UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD INGENIERÍA
DE MECÁNICA
INFORME N° 04 GASES
Integrantes:
Sección: F Profesora: MARY APOLAYA Curso: QUÍMICA G!RAL
Código:
Li"a#
INTRODUCCIÓN El presente informe corresponde a la tercera práctica de laboratorio de Química General del tema de Gases donde se analiará el efecto de la presi!n sobre el "olumen de los #ases a temperatura constante $ establecerá una relaci!n entre la presi!n $ el "olumen% Tambi&n se determinará el "olumen molar de un #as% ' por (ltimo se comprobará la le$ de Gra)am comparando las "elocidades de difusi!n de dos sustancias #aseosas* amoniaco $ cloruro de )idr!#eno%
Ob+eti"os* ,naliar el efecto de la presi!n sobre el "olumen de los #ases a temperatura constante $ establecer una relaci!n entre la presi!n $ el "olumen% • Determinar el "olumen molar de un #as • Ilustrar la le$ e Gram% comparando las "elocidades de difusi!n de dos sustancias #aseosas- amoniaco $ cloruro de )idro#eno% •
.undamento te!rico /ara el primer e0perimento se "a comprobar la le$ de 1o$le23ariotte 4ue es una de las le$es de los #ases ideales 4ue relaciona el "olumen $ la presi!n de una cierta cantidad de #as mantenida a temperatura constante% 5a le$ dice 4ue el "olumen es in"ersamente proporcional a la presi!n* donde es constante si la temperatura $ la masa del #as permanecen constantes% Cuando aumenta la presi!n6 el "olumen ba+a6 mientras 4ue si la presi!n disminu$e el "olumen aumenta% No es necesario conocer el "alor e0acto de la constante para poder )acer uso de la le$% /ara el se#undo e0perimento se determinará el "olumen molar estándar 7C%N%8 del )idr!#eno6 el "olumen molar de una sustancia es el "olumen de una mol de &sta% En el caso de sustancias #aseosas moleculares un mol contiene N, mol&culas% De a4uí resulta6 teniendo en cuenta la le$ de ,"o#adro6 4ue un mol de cual4uier sustancia #aseosa ocupará siempre el mismo "olumen 7medido en las mismas condiciones de presi!n $ temperatura8% E0perimentalmente6 se )a podido comprobar 4ue el "olumen 4ue ocupa un mol de cual4uier #as ideal en condiciones normales 7/resi!n 9 : atm!sfera6 Temperatura 9 ;<=6:> ? 9 @ AC8 es de ;;6B litros% Este "alor se conoce como "olumen molar normal de un #as% Este "alor del "olumen molar corresponde a los llamados #ases ideales o perfectos- los #ases ordinarios no son perfectos 7sus mol&culas tienen un cierto "olumen6 aun4ue sea pe4ueo8 $ su "olumen molar se aparta li#eramente de este "alor% En el tercer e0perimento se demostrará la le$ de Gra)am de la difusi!n #aseosa6 esta le$ establece 4ue las "elocidades de efusi!n de los #ases son in"ersamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respecti"as masa molares%
iendo
las "elocidades $
las masas molares%
/rocedimiento e0perimental EXPERIMENTO N°1: COMPROBACION DE LA LEY DE BOYLE Y MARIOTE. 2 3,TERI,5E -
: tubo neumom&trico : soporte con sus nueces : ampolla o pera de ni"el : term!metro de 2:@ AC a ::@ AC : pina : re#la de >@ cm%
