en las mismas condiciones de presión de presión y temperatura). temperatura). Experimentalmente, Experiment almente, se ha podido podid o comprobar que el volumen que ocupa un mol de
cualquier
gas
ideal
en condiciones
normales (Presión =
1 atmósfera, Temperatura Temperatura = 273,15 K 273,15 K = 0 °C) °C) es de 22,4 litros. litros .3 Este valor se conoce como volumen molar normal de un gas. Este valor del volumen molar corresponde a los llamados gases ideales o perfectos; los gases ordinarios no son perfectos (sus moléculas tienen un cierto volumen, aunque sea pequeño) y su volumen molar se aparta ligeramente de este valor.
PRESIÓN: La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área de área A se aplica una fuerza una fuerza normal F de de manera uniforme, la presión
viene P viene
dada de la siguiente forma: forma :
En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:
Donde
es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se
pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:
Donde: , es la fuerza por unidad de superficie. , es el vector normal a la superficie. , es el área total de la superficie S .
Presión de un gas En el marco de la teoría cinética la presión de un gas es explicada como el resultado macroscópico de las fuerzas implicadas por las colisiones de las moléculas del gas con las paredes del contenedor. La presión puede definirse por lo tanto haciendo referencia a las propiedades microscópicas del gas: Para un gas ideal con
N moléculas,
cada
una de masa m y moviéndose con una velocidad
aleatoria
promedio vrms contenido en un volumen cúbico V las partículas del gas impactan con las paredes del recipiente de una manera que puede calcularse de manera estadística intercambiando momento lineal con las paredes en cada choque y efectuando una fuerza neta por unidad de área que es la presión ejercida por el gas sobre la superficie sólida.
PARTE EXPERIMENTAL: EXPERIMENTO N°1: DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN EN LA SALIDA DEL GAS DE LA TUBERÍA EXPERIMENTO N°2: OBTENCIÓN DEL DIÓXIDO DE LA CARBONO Y CONOCER ALGUNAS DE SUS PROPIEDADES 1. OBJETIVO ESPECÍFICO
Obtener gas de CO2 y conocer su densidad, combustibilidad, solubilidad, entre otros.
2. OBSERVACIONES En el tubo 1:
No se forma ningún sólido.
Al acercar el CO2 obtenido a la llama, se observó una ligera desviación de la llama y el apagado de la llama.
En el tubo 2:
Se forma un sólido blanco.
Perdida del color rojo grosella.
A más CO2 desaparece el solidó blanco.
3. ECUACIONES QUÍMICAS HCl(ac) + Na2(CO)3(s) → CO2(g) + H2O(ac) + 2NaCl (s) CO2(g) + H2O(l) CO2(ac) CO2(ac) + H2O(l)
H2CO3 -
H2CO3 + H2O(l) CO2(g) + Ca(OH)2(l) →
HCO3 + H3O
+
H2O(l) + CaCO 3(s)
4. FIGURAS 5. CÁLCULOS Y RESULTADOS pH del agua = 7
pH del agua con CO 2 disuelto = 1
¿Es soluble en el agua? = Sí ¿Reacciona con el agua? = Sí Color del agua de cal=Incoloro Color del agua de cal con fenolftaleína=Rosado ¿Qué sucede luego del burbujeo con CO 2 del agua de cal+fenolftaleina? Toma carácter ácido Densidad del CO 2 < Densidad del aire Combustibilidad del CO 2 = No
6. CONCLUSIONES
El carbonato de sodio Na2CO3 reacciona rápidamente con el cloruro de hidrógeno HCl, generando CO 2 gaseoso.
El carbonato de sodio reacciona velozmente con el agua de cal produciendo de igual forma CO 2 gaseoso.
EXPERIMENTO N°3: OBTENCIÓN DEL HIDRÓGENO Y CONOCER ALGUNAS DE SUS PROPIEDADES 1. OBJETIVO ESPECÍFICO
Obtener gas de H2 y conocer su densidad, combustibilidad, solubilidad, entre otros.
2. OBSERVACIONES
Se produce un “silbido” al poner en contacto el H 2 atrapado en el tubo
de ensayo con la llama del fósforo.
3. ECUACIONES QUÍMICAS 2HCl (l) + Zn(s) → H2
(g) +
Incoloro
ZnCl2(s)
Plomo
4. FIGURAS
Fig.1. H 2 atrapado en el tubo de ensayo
5. CÁLCULOS Y RESULTADOS ¿Es soluble en el agua? = Sí
¿Reacciona con el agua? = Sí
Densidad del H 2 < Densidad del aire Combustibilidad del H 2 = Sí
6. CONCLUSIONES
Se concluye que la reacción del HCl y Zn es lenta pues ésta es la razón por la que la cantidad de H 2 atrapado es pequeña.
Se concluye que el H2 produce reacciones exotérmicas, puesto que si se hubiera tenido más cantidad de él hubiera ocurrido una explosión mas fuerte.
EXPERIMENTO N°4: DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN MOLAR NORMAL DEL GAS HIDRÓGENO EXPERIMENTO N°5: COMPROBACIÓN DE LA LEY DE GRAHAM CUESTIONARIO: 1. Explique 2 métodos de determinación del Número de Avogadro a) Método de Millikan: Thomson y su grupo, luego de un simple análisis estadístico, los llevó a deducir 1.592 X l0 -19 coulombs como la carga del electrón, que se denota comúnmente con la letra
e.
El propio Millikan dedujo el número de Avogadro, simplemente dividiendo
el
faraday
por e, que dio como resultado: 6.06 X
1023 moléculas por gramo-mol, y la masa del ion de hidrógeno a partir de la relación carga/masa deducida en electrólisis, que dio 1.66 X 10 27
kg.
b) Método de la masa de electrones
En el caso de la constante de Avogadro, la determina a partir del cociente entre la masa molar del electrón Ar ( e), del electrón
M u y
la masa en reposo
me:
La "masa atómica relativa" del electrón, Ar (e), es una cantidad medible directamente, y la constante masa molar
M u,
es una
constante definida en el sistema SI. La masa en reposo del electrón, sin embargo, se calcula a partir de otras constantes medidas:
Donde R ∞ =
Constante de Rydberg
h = Constante de Planck c = Velocidad de la luz =
Constante de estructura fina
2. En un papel milimetrado dibuje la presión de vapor del agua versus la temperatura en °C 3. En un papel milimetrado grafique ln pv versus 1/T donde T=temperatura en kelvin y luego del gráfico realizado determine la entalpía de vaporización del agua en kJ/mol. lnPv = -Hvaporización/RT + C 4.
Hacer un resumen de la lectura “Ecuaciones de Estado” mediante un
ordenador del conocimiento (mapa mental, mapa conceptual, diagrama de flujo u otro)
