Q2p2.docx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD ZACATENCO

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE QUÍMICA APLICADA

PRACTICA 2: Determinación del Peso Molecular

GRUPO: 2CM2

EQUIPO 1

INTEGRANTES: Contreras Ruiz Yoselin Laura Corpus Casias Rene García Ramirez Susana Hernandez Hilario Yamile Yael Solís Ramírez Iliana Arlett PROFESOR: Rosas Fuentes Gabriel 10 octubre de 2017

PRACTICA NO. 2 DETERMINACION DEL PESO MOLECULAR OBJETIVO: Determinar el peso molecular de un gas con datos experimentales de la Ecuación General del Estado Gaseoso y la de Berthelot. CONSIDERACIONES TEÓRICAS En ciertas condiciones de presión y temperatura, es posible que la mayoría de las sustancias existan en alguno de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Po ejemplo, el agua puede estar en estado sólido como hielo, en estado líquido como agua o en estado gaseoso. Los gases son en diversos aspectos mucho más sencillos que los líquidos y los sólidos. Su movimiento molecular es aleatorio, y las fuerzas de atracción entre sus moléculas son tan pequeñas que cada una se mueve de forma libre. Sujetas a cambios de presión, temperatura es fácil predecir el comportamiento del gas. Las leyes que norman este comportamiento han desempeñado una importante función en el desarrollo de la teoría atómica de la materia y la teoría molecular de los gases. Ley de los gases ideales El concepto de gas ideal se desarrolló a mediados del siglo pasado como el modelo mas simple al que los entonces nuevos métodos de la teoría cinética podían aplicarse. Casualmente los resultados de los cálculos con este modelo estaban en completa concordancia con el comportamiento observado de los gases observado de los gases reales diluidos, es decir, gases a presiones y densidades bajas. La ley de los gases generales puede escribirse como: PV=nRT Considerando que el número de moles n, puede calcularse con la relación: 𝑚

𝑛=𝑀 Donde m es la masa en gramos y M la masa molecular. Reescribiendo la ecuación de los gases ideales, tenemos que: 𝑚 𝑃𝑉 = 𝑅𝑇 𝑀 Donde: P= Presión

R= Constante universal de los gases

V= Volumen

T=Temperatura

Determinación de pesos moleculares La determinación del peso molecular de un gas precisa cuatro datos: la masa de sustancia contenida en el volumen gaseoso, el volumen, la presión y la temperatura. Como la presión y la temperatura son fácilmente medibles, basta con determinar la masa de sustancia contenida en un volumen conocido (método de Dumas) o el volumen de gas producido por un peso dado de sustancia (método de Víctor Meyer). El método de Dumas consiste en introducir una pequeña cantidad de líquido en un matraz terminado en un tubo capilar. Se lleva el líquido a ebullición y la diferencia de pesos entre el matraz lleno de agua y lleno de aire permite determinar el peso del vapor y su volumen. El peso molecular se calcula de modo inmediato una vez determinados la masa de la sustancia y su volumen como vapor a la presión y temperatura dadas. El método de Víctor Meyer emplea un tubo de vidrio largo con dos tabuladoras laterales en la parte superior, una para recoger el aire desplazado en una campana de gases y otra provista de una varilla de vidrio. Este dispositivo se halla colocado en el interior de un tubo mayor en el que se hace hervir un líquido adecuado por encima del punto de ebullición del líquido cuyo peso molecular interesa determinar. A continuación se extrae el aire contenido en el tubo exterior por calentamiento, y posteriormente se deja caer una pequeña cantidad de líquido en una pequeña botellita provista de tapón en el tubo interior, en la parte inferior de la cual se ha colocado previamente un poco de lana de vidrio para evitar su rotura. Al calentar, el líquido contenido en la botellita se vaporiza desalojando un volumen igual de aire, que se recoge en la campana de gases. Conocido este volumen y efectuadas las correcciones correspondientes, resulta inmediato calcular el peso molecular de la sustancia.

La ecuación de Van Der Waals La ley de gas ideal trata a las moléculas de un gas, como partículas puntuales con colisiones perfectamente elásticas. Esto funciona bien en muchas circunstancias experimentales, con gases diluidos. Pero las moléculas de gas no son masas puntuales, y hay circunstancias donde las propiedades de las moléculas, tienen un efecto medible experimentalmente. Johannes D. van der Waals en 1873 propuso una modificación de la ley de gas ideal, para tener en cuenta el tamaño molecular y las fuerzas de interacción moleculares. Se la refiere normalmente como la ecuación de estado de van der Waals.

