Dumas[1]

DENSIDAD DE LOS GASES DETERMINACIÓN DE PESOS MOLECULARES MÉTODO DE DUMAS

CLAUDIA PARDO CRISTIAN QUIROGA JHON CHAPARRO

Profesor: CARLOS ALIRIO GAMEZ UMBACIA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA DE INGENIERIA AGRONOMICA FISICOQUÍMICA TUNJA 2012

INTRODUCCIÓN El propósito de este experimento es estudiar la manera de determinar experimentalmente la densidad y el peso moléculas de una sustancia volátil. Para poder determinar estos datos (densidad y peso molecular) se realizará un experimento sobre el método de Dumas, en este método utilizamos una sustancia volátil como lo es tetracloruro de carbono el cual fue adicionado a un bulbo de Dumas, este bulbo es un recipiente de forma semiovalada con un capilar; luego se sometía a ebullición, luego se cierra el capilar y se toma el peso del bulbo, enseguida se dejaba salir el gas y el bulbo se llenaba de agua y se volvía a tomar el peso, teniendo estos datos más las temperaturas tanto ambientales como del agua y las presiones barométricas se puede realizar un análisis sobre el método. Existe otro método para determinar la densidad de vapor este es el método de Víctor Meyer, es muy preciso pero requiere de un aparato más elaborado; consiste en volatilizar una muestra pesada de líquido y medir con una bureta de gases el volumen de aire a temperatura y presión conocida que es desplazada por el vapor. Si este experimento se hace con cuidado resulta preciso para mostrar desviaciones de comportamiento con respecto al estado del gas en los vapores con los que se trabaja.

MARCO TEÓRICO Densidad :

es la masa de un cuerpo por unidad de volumen. En ocasiones se habla de densidad relativa que es la relación entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4 °C, que se toma como unidad. Como un centímetro cúbico de agua a 4 °C tiene una masa de 1 g, la densidad relativa de la sustancia equivale numéricamente a su densidad expresada en gramos por centímetro cúbico. La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos macizos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y después su volumen; éste se puede calcular a través del cálculo si el objeto tiene forma geométrica, o sumergiéndolo en un recipiente calibrando, con agua, y viendo la diferencia de altura que alcanza el líquido. La densidad es el resultado de dividir la masa por el volumen. Para medir la densidad de líquidos se utiliza el densímetro, que proporciona una lectura directa de la densidad. El término de densidad también se aplica a las siguientes magnitudes: 1) La relación entre el número de partículas en un volumen dado, o el total de una determinada cantidad —como la energía o el momento— que existe en un volumen, y dicho volumen. Es el caso de la densidad de carga, la densidad de electrones o la densidad de energía. 2) La energía luminosa por unidad de volumen (densidad de energía luminosa). 3) La oscuridad de una imagen en una película o placa fotográfica (densidad fotográfica). Peso molecular:  es

igual a la masa molecular relativa y se expresa en g/mol. Los números que indican la masa molar y la masa molecular coinciden porque se eligió como factor de conversión entre la unidad de masa atómica y el gramo el inverso de la constante de Avogadro.

La masa de una molécula puede determinarse a través de experimentos o el cálculo simple. La masa molecular de los átomos elementales, como el carbono 12, es la misma que su masa atómica, ya conocida. Punto de ebullición : es la temperatura a la que la presión de vapor de

un líquido l íquido se iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullición (p.e.), la evaporación tiene lugar únicamente en la superficie del líquido. Durante la ebullición se forma vapor en el interior del líquido, que sale a la superficie en forma de burbujas, con el característico hervor tumultuoso de la ebullición. Cuando el líquido es una sustancia simple o una mezcla azeotrópica, continúa hirviendo mientras se le aporte calor, sin aumentar la temperatura; esto quiere decir que la ebullición se produce a una temperatura y presión constantes con independencia de la cantidad de calor aplicada al líquido. Cuando se aumenta la presión sobre un líquido, el p.e. aumenta. El agua, sometida a una presión de 1 atmósfera (101.325 pascales), hierve a 100 °C,

pero a una presión de 217 atmósferas el p.e. alcanza su valor máximo, 374 °C. Por encima de esta temperatura, (la temperatura crítica del agua) el agua en estado líquido es idéntica al vapor saturado. Al reducir la presión sobre un líquido, baja el valor del p.e. A mayores alturas, donde la presión es menor, el agua hierve por debajo de 100 °C. Si la presión sobre una muestra de agua desciende a 6 pascales, la ebullición tendrá lugar a 0 °C. Los puntos de ebullición se dan dentro de un amplio margen de temperaturas. El p.e. más bajo es el del helio, -268,9 °C; el más alto es probablemente el del volframio, unos 5.900 °C. Los puntos de ebullición correspondientes a los distintos elementos y compuestos se refieren a la presión atmosférica normal. Jean-Baptiste Dumas (1800-1884) , químico francés, nacido en

