Lab 08 Determinacion Del Volumen Molar de Una Gas

 

UNIVERSIDAD DEL CAUCA Guía para la presentación y elaboración del infore de laboratorio Docente: Química N Natalia atalia Samboni Samboni Ruiz 

LA!"RA#"RI" N$ % DE#ER&INACI"N DEL V"LU&EN &"LAR DE UN GAS 'ennifer #atiana Labio Cifuentes Vi(iana Eli)abet* &oreno C*aorro Diana Carolina #re+o Villota, UNIVERSIDAD DEL CAUCA- .ACUL#AD DE CIENCIAS AGR"/ECUARIAS- INGENIERIA AGR"INDUS#RIAL- LA!"RA#"RI" DE 0UI&ICA !ASICA, Introducción1 En la siguiente siguiente práctica práctica se podrá analizar analizar y determinar determinar el volumen volumen molar molar de un gas que es el ocupado por por un mol de un gas ideal bajo bajo condiciones condiciones normales de presión presión y temperatura. temperatura. Este podrá ser calculado a través de la descomposición térmica del clorato de potasio (KCL!" usando como catalizador catalizador el el o#ido de manganeso manganeso ($n%"& ($n%"& en el cual se desprenderá desprenderá cierta cantidad cantidad de de o#igeno tal como se indica en la siguiente reacción'  %KCl! %KCl  !%   )gua )gualme lmente nte será necesa necesario rio *allar *allar el volumen volumen del del ga gas s el cual se determi determina nara ra a través través del desplazamiento de agua. +eniendo ya todos los resultados se podrá calcular el volumen del gas bajo condiciones de laboratorio y de esta ,orma poder compararlo bajo las condiciones normales de temperatura (%-! K" y presión ( atm".  /s0 mismo se tendrá tendrá un mayor mayor conocimiento conocimiento sobre cada cada una de las propiedades propiedades que presentan los gases y la in,luencia de ,actores como la presión& temperatura& volumen y numero de moles en el comportamiento de un gas& los cuales están establecidos por leyes emp0ricas& tales como Ley de 1oyle& Ley de C*arles& Ley de 2ay3 Lussac y Ley de avogadro.

"!'E#IV"S "b+eti(o General 3

4emo 4emost stra rarr si la le ley y de presi presion ones es parci parcial ales es se cumpl cumple e y en qué qué pr prop opor orci ción ón se de esta esta&& además determinar los posibles ,actores in,luyen en la producción de o#igeno.

 "b+eti(os Específicos 3 3

4etermin 4eterminar ar el volumen volumen que que ocup ocupa a un mol de de un gas a %-! %-! K y a una una atmos, atmos,era era de presi presión ón /plic /plicar ar la ley de 4alt 4alton on lley ey de de las las pr presi esion ones es parc parcial iales es

 

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C"NSUL#AS /RELI&INARES 2,3 en 4ue se diferencian los 5ases reales de los 5ases ideales6  Los gases reales son lo que e#isten y son aquellos con los que interactuamos continuam continuamente& ente& se dice dice que que estos estos gases gases act5a act5an n como como gases gases ideale ideales s en cierta ciertas s condi condicio cione nes& s& es de decir cir qu que e se apro#iman a cumplir este comportamiento a altas temperaturas y a bajas presiones. En cambio& los gases gas es ideales ideales son *ipotéti *ipotéticos& cos& aque aquellos llos ,ormados ,ormados por part0cul part0culas as puntuales6 puntuales6 sin repulsió repulsión n ni atracción entre ellas& además no ocupan un espacio y cumplen solo con las leyes de los gases ideales. 3 Los Los gases gases reales reales que se apro#im apro#iman an al comport comportami amien ento to de los gases gases ideale ideales s son aquello aquellos s que se encuentran en ,orma en ,orma monoatómica en condiciones de temperatura alta y presión alta. 3 /demá /demás s pode podemo mos s decir decir que que la la varia variable ble de un un gas gas idea ideall ) siempre vale  mientras que para un gas real por lo general será di,erente de . 3 La ecuac ecuación ión de de estado estado para un g gas as ideal ideal es es 78 9: 9: ;+n ;+n es decir decir que que la ecuac ecuación ión para para un un gas ideal no se altera mientras que para el gas real la ecuación se de,ine de la siguiente manera 78 9 7;+< es decir que se ve a,ectada por el valor tomado por la z. 3 La ecuació ecuación n de 8an 8an 4er 4er =aals =aals se di,ere di,erencia ncia de de la de los los gases gases ideales ideales por por la presencia presencia de de los términos de corrección uno corrige la temperatura mientras que el otro se modi,ica la presión. 3 Los Los gases gases reales reales a presio presiones nes y tempera temperatu tura ra cercan cercanas as a las tempera temperatur turas as cercan cercanas as a las ambientales act5an como gases ideales. 3 En los los gases gases idea ideales les e#iste e#isten n colisio colisiones nes que que son son d de e caráct carácter er elást elástico. ico.  La ecuación de estado para gases se de,ine por tres variables presión- (oluen y  teperatura, E#iste una ecuación de estado que e#presa la relación que e#iste entre estas magnitudes con los gases ideales (78 9 ;+n" donde ;9 >&>?% atm:litro @K: mol y n es el numero de moles del gas.

