INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS ADMINISTRATIVAS
Química Industrial Práctica 3 Determinación De La Densidad De Un Gas. Prof.: Aguilar Sánchez Raúl Integrantes: Arroyo Loya J. Mauricio Cremer Troncoso Omar Gómez Muro Ignacio Gutiérrez Avendaño Ernesto López Chávez Germán Rosas Sánchez Rocío Secuencia: 3IV4 PRACTICA 3
DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE UN GAS OBJETIVO • •
Producir oxigeno por descomposición de bióxido de plomo. Calcular la densidad del oxigeno producido.
INTRODUCCION EXTRACCION DE UN MINERAL Este procedimiento de extracción se basa en la recuperación de los metales mediante un disolvente y luego precipitándolos a su estado puro para lograr este objetivo se tienen que llevar a cabo ciertos procesos básicos como lo son: La trituración, molienda y clasificación constituyen el primer paso mediante el cual se reduce el mineral a fragmentos de tamaño fácilmente manejable a granel, al mismo tiempo que permite el acceso del disolvente hasta el mineral mineral deseado. En general, en este primer paso se tiende a quebrar el mineral hasta un tamaño adecuado no más fino que lo absolutamente necesario , y , si se quiere , también a separar los gruesos de los finos para tratarlos aisladamente de la manera más adecuada para cada uno de ellos. La tostación, por cualquiera de los diferentes métodos técnico es indispensable en casos de ciertos minerales o concentrados para prepararlos previamente a la lixiviación lixiviación.. La tostación puede hacerse variar, según sea necesario necesario para producir un sulfato, un óxido, reducir el contenido de óxido, producir un cloruro, o bien una combinación de estos resultados. Se ha diseñado equipo especial para controlar con precisión las reacciones de la tostación, las cuales son complejas en ocasiones. La lixiviación es el proceso por medio del cual se disuelve el mineral deseado en el disolvente que se ha seleccionado. El problema de la lixiviación es determinar las condiciones mecánicas, químicas y económicas mediante las que se obtenga una diso disolu luci ción ón máxi máxima ma del del meta metall dese desead ado, o, y se obte obteng ngan an tamb tambié ién n util utilid idad ades es comerciales. La separación de la solución implica el manejo de los desechos o “colas“pobres que resultan después de que se ha obtenido el metal por lixiviación del mineral. Este manejo puede variar desde el simple escurrido y lavado hasta técnicas más complicadas de decantación a contracorriente o por filtración.
La precipitación es el último paso mediante el cual se obtiene el metal deseado, al que solamente le falta, la refinación para quedar listo para usarse. Los métodos electrolíticos de precipitación recuperan, desde luego, el máximo de metal tratado por por lixi lixivi viac ació ión. n. Sin Sin emba embarg rgo, o, exis existe ten n méto método doss quím químic icos os,, por por ejem ejempl plo o la prec precip ipititac ació ión n de cobr cobre e por por medi medio o del del hier hierro ro que que recu recupe pera ran n impo import rtan ante tess proporciones del metal. DENSIDAD Aunque toda la materia posee masa y volumen, volumen, la misma misma masa de sustancias diferen diferentes tes tienen tienen ocupan ocupan distint distintos os volúme volúmenes, nes, así notamo notamoss que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos ( kg ) y el volumen en metros metros cúbicos cúbicos (m3) la densidad densidad se medirá medirá en kilogra kilogramos mos por metro metro cúbico cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida , sin embar embargo, go, es muy poco poco usada, usada, ya que es demasiado pequeña. Las Las medi medidas das de la densi densida dad d qued quedan, an, en su mayo mayorr parte parte,, ahora ahora much mucho o más más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil. La densida densidad d de un cuerpo cuerpo está está relacio relacionad nada a con su flotab flotabili ilidad, dad, una sustanc sustancia ia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientr mientras as que la densid densidad ad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina , de densidad más baja. La densidad es una característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a líquidos y sólidos homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la temperatura; temperatura; mient mientras ras que que los los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.
ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES La Presión de un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene, el Volumen que ocupa, la Temperatura a la que se encuentra y la cantidad de sustancia que contiene contiene (número de moles) están relacionadas. relacionadas. A partir de las leyes de BoyleMariotte, Charles- Gay Lussac y Avogadro se puede determinar la ecuación que relac relacio iona na estas estas varia variabl bles es cono conoci cida da como como Ecua Ecuaci ción ón de Esta Estado do de los Gases Gases Idea Ideale les: s: PV=n PV=nRT RT.. El valo valorr de R (con (const stan ante te de los los gase gasess idea ideale les) s) pued puede e determinarse experimentalmente y tiene un valor de 0,082 (atm.L/K.mol ).No se puede modificar una de estas variables sin que cambien las otras.
PRESION El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, fuerza, conocidas que puede ser la de una columna columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión. Existen varios tipos de presión. Las podemos clasificar de la siguiente manera: 1. Presión atmosférica. 2. Presión absoluta. 3. Presión relativa. La presión es el cociente entre la fuerza normal que incide sobre una superficie o cuerpo y el valor del cuerpo o la superficie. De esta forma obtenemos esta
fórmula:
La presión atmosférica es la presión que ejerce la atmósfera sobre todos los cuerpos de la tierra o que están en el interior de la atmósfera. Peso específico. Se denomina peso específico de un gas o líquido al peso de la unidad de su volumen. Tanto la temperatura como la presión influyen en el peso específico, por este motivo se acostumbra a indicar éstos valores cuando se da el valor del peso específico, normalmente en Kg/m 3 o en gr/cm 3.
Presión absoluta. Se denomina presión absoluta a la presión que soporta un sistema respecto al cero absoluto. Para poder decir que existe sobrepresión sobrepresión la presión absoluta absoluta debe ser superior a la presión atmosférica. Sin embargo, cuando la presión absoluta es inferior a la presión atmosférica decimos que existe una depresión. Para complicar un poco el asunto, diremos que la sobrepresión y la depresión son la presión relativa. Hay que tener en cuenta, que tanto la presión absoluta (P ab) como la presión relativa (Pr ) están en función de la presión atmosférica (P 0).
PRESIÓN DE VAPOR En un envase cerrado algunas de las molé molécu cula lass se escap escapan an de la super superfifici cie e del del líquido para formar un gas como se muestra en la figura. La tasa a la cual el líquido se evap evapo ora para ara formar rmar un gas llega ega a ser eventualmente igual a la tasa a la cual el gas se cond conden ensa sa para para form formar ar líqu líquid ido. o. En este este punto, el sistema se dice está en equilibrio. El espacio sobre el líquido se satura con el vapor de agua, y no se evapora más agua
La presión del vapor de un líquido es literalmente la presión del gas (o del vapor) que recoge sobre el líquido en un envase cerrado a una temperatura dada. La presión del vapor de agua en un envase cerrado en el equilibrio se llama la presión del vapor. La teoría molecular cinética sugiere que la presión del vapor de un líquido depende de su temperatura. Como se puede ver en la figura la energía cinética contra el núme número ro de moléc olécul ulas as,, la fracc racció ión n de las molé molécu cula lass que que tien tienen en bast bastant ante e ener energí gía a para para escaparse del líquido aumenta con la temperatura temperatura del líquido. líquido. Consecuenteme Consecuentemente, nte, la presión del vapor de un líquido también aumenta con la temperatura. La figura muestra que la relación entre la presión de vapor y la temperatura no es lineal. La presión del vapor del agua se incrementa más rápidamente que la temperatura del sistema.
DESARROLLO EXPERIMENTAL Material y equipo utilizado: • •
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1 Tubo De Ensayo 1 Tapón De Hule No.3 Monohoradado 1 Frasco De Boca Ancha De 0.5 Litros 1 Tapón De Hule No. 12 Bihoradado 1 Vaso De 250 Cm 3 1 Probeta 2 Tubos De Vidrio Para Conexión 1 Mechero 1 Termómetro De -20°C A 110°C 1 Espátula 1 Balanza
Reactivos
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Bióxido De Plomo
PROCEDIMIENTO El sistema quedo instalado de la siguiente manera
CALCULOS Y CUESTIONARIO 1.- Ecuación química de la reacción efectuada.
