Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ciencias y Tecnología Departamento de Ciencias Naturales Coordinación de Química Informe #9 de Laboratorio Título: Uso de las leyes de los gases en la determinación de Hidrogenocarbonato de sodio en una muestra de Alka-seltzer Estudiantes: Carlos Rodríguez
2-735-2383
Grupo: 6IC702 Profesora: Vilma Saéz
Introducción Este laboratorio abarca las leyes de los gases en la determinación de hidrogenocarbonato de sodio en una muestra de alka-seltzer y todo lo hecho en la nueva experiencia que realizamos. En la naturaleza se puede comprobar lo que se conoce como la ley de conservación de la materia, según la cual las masas de los compuestos permanecen constantes después de los experimentos. El Alka-Seltzer es un producto antiácido que se compone de Bicarbonato de sodio (NaHCO 3) 1,976 g, Ácido Cítrico (C 6H8O7)1,000 g, Ácido Acetilsalicílico(C9H8O4) 0,324 g. Al diluirse el Alka-Seltzer en agua (solución acuosa) reacciona de tal manera que se forma una sal, agua y se desprende gas carbónico. La siguiente es la ecuación química de la reacción que se lleva a cabo en ambas actividades. NaHCO3 (s)+H3O+Na+(ac)+2H2O+CO2" La reacción produce un gas debido a la des-composición del bicarbonato de sodio, situación provocada por la acción de los ácidos presentes en la reacción. El gas se encarga de producir el desplazamiento de la columna de agua en la probeta. Teniendo en cuenta que el gas que se produce en la reacción es el dióxido de carbono(CO 2); basta con calcular la cantidad de gas para determinar la cantidad y concentración de bicarbonato de sodio presente en la pastilla. Es importante resaltar además que parte del gas se disuelve en el agua de acuerdo a la ley de Henry. Además se debe mencionar que de acuerdo al principio de conservación de la energía, cuan-do se produce la reacción los componentes de la pastilla no se convierten totalmente en materia sino que se libera energía en forma de calor hacia la solución acuosa y el ambiente.
Fundamentos teóricos La ley de los gases ideales PV=nRT, es la ecuación de estado para un gas ideal (gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se describe totalmente con la ecuación del gas ideal). Podemos utilizar la ecuación del gas ideal para calcular como cambia una variable cuando se modifica una o más de las otras variables. La estequiometría de las reacciones nos permite encontrar la masa de una sustancia en una reacción química a partir de la masa de otra sustancia en la reacción. Combinando la estequiometría y la ley de los gases ideales podemos realizar los cálculos estequiometricos en las reacciones donde participen sustancias en estado gaseoso. En ocasiones, el dato que se tiene a la mano para iniciar un cálculo estequiométrico es el volumen del gas producido. Otras veces, lo que se desea es conocer el volumen del reactivo gaseoso. Una vez que se tiene la ecuación química balanceada, se sabe directamente por medio de los coeficientes el número relativo de moles de cada sustancia que intervienen en la reacción. Si uno o varios de los reactivos o productos son gaseosos, entonces se puede hablar también de los volúmenes de los reactivos o productos gaseosos a través de la ecuación de estado de los gases ideales. Una aplicación de las leyes de los gases se presenta cuando se genera un gas en una reacción y se recoge sobre agua. Al pasar las burbujas de gas a través de una solución acuosa, el gas recoge moléculas de vapor de agua que se mezclan con él. La presión del sistema es la suma de las presiones parciales del gas y del vapor de agua. La presión parcial del vapor de agua en la mezcla de gases depende solamente de la temperatura. Los valores de la presión de vapor del agua se pueden obtener de las tablas de presión de vapor de agua a diversas temperaturas. Por otro lado, la presión total ejercida por una mezcla de gases no reaccionantes es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales (ley de las presiones parciales de Dalton). La presión parcial es la presión que en un gas ejercía si se encontrase él solo en el recipiente, ocupando todo el volumen. El porcentaje de hidrógenocarbonato de sodio presente en una muestra de alkaseltzer, se puede determinar mediante la aplicación de cálculos estequiométricos y las leyes de los gases. La masa de hidrógenocarbonato de sodio y su porcentaje en la muestra se relacionan por la ecuación.
% de pureza= g de hidrógenocarbonato de sodio x 100 Masa promedio de los fragmentos
Objetivos Demostrar como las leyes de los gases ideales pueden utilizarse en la determinación de la masa de hidrógenocarbonato de sodio contenido en una tableta de alka-seltzer.
