DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DE UN VAPOR CONDENSABLE POR LOS MÉTODOS DE DUMAS Y DE VÍCTOR MEYER María Antonia Mesa Ramírez, Alejandro Orozco y Bárbara Barrera
OBJETIVOS •
•
•
Determinar el peso de un vapor condensable utilizando diferentes métodos eperimentales! "robar el comportamiento ideal del #as de muestra condensado, utilizando para el calculo de sus propiedades la ley de estados ideales $uanti%car el valor de los métodos utilizados comparando datos eperimentales y te&ricos!
DATOS EXPERIMENTALES
Método de Duma "eso del bulbo vacío, seco y con llaves abiertas '()*+ -!./01 2 3!333) # 4emperatur 4emperatura a de ebullici&n de la muestra+ muestra+ 51 6$ "eso del bulbo con el #as con llaves cerradas+ -!.577 2 3!333) # 4emperatur 4emperatura a de ebullici&n de la muestra+ muestra+ 51 6$ "eso del bulbo con el #as Réplica+ -!/)-7 2 3!333) # 8olumen del bulbo+ 11ml
Método de V!"to# Me$e# "eso ampolletas con lí9uido y sobrante '(1* )* )!705 )!7055 5 2 3!33 3!333) 3) # 1* )!71 )!715 5 2 3!33 3!333) 3) # 8olumen o lectura inicial ':)* )* ).!3 ).!3 2 3!1 3!1 Ml 1* 11!/ 11!/ 2 3!1 3!1 Ml 8olumen o lectura %nal ':1* )* 03!3 03!3 2 3!1 3!1 Ml 1* 05!1 05!1 2 3!1 3!1 Ml
4emperatura '4* ;
73) <
± 3!)
"resi&n atmosférica '"* ;
3!5. atm
± 3!)
DATO TEÓRICO
−1
Masamolar del aire : 29 g.mol
Masa molecular de la acetona! ;
05!3-)
g.mol
−1
INTRODUCCIÓN =l comportamiento ideal de los #ases suministra valiosos apuntes en el estudio de diferentes sistemas 9uímicos, es así como este comportamiento ideal permite calcular variables 9ue desconocemos a partir de factores %jos o constantes preestablecidas, en nuestro caso al asumir un comportamiento ideal del vapor de una sustancia desconocida podemos encontrar su peso molecular y con este poder determinar cuál es la sustancia problema, además de ser veri%cable por cual9uier método eperimental en el 9ue ese comportamiento ideal del #as esté involucrada
C%LCULOS Y RESULTADOS MÉTODO DE DUMAS &' C()"u)o de )a de*+dad de) a+#e, asumiendo comportamiento ideal de las condiciones del laboratorio!
E"ua"+-* de) etado +dea) de )o .ae /&0 PV = R N T P= Presión V =Volumen
R=Constante de los gasesideales =0,082058
atmL mol K
N = Número de moles
T =Temperatura
E"ua"+-* de) *1me#o de Mo)e W v = N /20 PM v W v = Masadel vapor PM v = Peso molecular del vapor
E"ua"+-* de )a de*+dad /30
ρ=
&'&
M V
C()"u)o de )a maa de) a+#e "o*te*+da e* 4a)-*
>sando ecuaci&n ') y 1*! Masa del aire contenido en el bal&n W a = 0 . 2282 g ± 0.559
Densidad del aire
ρ a
?
−1
0 . 996 g . L ± 0.874
2' Demot#a"+-* de e"ua"+-* /50 6 W v =( W 2−W 1) + W a , $ C()"u)o de
W v
W 1= peso aparentedel ulo =97.4652 g ± 0,001 W 2= peso aparentedel ulo ! el gas contenido= 97.4833 g ± 0,001 W R= peso aparente del ulo ! el gas contenido de lareplica =97.6173 g ± 0,001 g W a = peso del airecontenido en el ulo=0.22916 g ± 0.559
>sando ecuaci&n '.*! W v = peso del compuesto prolema=0.2472 g ± 0.003 W vr = peso delcompuesto prolema replica=0.3812 g ± 0,003 W v =¿
"romedio de peso del compuesto problema ?
