INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO DEPARTAMENTO: INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE QUÍMICA PRACTICA NUMERO 2 TITULO DE LA PRÁCTICA: DETERMINACION DEL PESO MOLECULAR GRUPO: 2E1M EQUIPO NÚMERO 3 INTEGRANTES: Luis Gomez Luis Alfredo
Callejas Escobar Javier Domínguez Morales Juan Luis Flores Ramírez José Luis FECHA DE REALIZACIÓN: 15 DE MARZO DEL 2012 PROFESOR: Fernando González García
Objetivo: El alumno demostrara con los datos obtenidos en el laboratorio, las leyes de Boyle, Charles-Gay Lussac y la ley Combinada del estado Gaseoso.
Consideraciones teóricas: Masa molecular Es una de las maneras más comunes para determinar a un compuesto sin especificar sobre la naturaleza de dicho compuesto. A partir de dicha determinación se obtiene la Fórmula empírica de cualquier compuesto; aunque como se acaba de explicar dicha ecuación no explica la naturaleza del compuesto si expresa las proporciones atómicas relativas en las que se encuentran sus elementos. Para ello es necesario realizar la masa molar promedio que si nos informan del tamaño promedio de la molécula o macromolécula. SE ENTIENDE POR MASA MOLECULAR TANTO LA MASA ATÓMICA COMO LA MASA MOLAR.
La masa molecular de un gas se determina mediante la ecuación general de los gases
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. Despejando, para determinar M (masa molecular) de la Ecuación General de los gases, tenemos que:
Método de Regnault para la determinación de masas moleculares. Este método se usa para determinar los pesos moleculares de las sustancias gaseosas a la temperatura ambiente y se realiza así: Un matraz de vidrio de unos 300 a 500 c.c. de capacidad, provisto de llave, se evacúa y pesa, llenándolo a continuación con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presión, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenándolo y pesándolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen. Con los datos así o btenidos, se deduce el peso molecular buscado mediante la ecuación PV=nRT=m/M(RT) M=mRT/PV En un trabajo preciso se usa un bulbo más grande para llenarlo y otro de contrapeso, y se corrigen las mediciones reduciéndolas al vacío.
Método de Dumas para la determinación de masas moleculares y densidades en fases de vapor. La densidad de vapor se determina por el cociente de su masa en gramos y el volumen en litros que ocupa a una T y p dadas: m
V
Jean Baptiste André Dumas demostró que el peso molecular de algunos compuestos orgánicos era directamente proporcional a la densidad de vapor del compuesto, y, usando este principio, creó un método para determinar los pesos atómicos, especialmente de gases y líquidos con bajos puntos de ebullición y cuyos vapores cumplen la ley de gas ideal: PV=nRT
El peso molecular se puede calcular usando la siguiente fórmula:
Determinación de la densidad del vapor del compuesto en cuestión. A diferencia del anterior, determina el volumen ocupado por un vapor a una temperatura superior a su punto de ebullición y determina la masa de ese vapor por pesada, restándole el peso del recipiente que lo contiene. La densidad así determinada será la del vapor a latemperatura que se cerró el matraz; para hallar el peso molecular basta con aplicar la fórmula: PM = ρ RT/P
Método de Víctor Meyer para la determinación de masas moleculares y densidades en fases de vapor. Sirve para igual fin que el de Dumas, pero es mucho más simple y flexible, el aparato consta de un tubo interior B, de unos 50 cm de longitud rodeado de una camisa A, parcialmente llena con un líquido cuyo punto de ebullición es por lo menos 30 grados mayor que el de la sustancia en estudio. La función de la camisa externa es mantener la temperatura del tubo interior constante por ebullición del líquido en A. Además dentro de este último tubo, existe otro C, abierto en el fondo y por el cual pasa una varilla metálica o de vidrio sujeta con un tapón de hule en la parte superior, y provisto de un ángulo o anzuelo en el fondo. La salida de B comunica con una bureta de gas G, llena de agua, en cuyo caso es necesario hacer la corrección de presión correspondiente del vapor acuoso, o bien en lugar de agua se coloca mercurio que resulta preferible. L es un bulbo de nivel que permite el ajuste de presión del gas de la bureta en G, a la atmosférica. El líquido cuyo peso molecular se determina va encerrado en una ampolla diminuta provista de un labio finamente alargado P, que se pesa en vacío primero. Después se extrae el líquido necesario para producir unos 40 o 60 cc de vapor y se sella el bulbo con cuidado con una llama, pasándose de nuevo. La diferencia de pesadas nos da el líquido a evaporar. La ampolla se cuelga en el anzuelo y el aparato queda dispuesto. Para hacer una medición se hierve el líquido en A, y se mantiene así durante la operación. Al alcanzar el equilibrio térmico, los niveles en G y L son iguales y entonces se efectúa una lectura. A continuación se rompe la ampolla haciendo chocar su cuello contra la base de C, al mover, desde D, la varilla hacia arriba. Roto el bulbo, vaporiza el líquido y el volumen del aire se desplaza desde el fondo de B a la bureta de gas, en una proporción igual al de los vapores formados a la temperatura del tubo interior. En cuanto enfría a la temperatura ambiente se mide el volumen otra vez. Si los niveles en G y L son iguales, la presión del aire es la atmosférica exterior a la bureta, y la temperatura nos la proporciona el termómetro H. Determinando el peso W del líquido y su volumen como vapor a la temperatura ambiente T y presión P, la densidad del vapor y su peso molecular se calcula fácilmente.