2 /ROCEDI3IENTO* a8 Una "e montado el aparato se de+a unos B@ ml% de aire en el tubo neumom&trico $ se cierra con una pina el conector de #oma b8 e sube $ ba+a la ampolla de ni"el conector de #oma6 lue#o se sube $ ba+a la ampolla de ni"el para e0pulsar las burbu+as de aire 4ue puedan encontrarse en los tubos de #oma es importantísimo 4ue no )a$a escapes de aire en el aparato c8 /ara ase#urarse de 4ue todas las uniones están bien cerradas se )ace descender la ampolla de ni"el $ se obser"ara si el ni"el en el tubo neumom&trico permanece constante d8 De )aber al#(n escape lo más probable es 4ue ten#a 4ue remplaarse el empalme de #oma6 lue#o debe de+arse el aparato )asta 4ue el a#ua se pon#a a temperatura ambiente% e8 e coloca la ampolla de ni"el a una altura con"eniente para 4ue el a#ua 4ue contiene enrase con el a#ua de tubo 7con un error menor de @%: ml 8 f8 5e"ante la ampolla )asta 4ue la diferencia de ni"eles sea >@ cm $ se debe re#istrar otra "e el "olumen ocupado por el #as% #8 /or (ltimo se )ace descender la ampolla por deba+o del ni"el de la mesa6 )asta 4ue la diferencia de ni"eles "uel"a a ser de >@ cm $ se re#istra de nue"o el "olumen del #as EXPERIMENTO N°2: DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR ESTANDAR (C.N.) DEL HIDROGENO
2 3,TERI,5E* -
: bureta de ;> ml : "aso de B@@ ml : soporte : pina : probeta : recipiente tubular de B cm 0 ;> cm%
- Cinta de ma#nesio
a8 5lenar el recipiente tubular con a#ua de cao )asta el borde% b8 Colocar dic)o recipiente dentro de un "aso de B@@ ml el cual se usa para recolectar el a#ua de rebose% c8 .i+ar el recipiente tubular con una pina a un soporte de pie% d8 Determinar el "olumen muertoF de la bureta% e8 3ida con una probeta :@ ml de Cl H3 $ col!4uela dentro de la bureta6 inclinándola li#eramente% f8 En+ua#ue la probeta $ ll&nela con a#ua de cao6 car#ue con esta a#ua la bureta )asta la #raduaci!n @6 apro0imadamente procurando arrastrar el acido 4ue )ubieran 4uedado en la pared interna% #8 Colo4ue la cinta de ma#nesio6 doblada en forma de U6 en la boca de la bureta $ complete el "olumen de la bureta con a#ua de cao6 colo4ue rápidamente un disco de papel en la boca de la bureta con el dedo índice e inmediatamente in"ierta la bureta6 introduci&ndola dentro del recipiente tubular preparado pre"iamente% )8 Obser"e el )idro#eno #enerado por la reacci!n *
−¿¿
3#7s8 ;Cl7ac8 J 3#7ac8 ; Cl
7ac8
7#8
i8 Cuando toda la porci!n de ma#nesio se )a disuelto6 desplaar sua"emente )acia arriba o )acia aba+o la bureta para i#ualar los ni"eles de a#ua de la bureta $ del recipiente tubular% EXPERIMENTO N°3: DEMOSTRACION DE LA LEY DE GRAHAN DE LA DIFUSION GASEOSA
2 3,TERI,5E* • • • • • • • •
: tubo de "idrio p$re0 de B@ cm de lon#itud $ K mm de diámetro interno% : soporte de pie% : pia% ; tampones de #oma NAB6 con perforaciones al#od!n )idr!filo% ; #oteros de bulbo de ;> ml Re#la #raduada de =@2>@ cm ,cido clor)ídrico concentrado idr!0ido de amonio 7amonio acuoso8
/ROCEDI3IENTO* a8 ,rmar el e4uipo mostrado b8 Colocar un pe4ueo troo de al#od!n en la o4uedad de cada uno de los tapones de #oma% c8 ,#re#ar cuidadosamente sobre el al#od!n de uno de los tapones6 unas B #otas de acido clor)ídrico 7Cl8 con el #otero correspondiente6 lue#o a#re#ar al al#od!n del otro tamp!n6 apro0imadamente B #otas de amoniaco acuoso% 5os frascos #oteros deben taparse tan pronto como sea posible6 para e"itar la formaci!n del )umo d8 Colocar en forma simultánea al mismo tiempo6 los tapones a cada uno de los e0tremos del tubo de "idrio de B@ cm6 con los al#odones )acia la parte interna del tubo%
e8 Obser"ar cuidadosamente la superficie interna del tubo )asta ubicar el lu#ar en 4ue empiea a formarse un anillo blanco de cloruro de amonio 7NBCl8 producto de la si#uiente reacci!nCl 7#8 N=7#8 J NBCl7s8 f8 3edir con una re#la la distancia del anillo blanco )asta el e0tremo del tubo en 4ue se coloc! el tap!n embebido de Cl
Cálculos y resultados
1.