Alais (hoy Alés). En 1832 fundó la Escuela Central de Artes y Manufacturas. Fue nombrado miembro de la Academia de Ciencias Francesa en 1832, y se convirtió en su secretario permanente en 1868. Desde 1849 a 1851 fue ministro de Agricultura y Comercio. También fue senador y alcalde de París. Par ís. Dumas demostró que la masa molecular de ciertos compuestos orgánicos es directamente proporcional a la densidad del vapor del compuesto y, a partir de este principio, ideó un valioso método para determinar las masas moleculares, especialmente de gases y líquidos con puntos de ebullición bajos. Formuló la teoría de la sustitución, después de observar que las propiedades de ciertos compuestos orgánicos cambiaban muy poco cuando su hidrógeno era reemplazado por una cantidad equivalente de cloro. Dumas ideó también un método para la determinación cuantitativa del nitrógeno en sustancias orgánicas. El método de Dumas consiste en llenar un de vapor un bulbo de vidrio, sellarlo a una presión y temperatura convenientes y pesarlo. El volumen del bulbo se determina llenándolo con agua y volviéndolo a pesar. Se necesita conocer el peso del bulbo vacío; si el bulbo se pesa conteniendo aire y no al vacío entonces se debe conocer la densidad del aire.

RESULTADOS Tabla 1. Datos obtenidos durante la práctica. 16.174 gr 550 mm Hg; 0,72368 atm 20°C 20°C (293,1 (29 3,16° 6°K) K) 126°C (399°K) 16.141 gr 18°C 41.239 gr cm

Wai Pai Tai Tb Wm Ta Wa Volumen bulbo

Se utilizó Butanol H3C-(CH2)3-OH CÁLCULOS

1. Corrección de la lectura de la escala barométrica debido a la temperatura. P observada = (1- α t + β t) P observada = 1 - (1,818x10-4 * 20°C) + 1,84x10-5 * 20°C P observada = 1 – 3,636x10-3 + 3.68x10-4 P observada = 0,996732 2. Volumen del bulbo. 2.1 Masa aparente del agua (m a). ma = Wa – Wai ma = 41.239 gr – 16.174 gr ma = 25.065 gr 2.2 Peso del aire (ms) ms = ds * Vb ms = 0,8719 * 236.70 ms = 206.37

ds = 1.293/vs = 1.293/ 1,4829 = 0,8719 vs = tai * 760 = 293.16 * 760 =1,4829 273,16 Pai 273,16 550 Vb = (ma + ms)/da Vb = ma / (da - ds) = 25.065/(0,97779 – 0,8719)=236.70

2.3 Volumen corregido corregido del bulbo en función de la temperatura (ºC) (Vf). Vf = Vb + Vb (2,5x10-5) (tb - tai) Vf = 236.70 + 236.70 (2,5x10-5) (126°C – 20°C) Vf = 237.32 lt 2.4 Dencidad de la muestra Px = Wm – Wai + ms = W Vf Vf Px = 16.141 – 16.174 + 206.37 237.32 Px= 0.8694 gr/lt

2.5 Peso de la muestra Mx = W [ R * Tb ] Pb * Vf Mx = 206.337 gr [ 0,082atm*lt/mol 0,082atm* lt/mol °K °K * 399°K] 399°K] 0,72368 atm * 237.32 lt Mx = 39.464 gr/mol

BIBLIOGRAFÍA 

Ball, D. 2004. Fisicoquímica. Internacional Thomson Editores. México.

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Gispert, C., Gay, J. & Vidal, J. Física. Océano S.A. España.

Restrepo, F. 1983. Química Básica. Susaeta Ediciones & Cia Ltda. Colombia.

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