Determinación exacta de los pesos moleculares Los pesos moleculares calculados mediante la ley de los gases ideales son aproximados incluso cuando los datos son precisos, la razón es por que dicha ley no representa con exactitud la conducta de los vapores, si deseamos un valor exacto del peso molecular de Berthelot es la más conveniente pero solo puede usarse cuando la presión y la temperatura critica de la sustancia están disponibles la ecuación nos da M=(W/T)(RT/P)[1+ 9PTc/128PcT (1- 6Tc2/T2)]
Material y equipo:
Material:
Reactivos:
1 Matraz balón de fondo plano de
Cloroformo (CHCl3)
500cc con tapón de hule biohoradado.
Tetracloruro de Carbono (CCl 4)
1 Tubo de vidrio de 20 a 35cm de longitud, cerrado en un extremo.
1 Codo de vidrio de 90°
2 Pipetas graduadas de 0 a 10cc
1 Mechero, anillo y tecla c/asbesto.
1 Pinza doble para bureta.
1 Termómetro.
1 Micro botella.
1 Balanza digital.
Tubería de hule.
Algodón.
Desarrollo de la práctica: 1.
Monte el aparato como se indica en la figura 1, introduzca un pedazo de algodón en el fondo del tubo A para evitar que se rompa al dejar caer la micro botella que contiene la muestra.
2.
Calentar a ebullición el agua contenida en el matraz (el nivel tocara ligeramente el tubo A), cuyo tapón deberá tener una salida para el vapor. Estando en ebullición, ponga el nivel del agua contenida en las pipetas de manera que el punto C indique cero. Esto se puede lograr subiendo o bajando una u otra pipeta.
3.
Introduzca la Microbotella abierta que contiene la muestra (de una a dos gotas previamente pesadas) en el tubo A y conecte el codo B inmediatamente, presionando para evitar fugas. Procure operación lo más rápido posible.
4.
Anote el máximo volumen desplazado en la pipeta C. Esto será cuando todo el liquido en la Microbotella allá pasado al estado gaseoso.
5.
Quite la manguera que une a B con C y tome la temperatura del espacio libre en la pipeta C.
Cuestionario (Cálculos, graficas, tablas). 1. Anote sus resultados experimentales obtenidos: Datos: V=ml-L
=0.0073L
W botella vacia= 1.950gr W botella llena= 2.010gr T=27°C+273=300°K Formulas: W vapor muestra = W botella llena – W botella vacia Sustituciones: W vapor muestra= 1.950g-2.010g=0.06g m muestra
0.06g
T
300°K
V dezplazado
0.0073 L
2. Considerando comportamiento ideal, calcule el peso molecular de la sustancia problema: P = 585mmHg – P vapor del agua P = 585mmHg – 26.8
PVAPOR DEL AGUA (mmHg) 26.8 28.3 30.1 31.8 33.7 35.7 37.7 39.9
T(oC) 27 28 29 30 31 32 33 34
3.
A partir de los pesos atómicos determine el peso molecular de la sustancia problema.
Sustancia ------- CHCl3 Datos: Pesos atómicos: C=12 g/molg H=1 g/molg Cl=35.453 g/molg Formula:
M CHCl3= (MC+MH)+(MCl)(3) Sustitucion: M CHCl3 = (12+1)+(35.453)(3) = 119.359g 4. Calcule el peso molecular con la ecuacion de Berthelot. Datos: Tc = 536.3 oK
V=0.0073L
Pc = 53.79 atm
R= 0.08205 atm lt/molg k
WCHCl3 = 0.06g
T= 300K
Formula:
P= 0.73 atm
( )( )*() +
Sustitución:
( ) ( ) * + 5. En su cálculo, hizo una corrección a la presión. ¿Porque se hace esta corrección? La corrección es porque el volumen se mide sobre el H2O, por ello es necesario hacer la corrección de vapor correspondiente del vapor acuoso. 6. Entre el peso molecular obtenido considerando el comportamiento ideal y con la ecuación de Berthelot, ¿Cuál fue el más próximo al calculado por los pesos atómicos? El de la ecuación de berthelot.
Conclusiones: Las ecuaciones de estado se utilizan para determinar datos de equilibrios, entalpías, presiones, volúmenes, y otras propiedades termodinámicas. La elección de la ecuación a utilizar dependerá de la precisión que se requiera y de las condiciones de operación en las que se trabaje.
Bibliografía:
TIULO: QUIMICA OCTAVA EDICION, PAGINAS: 1030, AÑO DE IMPRESIÓN:2008, EDITORIAL: CENGAGE LEARNING,INC, AUTOR SERGIO R. SERVANTES TITULO: QUIMICA GENERAL , PAGINAS 1093 , AÑO DE IMPRESIÓN: 2002 , EDITORIAL: Mc GRAW-HILL INTERAMERICANA, EDITORES , AUTOR: FELIPE CARRASCO