0.3142 ± 0.006
3' Ca)"u)o de )a de*+dad de) 7a8o# >sando la ecuaci&n '7*! Densidad del vapor de la muestra problema
¿ 1.3723 g.ml−1 ± 0.4407 5' C()"u)o de) 8eo mo)e"u)a# de) 7a8o# 8a#a "ada muet#a >sando las ecuaci&n '.*, ')* y '1*! "eso molecular eperimental de la muestra problema @) −1
P M exp =37.7251 g.mol ± 0.5681
"eso molecular eperimental de la muestra problema replica de −1
P M exp =57.6873 g.mol ± 0.5638
9' C()"u)o de) 8eo mo)e"u)a# 8#omed+o de )a muet#a M p=
( 57.6873 ± 0.6873 ) + ( 37.7251 ± 0.5681 ) 2
= 47.7062 ± 0.0248 g.mol−1
E"ua"+-* Po#"e*ta:e de e##o#
| "t − "e|
0* error =
"t
# 100
"t = "ato teórico
Ta4)a &' Reume* de Reu)tado método Duma ) '#*
1 '#*
4v '< 8b'ml * *
a'#*
v'#*
M
( g.mol−1)
97.46 97.48
85
4
0.229
0. 247
37.44
=p )
Mprom
( g.mol−1) −1
97.46
97.61
82
4
0.229
0. 381
57.74
=p 1
&' C()"u)o de) 8o#"e*ta:e de e##o# error ?
17.85
MÉTODO DE VÍCTOR MEYER
Masa de la muestra lí9uida '(* $ =$ 2 − $ 1
% $ = % $ 2 +% $ 1
)*
$ =1.3588 −1.2885 ± ( 0.0001 + 0.0001 ) g =0.0703 ± 0.0002 g
1*
$ =1.3928 − 1.2952 ± ( 0.0001 + 0.0001 ) g =0.0976 ± 0.0002 g
8olumen de vapor o volumen desplazado '8* V = L 2− L 1
& V = &L 2 + &L 1
a*
V =50.0 −14.0 ± ( 0.2 + 0.2 ) mL=36.0 ± 0.4 mL
b*
V =58.2 − 22.6 ± ( 0.2 + 0.2 ) mL= 35.6 ± 0.4 mL
Densidad de vapor 'C* ρ=
$ V
g.mol 47.7062 ¿ 0
% ρ=
% $ % V + |$| |V |
a* ρ =
0.0703 36.0
±
(
±
(
b* ρ =
0.0976 35.6
0.0001 0.0703
+
)
g g g =1.9527 # 10−3 ± 6.9780 # 10−3 =1.9527 ± 6.9780 mL L 36.0 mL 0.2
)
g =2.7415 # 10−3 ± 6.6426 # 10−3 g =2.7415 ± 6.6426 g mL L 0.0976 35.6 mL 0.0001
+
0.2
Masa molecular 'M* M =
ρRT P
% M =
% ρ % P % T + + | ρ| | P| |T |
a* M =
( 1.9527 )( 0.082 )( 301) 0.8451
±
(
6.9780
±
(
6.6426 0.1 0.1 g + + =80.0682 ± 2.6647 g mol 2.7415 0.84 301 mol
1.9527
+
0.1 0.84
+
)
g g =57.0305 ± 3.6928 mol 301 mol
0.1
b* M =
( 2.7415 )( 0.082 )( 301) 0.8451
)
´ Masa molecular promedio ' M * ´= M
M a+ M 2
´= % M
´= M
% M a + % M 2
( 57.0305 ± 3.6928 ) +( 80.0682 ± 2.6647 ) g
mol
2
+
g g =68.5493 ± 6.3575 mol mol
4abla 1! Resumen de Resultados método 8ictor Meyer 4'<*
"'atm*
'#*
8'ml*
C '#:*
M '#mol*
=perimen 73) to a
3!5.