Donde 𝑎 =

27𝑅 2 𝑇𝑐3 64𝑃𝑐

𝑅𝑇

𝑏 = 8𝑃𝑐 𝑐

a" y "b" son parámetros que son determinados empíricamente para cada gas, pero en ocasiones son estimados a partir de su temperatura crítica (Tc) y su presión crítica (Pc) . Las constantes a y b tiene valores positivos y son características del gas individual. La ecuación de estado de van der Waals, se aproxima a la ley de gas ideal PV=nRT a medida que el valor de estas constantes se acercan a cero. La constante a proveer una corrección para las fuerzas intermoleculares. La constante b es una corrección para el tamaño molecular finito y su valor es el volumen de un mol de átomos o moléculas. Ecuación de Berthelot La ecuación de estado de Berthelot es ligeramente más compleja que la ecuación de Van der Waals. Esta ecuación incluye un término de atracción intermolecular tanto de temperatura como del volumen. La ecuación tiene la siguiente forma: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 [1 +

9𝑃𝑇𝑐 6𝑇𝑐2 (1 − 2 )] 128𝑃𝑐 𝑇 𝑇

MATERIAL 1 Matraz balón de fondo plano de 500cm3 con tapón de hule bihonrado. 1 Tubo de vidrio de 20 a 35cm de longitud cerrado en un extremo. 1 Codo de vidrio de 90º. 2 Pipetas graduadas de 10cm3. 1 Mechero, anillo y tela C/asbesto. 1 Pinza doble para bureta. 1 Termómetro. 1 Micro botella. 1 Balanza digital. Tubería de hule. Algodón.

REACTIVOS Cloroformo (CHCl3) Tetracloruro de Carbono (CCl4)

PROCEDIMIENTO 1. Monte al aparato como se muestra 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 de 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 el micro botella 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 hacer la operación lo más rápido posible. 4. Anote el máximo volumen desplazado en la pipeta C, esto será cuando todo el líquido de la micro botella haya pasado al estado gaseoso. 5. Quite la manguera que une a B con C y toma la temperatura del espacio libre en la pipeta C.

CUESTIONARIO 1. Anote sus resultados experimentales obtenidos: muestra g TºC

CCl4 .0257 29°

CHCl3 .0023 24°

5.8

6.8

V desplazamiento cm3

2. Considerando comportamiento ideal calcule el peso molecular de la sustancia problema: 𝒎 𝑷𝑽 = ( ) 𝑹𝑻 𝑴 𝑷 = 𝟓𝟖𝟓 𝒎𝒎𝑯𝒈 − 𝑷Vapor de agua V/T (cm3/K) 26.8 28.3 30.1 31.8 33.7 35.7 37.7 33.9

T°C 27 28 29 30 31 32 33 34

4. Calcule el peso molecular con la ecuación de Berthelot. 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 [1 + Sustancia CCl4 CHCl3

9𝑃𝑇𝑐 6𝑇𝑐2 (1 − 2 )] 128𝑃𝑐 𝑇 𝑇

TcºK 532.6 536.3

Pc atm 39,48 53.79

5. En su cálculo, hizo una corrección a la presión ¿Por qué se hace esta corrección? Debido al movimiento de partículas creado en la evaporación del líquido lo cual provoca un cambio en la presión establecida

6. Entre el peso molecular obtenido considerando comportamiento ideal y con la ecuación de Berthelot, ¿Cuál fue el más próximo al calculado por los pesos atómicos? El resultado más cercano se obtuvo con la ecuación de Berthelot debido a que los parámetros ocupados en esta ecuación ayudan a una mayor exactitud y precisión. NOTA: SE DEBERÁN ANEXAR AL REPORTE TODOS LOS CÁLCULOS REALIZADO CÁLCULOS P. 2) CCl4: P=585mmHg-30.1mmHg= 554.9mmHg --> 0.73 atm R=0.082(atm*L/mol*K) V=5.8cm3 --> 0.0058L T= 29°C --> 302°K M=(0.0257*0.082*302)/(.73*0.0058)= 150.31 g/mol CHCl3: P=585mmHg-21.7mmHg= 563.3mmHg --> 0.741 atm R=0.082(atm*L/mol*K) V=6.8cm3 --> 0.0068L T= 24°C --> 297°K M=(0.023*0.082*297)/(.73*0.0058)= 111.16 g/mol P. 3) CCl4: C =12 g/mol, Cl=35.5 g/mol CCl4=12+ (35.5*4)=154 g/mol CHCl3: C=12 g/mol, H=1 g/mol, Cl=35.5 g/mol CHCl3=12+1+ (35.5*3)=119.5 g/mol