2,8 cuales son las leyes de los 5ases ideales 6  Las leyes de los gases ideales son' 3  Ley de !oyle 9 &ariotte1 “A temperatura constante los volúmenes de una masa gaseosa son constantes mientras que es inversamente proporcional a la presión que soporta! Es decir que si la presión aumenta la temperatura disminuye y si la temperatura aumenta la presión disminuye.  La ecuación que representa la ley de 1oyle 3 $ariotte es la siguiente' 8% 9 K%:+%

8 9 K: + K9K%

V   1 V 2 = T 2 T   2

V3:#8; V8:#3 <

Ley de c* c*ar arle less < Gay Lus ussa sacc

 

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= A presión constante constante los volúmenes volúmenes de una masa gaseosa son directamente directamente  proporcionales  proporcion ales a la temperatura temperatura a la que que se encuentra encuentra el gas! gas!

V   1 V 2 2 T 1 = T   2   - 

V1 T2 = V2 T1

Ley de Dalton “la presión total de una mezcla mezcla de gases es la suma de todas las presiones parciales parciales de los gases que constitu"en la mezcla!

 

7t9 77%7!A.

<

Ley de a(o5adro Es la relación entre la cantidad del gas y el volumen. Cuya ,órmula es 8 9 B n& donde 8 9 volumen6 n 9 moles del gas y K 9 constante de proporcionalidad.

Ecuación de estado Es la combinación de las leyes de 1oyle3 $ariotte y C*arles  2ay lussac' 7.89;.+.n 4onde ; es la constante universal de los gases cuyo valor es obtenido al despejar ; de la ecuación de los gases D En atmos,eras 1  Atm∗22.4 litros

 P∗V 

;9

T ∗ n

9

273 kelvin∗1 mol

9>.>?%

atm.litro kelvin.mol

En torr  760 mmHg∗22.4 litros

 P∗V 

;9

T ∗n

9

273 kelvin∗1 mol

9

62.3

mmHg∗litro kelvin∗mol

8,2 >Cu?les son las condiciones norales de los 5ases6 3, se adaptan a la ,orma y el volumen del recipiente que los contiene. n gas& al cambiar de recipiente& se e#pande o se comprime de tal manera que ocupa todo el volumen y toma la ,orma del nuevo recipiente.   se dejan comprimir ,ácilmente. /l e#istir espacios intermoleculares las moléculas se pueden 8, acercar unas a otras reduciendo su volumen& cuando aplicamos la presión.

 

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!. se di,unden ,ácilmente. /l no e#istir la ,uerza de atracción intermolecular entre sus part0culas& los gases se esparcen en ,orma espontanea. @, se dilatan& la energ0a cinetica promedio de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada. Fe entiende por condiciones normales a las adoptadas como re,erencia para la determinación de de propie propieda dade des s ,0sica ,0sicas& s& qu0mi qu0mica cas& s& etc. etc. 4e una una su susta stanci ncia& a& objet objeto o o siste sistema6 ma6 com5n com5nmen mente te comprende presión y temperatura.   ;e,i ;e,iri rién éndo dose se a lo los s ga gase ses& s& las las cond condic icio ione nes s no norm rmal ales es de pr pres esió ión n y te temp mper erat atur ura a pa para ra la determinación de sus propiedades dado por el sistema internacional es > GC es decir %-!&H K y a  atm ó >>>>> 7a pascales en nomenclatura nomenclatura )7/C& )7/C& con la salvedad de que los medidores medidores de gasto volumétrico se calibran a %HGC. En cualquier caso& cuando se emplea el adjetivo normal& se re,iere e#clusivamente a la presión atmos,érica  atm& de modo que pueda encontrarse tablas de datos para las propiedades de distintos materiales y compuestos qu0micos a temperaturas tan distantes como >GC& ?GC& %>GC& %HGC. etc.