Comprobación de la ley de Boyle y Mariotte. Datos* / 7lab8
9 <>;%L> mm#
T 7lab8
9 ;@ A C
p MG° ;@
C
;O
9 :<%> mm#
ρ #
9 :=%H #ml
ρ ;O
9 : #ml
Mmuerto 9 <%>B ml
/ara )allar el "olumen de #as seco utiliaremos* Molumen #as 9 Molumen leído Molumen muerto ' para calcular la presi!n del aire seco* ρ H'O
p Pgas seco = Pbar –
;@O C MG ; O
ρ Hg
& ∆h &
%$
Entonces los resultados obtenidos en el laboratorio se muestran en la si#uiente tabla% Tabla 1.
Dato
P) 7mm8
M9Mleido Mmuerto 7m58
/aire seco 7mm#8
:
@
;:%;
<==%;B
;
=@@
;@%>
<=B%=>
2.
=
H@@
;@
<=>%B>
B
2=@@
;:%H
<=H%>>
>
2H@@
;;%:
<=<%HH
Determinación del olumen molar estándar !C.".# del $idrógeno D,TO DE5 5,1OR,TORIO Volumen del Hidrogeno =V 1=26 mL Longitud del Magnesio = L Mg=2.8 cm Densidad lineal del Magnesio = ρ L
Mg
=1.8632
C5CU5O
/iden
P V m
(
T
)
P V m
=(
C.L.
T
) C.N .
Donde el Volumen Molar ( V m )=
V 1 n H
2
Mg( s) + 2 H Cl (ac ) →MgCl 2(ac ) + H 2 ↑
e sabe 4ue* m n= ´ M
De los datos se obtiene* m Mg = ρ L × L Mg =52.1808 mg Mg
Entonces por dato tendríamos* n Mg=n H = 2
52.1808 mg 24
=21.742 x 10− moles 4
g m
Volumen Molar ( V m ) =
V 1 n H
2
=
26 mL −4 21.742 x 10 moles
=11.958 L
mol
5o 4ue nos piden* P V m
(
(
T
)
=(
P V m
C.L.
T
752.95 × 11.958 292
V m C . N .=11 . 076
%.
) C.N .
)( =
760 ×V m C . N . 273
)
L mol
Demostración de la ley de &ra$am de la di'usión gaseosa
5a reacci!n es*
N=7#8 Cl7#8 Cl
Datos(
5 N=Reaccion 9 ;@%: cm 5 ClReaccion 9 <%K cm 3Cl 9 =H%> #mol 3 N= 9 :< #mol
5a le$ de #ra)am dice*
NBCl7s8
N=
VNH( VHCl
=
LNH( LHCl
=
Μ HCl Μ NH
(
/9
allando L NH
=
L HCl
=
;@%: <%K
= :%B=
/ 7e0perimental8 9
Μ HCl Μ NH
=
(*+$,
= $+)*
(
/ 7te!rico8 9 )allando el porcenta*e de error(
Error9
$+)* − $+)( +$%%. = '+%-. $ + )*
Discusiones
• •
•
• •
e determin! el "olumen muerto en la bureta pues este "olumen sumado al "olumen 4ue indica la escala de la bureta será el "olumen del #as )(medo% Debido a 4ue la temperatura es constante $ fue de ;> C6 entonces la presi!n $ el "olumen son in"ersamente proporcionales lo cual se comprueba de acuerdo a los resultados e0perimentales es decir de las #ráficas obtenidas de / "s M% En la determinaci!n del "olumen molar al entrar en contacto el ácido clor)ídrico con el ma#nesio se da lu#ar la reacci!n6 de productos clorur! de ma#nesio e )idro#eno #aseoso6 este )idr!#eno es el 4ue burbu+ea cuando el ácido atacaba el ma#nesio% El "olumen molar de un #as a C%N es ;;%B 5 te!ricamente $ se obtu"o un "olumen molar de ;:%K 5 es decir con un error de ;%HK % El anillo formado en el tubo en la comprobaci!n de la le$ de Gra)am es la sal NBCl 7s8 producto de la reacci!n de cloro #aseoso $ amoniaco%