Síntesis En este laboratorio, para realizar la experiencia, armamos el aparato siguiendo las indicaciones de la profesora; preparamos en un vaso químico de 250 ml una solución saturada de CO2 adicionando 125 ml de agua, 2 ml de HCl 6M y dos tabletas de alka-seltzer; llenamos la bureta y el bulbo (Thistler) con la solución saturada de CO2, revisamos que no hubiera escape en las uniones; ajustamos los niveles de la solución en la bureta y en el bulbo, de manera que ambos coincidan, registramos el volumen de la bureta como el volumen inicial; tomamos una tableta de alka-seltzer y sin tocarla con las manos, la fraccionamos en dos mitades; fragmentamos la mitad de una de ellas, de manera que el peso de cada uno de los fragmentos seleccionados, se encontrase entre 0,2 y 0,3 gramos; adicionamos, 5 ml de HCl 6M dentro de un matraz Erlenmeyer de 250 ml limpio y seco, sin que tocara las paredes del recipiente; amarramos cuidadosamente con hilo el fragmento de muestra pesado y lo introducimos dentro del Erlenmeyer sin que tocase las paredes del mismo, lo dejamos suspendido por encima de la solución ácida, cerramos el erlenmeyer con el tapon de caucho; inclinamos el matraz Erlenmeyer hasta que el fragmento de alka-seltzer suspendido hiciera contacto con la solución ácida, en esta etapa se llevó a cabo la reacción; medimos el volumen máximo de solución desplazada en la bureta y anotamos el valor; y por últimos repetimos el procedimiento con dos muestras más de alka-seltzer para así obtener un promedio.
Materiales
Matraz Erlenmeyer de 250 ml Manguera de caucho Navaja Hilo de coser Buretas de 50 ml Tubo thiestler Tapones de caucho abierto Embudo corriente Reactivos Tabletas de alka-seltzer Solución de HCl 6M
Procedimiento 1. Arme el aparato siguiendo las indicaciones de su profesor.
2. Prepare en un vaso químico de 250 ml una solución saturada de CO 2, adicionando 125 ml de agua, 2 ml de HCl 6M y dos tabletas de alkaseltzer.
3. Llene la bureta y el bulbo (Thistler) con la solución saturada de CO 2. Revise que no haya escape en las uniones. Si hay escape, humedezca las conexiones y asegúrelas.
4. Ajuste los niveles de la solución en la bureta y en el bulbo, de manera que ambos coincidan. Registre el volumen de la bureta como el volumen inicial.
5. Tome una tableta de alka-seltzer y sin tocarla con las manos, fracciónela en dos mitades.
6. Fragmente la mitad de una de ellas, de manera que el peso de cada uno de los fragmentos seleccionados, se encuentre entre 0,2 y 0,3 gramos. 7. Adicione, 5 ml de HCl 6M dentro de un matraz Erlenmeyer de 250 ml limpio y seco, sin que toque las paredes del recipiente. 8. Amarre cuidadosamente con hilo el fragmento de muestra pesado e introdúzcalo dentro del Erlenmeyer sin que toque las paredes del mismo. Déjelo suspendido por encima de la solución ácida, cierre el Erlenmeyer con el tapón de caucho. 9. Incline el matraz Erlenmeyer hasta que el fragmento de alka-seltzer suspendido haga contacto con la solución ácida. En esta etapa se lleva a acabo la reacción.
10. Mida el volumen máximo de solución desplazada en la bureta y anote el valor. 11. Repita el procedimiento con dos muestras más de alka-seltzer para así obtener un promedio.
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Datos Peso de los fragmentos de alka-seltzer Masa1= 0.25 Masa2= 0.23 Masa3= 0.23 Volumen de CO2 desplazado V1= 27.9 V2= 26.1 V3= 29.1 Temperatura del laboratorio= 31oC Presión atmosférica (mm de Hg)= 760 mm Hg Presión del vapor de agua= 21.1 Volumen de HCl 6M utilizado= 5 ml
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Cálculos Masa promedio de los fragmentos= 0.24 g Volumen promedio de CO2 desplazado= 27.7 ml Volumen de CO2 absorbido por el HCl (factor de corrección)= 2.4 ml Volumen total de CO2 generado en la reacción= 30.1 ml Presión de CO2= 0.972 atm Moles de CO2= 1.26x10-3 moles Moles de NaHCO3 consumidos= 1.26x10-3 moles Gramos de NaHCO3= 0.106 g Porcentaje de pureza de NaHCO3= 43.3% +
HCl
NaCl
+
H2O
+
CO2
Masa promedio= 0.25+0.23+0.23= 0.24 g 3 Volumen promedio de CO2 desplazado= 27.9+26.1+29.1= 27.7 ml 3 Volumen de CO2 absorbido por el HCl (factor de corrección)= 3x0.8 = 2.4 ml Volumen total de CO2 generado en la reacción= 27.7+2.4 = 30.1 ml Presión de CO2= 760-21.1= 738.9 mm de Hgx 1 atm= 0.972 atm 760mm de Hg Moles de CO2= Moles de NaHCO3 consumidos=1.26x10-3 moles Gramos de NaHCO3= Porcentaje de pureza de NaHCO3=