3!3-37
7/!3
)!01-
0-!373 0
=perimen 73) to b
3!5.
3!3-/
70!/
1!-.)0
53!3/5 1
'error =
|58.07 −68.54| 58.07
´ M '#mol* /5!0.7
# 100 =18.03
AN%LISIS DE LOS RESULTADOS =n la replicaci&n de eperimentos es imposible tener resultados idénticos más aun cuando no se está familiarizado en el uso de los métodos prácticos , es por esta raz&n 9ue no Eubo eacta i#ualdad en los resultados obtenidos entre y en cada uno de los métodos, estas diferencias pueden eplicarse no solo por la manipulaci&n de los instrumentos, por la diferencia en la percepci&n de las mediciones, en la apreciaci&n de los momentos de las reacciones, en los errores 9ue puedan sur#ir por parte del uso de los materiales del laboratorio, además de la pureza de la sustancia y la asepsia de los elementos usados para las mediciones, en la propa#aci&n de los errores de los elementos de medici&n entre otras causas de variaci&n en los resultados! :a diferencia en la duplicidad se puede deber más 9ue todo a la apreciaci&n en los momentos en los 9ue ocurre la reacci&n ya 9ue es imposible determinar a simple vista cual es el momento eacto en los 9ue se da la reacci&n y 9ue las medidas no son eactamente i#uales 'volumen, y temperatura*! :a diferencia entre métodos es debida a 9ue se manipulan diferentes medidas y diferentes e9uipos por lo 9ue cada uno de estos aportan un error al cálculo de las variables se#Fn el método utilizado! =n cuanto al método de 8íctor Meyer la diferencia en la masa del compuesto problema pudo deberse a 9ue la ampolleta G1 se 9ued& atorada
en el portamuestras , además esta pudo Eaber 9uedado mal sellada y se pudieron dar fu#as parciales de la muestra antes de caer y romperse y liberar completamente la muestra , por este motivo no se desplaz& todo el volumen de a#ua necesario para calcular la densidad correctamente , además al romper la ampolleta se pudieron Eaber perdido fra#mentos 9ue le adicionaron error a la masa medida del lí9uido esto debido a la ineperiencia al fra#mentar la ampolleta y 9ue no es posible ase#urar 9ue todos los fra#mentos sean visibles, además la indebida manipulaci&n de las ampolletas pudieron sumar un error a la medici&n del a masa , la apreciaci&n del volumen desplazado por la masa del vapor al ser una medida 9ue es de apreciaci&n puede variar los resultados obtenidos, otra fuente de diferencia pudo deberse a la temperatura de reacci&n pues es imposible determinar la temperatura del tubo donde cae la muestra y con esto determinar si la temperatura de reacci&n 'evaporaci&n es el mismo*! =n cuanto al método de Dumas la diferencia en las masa encontradas de la muestra problema pudo deberse mayormente a 9ue la apreciaci&n de la temperatura de evaporaci&n es diferente se#Fn el observador , por lo 9ue es imposible determinar visualmente el momento justo en el 9ue ocurre la evaporaci&n de la muestra , además en este método el error de los instrumentos también debe tenerse en cuenta ya 9ue Eay un error inEerente a cada uno de ellos además del error en la medici&n 9ue cada uno da a estos , otro error es 9ue al Eacer el duplicado del eperimento pudo no Eaberse lavado y secado el bulbo de manera correcta por lo 9ue se afecta la medida del peso, un error 9ue podría considerarse uno de los principales en este método es 9ue al interior del bulbo pudo Eaber 9uedado muestra li9uida lo 9ue afecta la masa %nal del bulbo!