Conclusiones
•
5a le$ de 1o$le23ariotte es una simplificaci!n de la le$ de los #ases ideales o perfectos particulariada para procesos isot&rmicos de una cierta masa de #as constante%
,l ba+ar $ subir el &mbolo se comprueba 4ue al aumentar el "olumen6 la presi!n disminu$e% ,demás se comprueba 4ue la presi!n por el "olumen es el mismo en todos los casos de la tabla6 es decir6 es constante% • El N= tiene ma$or "elocidad 4ue el Cl al ser más li"iano 4ue &ste6 por lo 4ue en un mismo tiempo el N = se desplaa una ma$or distancia 4ue el Cl6 demostrando con esto la le$ de Gra)am% • El fen!meno de difusi!n está relacionado con la ener#ía cin&tica de las mol&culas% •
RECO3END,CIONE e recomienda la"ar los instrumentos a utiliar para un me+or uso% En el primer e0perimento manipular con cuidado la ampolla $ "erificar 4ue no )a$a escapes de aire en el aparato% • /ara el se#undo e0perimento mantener bien cerrada la lla"e de la bureta6 para no derramar lí4uido% • ,l efectuar el tercer e0perimento tener cuidado de in)alar los #ases del N = $ Cl $a 4ue son per+udiciales para la salud% • •
CUETION,RIO :% Un lí4uido 4ue se usa en un man!metro tiene una densidad de @%K<: #ml% Calcule la presi!n en cm de #6 si el lí4uido se ele"a a una altura de H@ cm% 5a presi!n 4ue se desea calcular es la presi!n )idrostática% 5a presi!n )idrostática depende de la densidad del lí4uido6 de la #ra"edad $ de la altura6 se relacionan mediante la si#uiente ecuaci!n* P= ρ L . g . h
Con"ertimos los datos proporcionados en el problema al %I%* 9 @%H m ρ= 871 kg / m
# 9 L%K: m s
3
2
Remplaando los datos en la ecuaci!n* /97
871 kg
3
2
/ m 8%7L%K: m s 8%7@%H m8
/9 >:;H%<@H /a ,)ora con"ertiremos la presi!n de pascal a cm de )#% /9
5126 . 706 Pa
76 cmHg 101323 Pa
/ 9 =%KB> cm de # ;% SC!mo afecta la presi!n a la densidad de los #ases E0pli4ue su respuesta i consideramos la ecuaci!n de estado /M9nRT6 $ mantenemos todas las "ariables contantes e0cepto la presi!n $ "olumen podremos concluir lo si#uiente* i la presi!n aumenta entonces el "olumen disminu$e $ como la densidad de calcula por la si#uiente ecuaci!n*
ρ =
m
concluiremos entonces 4ue la
densidad aumenta% i la presi!n disminu$e entonces el "olumen disminu$e $ como la densidad de calcula por la si#uiente ecuaci!n*
ρ =
m
concluiremos entonces 4ue la
densidad disminu$e% =% SCuántos #ramos de 3# reaccionarán en el e0perimento NA; Con los datos proporcionados en el laboratorio sabemos 4ue* 1m de cinta de magnesio pesan aproximadamente 1.8632g.