P. 4) CCl4 𝑚𝑅𝑇 9𝑃𝑇𝑐 6𝑇𝑐2 𝑀= [1 + (1 − 2 )] 𝑃𝑉 128𝑃𝑐 𝑇 𝑇 𝑀=

𝑎𝑡𝑚 𝑙 )(302°𝐾) 𝑚𝑜𝑙°𝐾

(0.026𝑔)(0.082

(0.73𝑎𝑡𝑚)(0.0038𝑙)

9(0.73𝑎𝑡𝑚)(532.6°𝐾)

[1 + 128(39.48𝑎𝑡𝑚)(302°𝐾) (1 −

6(536.6°𝐾)2 )] (302°𝐾)

𝑔 (1 + 2.29𝑥10−3 (−17.66𝐾)) 𝑚𝑜𝑙°𝐾 𝑔 𝑀 = 146.47 𝑚𝑜𝑙 𝑀 = 152.65

CHCl3 𝑀= 𝑀=

𝑚𝑅𝑇 9𝑃𝑇𝑐 6𝑇𝑐2 [1 + (1 − 2 )] 𝑃𝑉 128𝑃𝑐 𝑇 𝑇 𝑎𝑡𝑚 𝑙 )(297°𝐾) 𝑚𝑜𝑙°𝐾

(0.0246𝑔)(0.082

(0.069𝑎𝑡𝑚)(0.0068𝑙)

9(0.069𝑎𝑡𝑚)(532.6°𝐾)

[1 + 128(53.79𝑎𝑡𝑚)(297°𝐾) (1 −

6(536.3°𝐾)2 (297°𝐾)

)]

𝑔 (1 + 1.62𝑥10−3 (−18.56°𝐾)) 𝑚𝑜𝑙°𝐾 𝑔 𝑀 = 123.84 𝑚𝑜𝑙 𝑀 = 127.68

OBSERVACIÓN Se pudo observar que la micro botella al ingresarla a la probeta la cual estaba en agua y en ebullición, se escapaba lo que era el reactivo ya sea cualquiera de los dos así esta reacción dejaba escapar un gas el cual iba a ser medido en las demás pipetas eso era lo principal que se tenía que observar y las temperaturas al momento de tomar la medición del volumen.

CONCLUSIÓN Contreras Ruiz Yoselin Laura En esta práctica se puede concluir que al hacer este experimento se puede determinar el peso molecular pero se puede equivocar, ya que en el momento de no dejar escapar el gas hay que ser rápidos y precisos para que la lectura del volumen se pueda realizar y así tener los resultados esperados.

Corpus Casias Rene Con ayuda de esta práctica, pudo comprobarse la efectividad de las ecuaciones de peso molecular, sin embargo para obtener una gran efectividad con este método se requiere obtener una gran exactitud con la captura de datos debido a que sin ellos esto genera datos erróneos por lo cual es necesario tener una buena captura de los datos ocupados.

García Ramirez Susana A partir de la realización de la práctica comprobamos que los cálculos pueden variar por muchos factores del ambiente pero después de todo la práctica ayudo a comprobar las leyes de los gases y a reforzar lo aprendido en clase, también me pareció una práctica un tanto compleja ya que había que calcular todo muy rápido y dependíamos mucho de que se hiciera de manera rápida pro esa parte no me gusto ya que las posibilidades de fallar son muchas.

Hernandez Hilario Yamile Yael Mediante el experimento realizado en la práctica, pudimos comprobar que las ecuaciones que ocupamos para la determinación del peso atómico son efectivas, siempre y cuando se realicen con los datos adecuados obtenidos del experimento. En ambos casos, con la ecuación de gases ideales y con la de Berthelot se obtuvo un resultado muy cercano al establecido en la tabla periódica.

Solís Ramírez Iliana Arlett Con la realización de esta práctica se logró comprobar mediante resultados, basados en los cálculos que se puede conocer el peso molecular de un compuesto al conocer su masa, temperatura y volumen. Así como que al calcular como gas ideal y como gas real la diferencia de sus valores no difiere en gran cantidad.

BIBLIOGRAFÍA -QUÍMICA, AUTOR: RAYMOND CHANG, EDITORIAL: Mc GRAW HILL, PAGINAS CONSULTADAS: 172-173 -FÍSICA, AUTOR: JOSEPH W. KANE, EDITORIAL: REVERTÉ, PAGINAS, CONSULTADAS: 228-230