2,@  En 4u consiste el todo de de despla)aiento del a5 a5ua ua para deterinar el (olu (oluen en de un 5as6 El método de desplazamiento de agua para determinar el volumen de un gas consiste en' calentar  una sustancia6 el gas liberado por esta sustancia se introduce a un recipiente con agua. Este procedimiento se puedo observar en el montaje realizado pues el gas desplaza al agua que estaba contenida en la probeta *acia el vaso de precipitado. /l terminar este procedimiento se mide el volumen desplazado desplazado con una regla r egla en cm y con este dato podemos determinar determinar el volumen. 4e tal manera que el volumen del gas es el volumen de agua desplazada.

RESUL#AD"S RESUL#A D"S B ANLISIS  /.>- litros mientras que el volumen volumen teórico que se obtiene a partir de >.>I> >.>I>J J gramos de KCl! es de >.>%I%- litros el error absoluto que e#iste en el montaje realizado ,ue de >.>%%& un error  relativo de & un porcentaje de error del está del rango es decir no supera el HM & la di,erencia que e#iste entre el volumen recorrido y los datos teóricos no es elevado& lo cual indica que el calor  proporcionado ,ue el adecuado y también la cantidad de dió#ido de manganeso que ,ue utilizado como catalizador& además del ,uego suministrado y el catalizador *ace que se debe mejor la reacción. Con esto se comprueba a partir de calcular el volumen e#perimental de o#igeno& la cantidad de moles que se producen e#perimentalmente es de −3

co compa mparac ración ión co con n las moles moles teóric teóricas as son

1.7246∗10

0.01724 mole moless de oxigeno oxigeno

  y en

moles mol es deO de O 2   cuya di,erenci di,erencia a es de

>.>HHI cuya di,erencia baja& lo que cual se *ace que montaje y las condiciones a las que se realizo la practicaes ,uerelativamente muy optima es decir logro lo el que se espera.

 

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$ientras que si remplazamo $ientras remplazamos s el volumen volumen dos que equivale equivale a !.J> !.J> litros y el volumen volumen I es de %I.%- litros *ay una di,erencia muc*o mayor por tanto aumentara elerror relativo y el porcentaje de error cuyo valor es de !.I% es decir que el valor es más alto& debido a que en un laboratorio e#isten di,erentes condiciones que var0an y pueden cambiar los resultados de la practica. En la práctica se observo di,erentes cambios& uno de ellos depend0a de la cantidad de calor  e#istente ya que como la temperatura es directamente proporcional a la presión el volumen de agua desplazada desplazada al calentar el clorato de potasio este será mayor que al calentarlo en disminuir la temperatura. Fin embargo& los catalizadores tales como el dió#ido de manganeso *ace que la reacción sea más óptima y sede más rápido. $uc*as veces las reacciones no se dan en un porcentaje porcentaje del >>M debido a que e#isten ,actores que *acen que la reacción no se por completo por ejemplo la impureza de una sustancia la temperatura temperatu ra o también pueden *aber *aber cálculos o mediciones mediciones erróneas por parte de los estudiantes ya sea pesando una sustancia. /demás debemos tener en cuenta que e#iste como ,actores las condiciones de laboratorio. +ambién debemos tener en cuenta las leyes de boyle que a,irma que la presión es inversamente proporcional al volumen de un gas cuando la temperatura es constante y la ley de c*arles dice que a presión constante el volumen es directamente proporcional a la temperatura. 4e estas leyes podemos concluir que si en el montaje anterior se aumenta la temperatura y se disminuye el presión el volumen del gas aumenta y si disminuimos la temperatura y aumentamos presión su suced cede e lo contra contrario rio&& aunq aunque ue en ambas ambas leyes leyes se pu puede eden n ob obse serva rvarr qu que e la masa masa pe perma rmane nece ce constante.

3, /REGUN#AS @,3 4escriba el barómetro de mercurio. NCómo ,uncionaO n barómetro es un instrumento que desenvuelve la ,unción de medir la presión atmos,érica o la presión que ejerce el aire que ,ue inventado por torricelli. Este instrumento es de vidrio en cuyo inter interior ior tie tiene ne mercu mercurio rio cuya cuya parte parte su supe perio riorr esta esta se sella llada da&& ad adema emas s pu pued ede e reacci reaccion onar ar co con n el incremento de temperatura& por ganar altura o por disminuirla. La presión atmos,érica indica el peso del aire (atmós,era" seg5n la gravedad de la tierra. / nivel de mar esta tiene un valor de >!&%H mbar en condiciones estables . Los cambios de la altitud se deben tener en cuenta a la *ora de medir la presión absoluta. En la pantalla digital del barometro se muestra la presión atmos,érica atmos,érica actual (depende de las condiciones condiciones meteorológicas y la altitud".  / menudo se requiere dic*o valor como ,actor de corrección del barómetro para medir de ,orma precisa. 2racias a la medición de presión di,erencial incorporada en el barometro& se pueden observar los cambios respecto a la situación meteorológica o a la altitud. 7ara ello& el barómetro se ajusta a cero con la presión barométrica actual. 7osteriormente se muestran los cambios6 el barómetro PsubeP o PcaeP.  Es decir decir que la altura del mercurio mercurio depende depende de la altura a la que nos encontramo encontramos s y también también puede *aber variaciones cuando *ay cambio de temperatura  .