5a cinta de ma#nesio proporcionada a nuestro #rupo midi! ;%L>cm apro0imadamente6 entonces )aremos los cálculos mediante re#la de tres simple* : m% de 3# ;%L> cm% de 3#%
:%KH=;# 9
9 @%@>BLHBB#% de 3a#nesio B%
SCuál será el "olumen del sistema #aseoso estudiado en el e0perimento ; a ;@AC $ K@@ mm#
Datos de laboratorio proporcionados tenemos*
P La! =759.69 mmHg T La!= 21 " C
Datos tomados en el laboratorio* Molumen del sistema #aseoso9 ;=%;ml Molumen muerto Molumen muerto 9 B%:L ml Entonces* istema #aseoso 9 ;<%=L ml% ,plicaremos la ecuaci!n la Ecuaci!n General de 5os #ases para obtener el "olumen del sistema #aseoso a las condiciones 4ue nos pide el problema*
( 759.69 mmHg ) ( 27.39 ml ) ( 800 mmHg ) ( Vml ) = 294
293
M9;>%L;: ml del sistema #aseoso% >%
Determine el "olumen de )idro#eno obtenido en el e0perimento ; medido a C%N
Como 4ueremos calcular solo el "olumen de )idro#eno tenemos 4ue restar la presi!n e+ercida por el "apor de a#ua en el sistema #aseoso% En el laboratorio se proporcionaron los si#uientes datos* P La! =759.69 mmHg T La!= 21 " C 21 " C
P H # =18.7 torr 2
9 :K%< mm#
Entonces*
P gas h$medo= P gasseco+ P a%oragua
Como no nos dan más datos asumiremos 4ue se encuentra saturado de "apor de a#ua6 por lo tanto* Pgasseco=759.69 − 18.7 Pgasseco=740.99 mmHg
,plicaremos la misma ecuaci!n 4ue en el problema anterior*
( 740.99 mmHg ) ( 27.39 ml ) ( 760 mmHg )( Vml) = 294
273
M9;B%
SConcuerdan los resultados e0perimentales con los 4ue predice la le$ de Gra)am a#a los cálculos
i )aríamos los cálculos en un caso ideal debería salir apro0imadamente 4ue la relaci!n de las "elocidades es de :%BH>;% /ero en el e0perimento realiado por nuestro #rupo de acuerdo a los datos obtenidos tenemos* 19.8
V NH
3
V HCl
=
t 1 10.1
t 2
Como se e0plica en la pre#unta K6 los tiempos tomados son i#uales6 por lo tanto podemos simplificar t & t % 1
2
Nos 4ueda 4ue la relaci!n es* V NH
3
V HCl
=1.96
Memos 4ue los resultados difieren esto se debe principalmente a errores en la medici!n6 pero con e0actitud se lle#a a corroborar 4ue la "elocidad de difusi!n si se relaciona in"ersamente proporcional a la raí cuadrada de las masas de los compuestos% <% SQu& nos indica la formaci!n de cloruro de amonio en el e0perimento NA= Nos indica 4ue los dos compuestos )an reaccionado% /or lo tanto #racias a esta reacci!n podremos saber en 4ue punto del tubo se encontraron estos compuestos $ así poder determinar las "elocidades de cada compuesto%
K% S/or 4u& se deben colocar en forma simultánea los tapones embebidos en Cl $ N H 3
acuoso
Como en el e0perimento de trata de comprobar la le$ de Gra)am6 $ esta le$ nos dice 4ue las "elocidades son in"ersamente proporcionales a la raí cuadrada de las masas molares de los compuestos- entonces el tiempo de inicio debe ser i#ual para ambos compuestos6 para así medir la distancia recorrida por cada compuesto $ poder corroborar esta le
%$1I15IOGR,.I,
VQuimica 2 ?ennet) W)ittem X ;@@K X K"a edici!n X D. 3e0ico V Quimica6 5a Ciencia Central X T)eodore 1roYn 2;@@B X Lna edici!n X D. 3e0ico V)ttp*YYY%mono#rafias%comtraba+osK:introduccion2e0perimental2sistema2 periodicointroduccion2e0perimental2sistema2periodico;%s)tml V)ttp*YYY%e)oYenespanol%come0plicar2sucede24uemamos2metal2ma#nesio2 comoZ>:;H@ V)ttp*YYY%te0toscientificos%com4uimica#rupo: V)ttp*YYY%allreactions%cominde0%p)p#roup2:anatriumsodium2iodide