CONCLUSIONES =n la práctica se pudieron aplicar tanto el método de Dumas como el de 8ictor;Meyer, los cuales Eacen uso de la densidad del vapor para la determinaci&n de la masa molecular de ciertas sustancias a partir de la ecuaci&n de estado de los #ases ideales y para los cuales es importante determinar el peso y el volumen del vapor #enerado! Al contar con estos datos de peso y volumen, se pudo Eacer uso de una ecuaci&n derivada de la ecuaci&n de estado de los #ases ideales en la cual la masa molecular está en funci&n de la densidad, la presi&n atmosférica y la temperatura! He puso en práctica por lo tanto la utilidad de dicEa ecuaci&n! Ambos métodos proceden diferente pero arrojaron resultados similares para el valor de la masa molecular de la sustancia 9ue se us&, la acetona! Aplicados de la forma correcta son procedimientos Ftiles y fáciles de realizar con resultados no muy lejanos a los valores te&ricos!
PRE;UNTAS Método de Duma &' I"or 9ué debe sumer#irse el bulbo completamente dentro del baJoK He debe sumer#ir completamente para #arantizar 9ue Eaya uniformidad de condiciones en todo el bulbo en especial uniformidad en la temperatura, 9ue no Eaya zonas frías en las cuales se condense el vapor!
2' "ara calcular la densidad del vapor del baJo I$ual temperatura se debe emplearK I:a %nal del baJo o la ambienteK Icuál se debe emplear para calcular la densidad del aireK "ara calcular densidad del vapor se debe emplear la temperatura del baJo, ya 9ue este se puede considerar como un sistema cerrado, por lo 9ue sus condiciones son diferentes a las del ambiente 'laboratorio*
3' Hi al retirar el bulbo del baJo, permanece al#o de lí9uido sin evaporar Ise afectan o no los resultadosK =n teoría no se deberían afectar los resultados ya 9ue las moles de la muestra en diferentes estados es la misma, pero también Eay 9ue considerarse 9ue la presi&n y la temperatura del sistema Eacen 9ue las moles del compuesto estén en forma de vapor y la medida %nal se Eace en este estado, por tal raz&n Eay 9ue esperar 9ue evapore toda la muestra
5' Hi al pesar el bulbo con el vapor, parte de este se encuentra condensado en el tubo eterior de la llave, Ise afectan o no los resultadosK Lo se afectarían los resultados ya 9ue pesamos el bulbo completo, y las moles del compuesto no se Ean perdido, estas están en el bulbo 9ue pesamos
9' I"or 9ué la fuerza de un cuerpo es la suma del peso aparente más el empujeK "or9ue el empuje es una fuerza constante inEerente a todos los cuerpos y es i#ual e inversa a la fuerza aplicada, en este caso el empuje de la muestra es i#ual a la presi&n ejercida sobre esta!
Método de V!"to#
2' Hi el vapor del lí9uido es al#o soluble en a#uaK Hi el vapor fuera soluble en a#ua se necesitaría un solvente 9ue ebulla a una temperatura más elevada 9ue la muestra, en nuestro caso la muestra tiene una temperatura de ebullici&n menor al a#ua, por esta raz&n se puede desplazar el vapor dentro condensador!
3' Hi la muestra evaporada arrastra vapor de a#uaK Hi esto ocurre y el vapor de a#ua es arrastrado en vez de aire, estos vapores podrían condensarse y entrar a Eacer parte del a#ua e la bureta, dando lu#ar a un valor de volumen desplazado menor al real y por lo tanto un resultado err&neo!
5' IHe podrá emplear como li9uido problema uno 9ue ten#a su temperatura de ebullici&n mayor 9ue la del a#ua a presi&n atmosféricaK Lo se podría utilizar ya 9ue si este tiene una temperatura de ebullici&n mayor a la del a#ua a presi&n atmosférica la muestra problema no podría evaporarse!
9' Iué temperatura se debe emplear para calcular el peso molecular+ :a ambiente o la del vapor de a#ua 9ue calienta el sistemaK "ara calcular el peso molecular se debe emplear la temperatura del a#ua 9ue calienta el sistema, ya 9ue este se puede considerar como un sistema cerrado, por lo 9ue sus condiciones son diferentes a las del ambiente 'laboratorio*!