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Cuestionario Escriba la ecuación de gas ideal y explíquela con palabras. De las unidades para cada término. R: PV=nRT La ley del gas ideal como una afirmación de que la relación entre el producto de la presión y el volumen de un gas y su temperatura es una constante; también cabe destacar que esta ley es la combinación del trabajo previo de Avogadro (establece que para un gas a temperatura y presión constante, el volumen es directamente proporcional al número de moles del gas) con los trabajos previos de Robert Boyle y Jacques Charles. Unidades: P= Presión absoluta (medida de atmosfera) atm. V=Volumen (esta ecuación el volumen se expresa en litros) L n=Moles del gas. Mol R= Constante universal de los gases ideales, 0.0821 (l.atm/mol.k) T= Temperatura absoluta en kelvin (k). ¿Porque se usa una solución saturada de dióxido de carbono para medir el volumen desplazado por el gas? R: Se utiliza una solución saturada de CO2 debido a que el gas que desprende Alka-seltzer es un exceso de CO2 que produce el desplazamiento del gas. Compare el % de pureza de NaHCO3 obtenido experimentalmente con el que señala el sobre de la tableta. R: Según nuestra experiencia de laboratorio el porcentaje de pureza de NaHCO3 obtenido experimentalmente era de 43.3% en cambio, el sobre de la tableta nos mencionaba que esta poseía 1.976 g del mismo de manera que sacando nuestros cálculos de porcentaje tenemos que el resultado fue de 806.53% como conclusión podemos mencionar que el porcentaje obtenido experimentalmente era solo menor que el porcentaje que obtuvimos de la tableta de Alka-Seltzer. ¿Por qué se debe emplear la escala de temperatura absoluta, en lugar de la escala de Celsius, para los cálculos con las leyes de los gases? R: Se llama temperatura absoluta o Kelvin a las temperaturas medidas desde el cero absoluto es decir que se basan en la anulación del movimiento de partículas; cabe señalar que no hay ningún movimiento en el cero absoluto y por lo tanto todo estado físico de la materia debe ser sólido. La escala es muy útil en
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gases ya que en algunos tienen un punto de ebullición tan bajo que solo se encuentran en estado gaseoso, para encontrarlo de forma liquido o incluso solida hay que bajar la temperatura considerablemente y la escala Kelvin es siempre positiva a diferencia de la Celsius. ¿Cuáles son los valores de temperatura y presión estándares (TPE)? R: Los valores son los siguientes: T= 273 K o 0ºC P= 760mmHg, 760 torr o bien 1 atm. En volumen un mol de gas a estas condiciones equivale a 22.4 lts/mol R= 0.0821 (L.atm/mol.K) ¿Cuál es el volumen molar de un gas? R: El volumen a condiciones de TPE equivale a 22.4 L/mol. Lo cual quieren decir que un mol de un gas y un mol de otro gas ocuparan el mismo volumen en las mismas condiciones de presión y temperatura. ¿En qué condiciones un gas se comporta idealmente? R: Un gas se comporta idealmente en condiciones de presión y temperatura estándar, además podemos señalar otro aspecto muy importante que no dice que las condiciones en las cuales un gas verdadero se comportara cada vez más como un gas ideal será mejor en temperaturas altas (pues las moléculas del gas tienen tanta energía que las fuerzas intermoleculares y la energía perdida en colisiones son insignificante) en las presiones muy bajas (como las moléculas de gas chocan o entran; raramente cerca hay bastante proximidad para que las fuerzas intermoleculares sean significativas). Identifiquen las posibles fuentes de errores experimentales. R: Una de las posibles fuentes de errores que tuvimos al principio fue que tuvimos que fragmentar varias veces el Alka-Seltzer debido a que el peso de los fragmentos no iba de acuerdo a lo que mencionaba la guía. Tuvimos que realizar parte del experimentó debido a que no logramos registrar unos de los volúmenes necesarios para realizar los cálculos de nuestro experimento.
Conclusión Hemos llegado a concluir que los gases ejercen presión porque sus moléculas se mueven libremente y chocan contra cualquier superficie con la que hacen contacto. Las unidades de presión de los gases incluyen milímetros de mercurio, torr, pascales y atmosferas. Una atmosfera es igual a 760 mm Hg o 760 torr. El cero absoluto (-273.15°C) es la menor temperatura teóricamente obtenible. La escala de temperatura kelvin toma como 0K el cero absoluto. En todos los cálculos de las leyes de los gases, la temperatura se debe expresar en kelvin. La ecuación del gas ideal, PV=nRT, combina las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Esta ecuación describe el comportamiento de gas ideal. El porcentaje de hidrogeno carbonato de sodio lo calculamos mediante la aplicación de cálculos estequiometricos y la leyes de los gases. El volumen de un gas en TPE equivale a 22.4 L/mol. Lo cual lo utilizamos en el desarrollo de problemas. Además utilizamos las diferentes leyes de los gases los cuales fueron muy importante para el desarrollo del laboratorio las cuales son: Ley de Boyle, Charles y Gay-Lussac y la ley de Avogadro.
Bibliografía Russel, J; Química General, Mc Graw-Hill, México. Cap.4