2.- Calcule la masa, en gramos, del oxigeno producido
Por lo tanto:
3.- calcule la densidad del oxigeno en las condiciones del experimento. a) directamente: por medio del cociente de la masa de oxigeno producido, entre su volumen equivalente de agua.
b) indirectamente: aplicando la ecuación modificada de los gases ideales. De la ecuación de los gases ideales se obtendrá lo siguiente.
De la ecua ecuaci ción ón gene genera rada da ante anteri rior orme ment nte e se podr podrá á hace hacerr el cálculo de la densidad del O ₂, sin embargo embargo hace hace falta falta calcul calcular ar presión que se ejerce en el experimento, este valor se generara a continuación. . Valor obtenido de tablas. . Valor de la Cd. De México.
Por lo tanto.
Realizando la conversión necesaria queda de la siguiente manera.
Ahora que ya se cuenta con el valor de la presión es posible calcular la densidad el Oxígeno indirectamente.
4.- calcule la densidad del oxigeno en condiciones normales: En condiciones normales 1 mol posee los siguientes valores en presión, volumen y temperatura.
a) encontrando el coeficiente de la masa de 1 mol en gramos, entre el volumen molar a esas condiciones de temperatura y presión,
ρ= mO₂VO₂ = 32,0g22,4L=1,4285 32,0g22,4L=1,4285 gL
b) Encontrando el coeficiente de la masa de oxigeno producido entre su volumen corregido a esas condiciones de temperatura y presión.
ρ=mv=P (PMO₂)RT=1atm(32,0gmol)0,082atm-Lmol-°K(27 (PMO₂)RT=1atm(32,0gmol)0,082atm-Lmol-°K(273°K)=1,4294gL 3°K)=1,4294gL
5.- Calcule el error relativo, entre los valores calculados en 3a y 3 b, así como entre 4a y 4b Recordando que la fórmula para el cálculo del error experimental es la siguiente: EE=ρ Teórica-ρ Experimentalρ Teórica
Para condiciones experimentales. EE=1,01307-0,76141,01307*100%=0,248 EE=1,01307-0,76141,01 307*100%=0,2484*100%=24,84% 4*100%=24,84%
Para condiciones normales. EE=1,4294-1,42851,4294*100%=0,00062 EE=1,4294-1,42851,429 4*100%=0,000629*100%=0,0629% 9*100%=0,0629%
6.- Calcule el porcentaje de bióxido de plomo (PbO 2) descompuesto.
7.- ¿Cuál bebiera ser el volumen desplazado para que el porcentaje de error sea cero?
REFERENCIAS http://html.rincondelvago.com/minerales_2.html
http://www.monografias.com/trabajos4/ladensidad/ladensidad.shtml http://perso.wanadoo.es/cpalacio/GasesIdeales2.htm http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml http://sitioniche.nichese.com/presion.html http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Liquid3/node6.html
CONCLUSIONES Con la realización de esta práctica se pudo determinar la densidad y la masa de un gas que para fines de esta práctica se utilizó el oxígeno. La masa del oxígeno
se pudo determinar mediante la resta del antes y después del reactivo (bióxido de plomo) contenido en el tubo de ensayo, esta masa nos ayudó para determinar la densidad del gas de forma directa utilizando la fórmula de la densidad que expresa la razón de la masa entre el volumen, dicho volumen se obtuvo al medir la cantida cantidad d de líquido líquido contenid contenido o en la probeta probeta al terminar terminar el calentami calentamient ento o del bióxido de plomo. La otra forma en que se determinó la densidad del gas fue usando la ecuación de los gases ideales, donde el peso molecular se obtuvo de la tabla periódica, la presión absoluta se obtuvo de la suma de la presión atmosférica y la presión de vapor usando los valores de la tabla a una temperatura temperatura de 20°C y por último se utilizó la temperatura final del sistema. Con los cálculos de las densidades se pudo obtener un error experimental que nos arrojó un valor del 24,84%, este valor nos dice que se pudo haber cometido un error en la medición de las masa del oxígeno y la cantidad de líquido obtenido en el experimento, o también de que nuestro sistema no estuviera completamente cerrado y escapara oxígeno mientras se calentaba el bióxido de plomo.