 

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3,8 NQué di,erencias *ay entre gases reales y gases idealesO Los gases reales son lo que e#isten y son aquellos con los que interactuamos continuamente& se dice que act5an como gases en ciertas condiciones& decir que se apro#ima apro #iman n aestos cumplir cumpgases lir este comportami compor tamiento ento aideales altas altas temperat temp eratura uras s y a bajas bajasespresione pres iones. s. En cambio& los gases gases ideales son *ipotéticos& *ipotéticos& aquellos aquellos ,ormados ,ormados por part0culas part0culas puntuales6 puntuales6 sin repulsión ni atracción entre ellas& además no ocupan un espacio y cumplen solo con las leyes de los gases ideales. Fi un gas es un compuesto sus moléculas son iguales& las moléculas de un gas están en movimiento aleatorio& se mueven para todas partes y con distintas velocidades& la mayor0a de los movimientos en las moléculas se *acen en zigzag con velocidades di,erentes que están de,inidas por un promedio. 4e esto podemos decir que el volumen de las moléculas es muy pequeRa a comparación del espacio ocupado& además es muy di,erente que el estado liquido ya que este y sus moléculas ocupar0an menos espacio. Los c*oques e#istentes es donde se presentan las ,uerzas en las moléculas& moléculas& la distancia entre este estas es tan grande es muy grande grande por el mismo tamaRo& tamaRo& es decir son muy pequeRas. pequeRas. Estos c*oques generan una perdida y ganancia de energ0a es decir conservan energ0a cinética donde selogrando encuentra& que dura momento *ace que se genere energ0a potencial quemientras *aya leyeldec*oque conservación de un energ0a. La ecuación de Van Der aals se di,erencia de la de los gases ideales por la presencia de dos términos de corrección6 uno de ellos corrige el volumen& el otro modi,ica la presión. Los gases reales a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales act5an como gases ideales.

3,2 NCuáles son los postulados de la teor0a cinética molecularO  / partir de las leyes de 1oyle& 4alton C*arles y /vogadro& /vogadro& con las teor0as de $a#Sell& 1oltzmannlos cient0,icos como 4aniel 1ernoulli y ;udol, Clausius *icieron las siguientes suposiciones que dieron luz a la nueva +eor0a cinética para los fluidos La teoría cinetica molecular  se  se constituye principalmente por cuatro postulados' . La materia materia está constituida constituida por part0culas part0culas que que pueden pueden ser ser átomos ó moléculas moléculas cuyo tamaRo y ,orma caracter0sticos permanecen el estado sólido& l0quido ó gas. %. Estas Estas part0cu part0culas las están están en co conti ntinu nuo o movim movimien iento to aleato aleatorio rio.. En los sólidos sólidos y l0q l0quid uidos os lo los s movimientos están limitados por las ,uerzas co*esivas& las cuales *ay que vencer para ,undir un sólido ó evaporar un l0quido. !. La energ energ0a 0a depe depend nde e de la tem tempe pera ratur tura. a. / mayor mayor tempe temperat ratur ura a más movimie movimiento nto y mayor  mayor  energ0a cinética. I. Las colision colisiones es entre part0cu part0culas las son elás elástica ticas. s. En una colisión colisión la energ0a cinética cinética de una part0cula se trans,iere a otra sin pérdidas de la energ0a global. La teor0a cinético molecular nos describe el comportamiento y las propiedades de los gases de manera teórica. Fe basa en las siguientes generalizaciones.

 

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. +o +odos dos los gases tienen tienen átom átomos os ó molécula moléculas s en continu continuo o movimiento movimiento rápido& rápido& rectil0neo rectil0neo y aleatorio. %. Los átomos átomos ó moléculas moléculas de los gases gases están están muy separad separados os entre s0& s0& y no ejercen ejercen ,uerzas ,uerzas sobre otros átomos ó moléculas salvo en las colisiones. Las colisiones entre ellos o con las paredes son igualmente elásticas. Los gases que cumplen estas condiciones se denominan ideales ideales.. En realidad estos gases no e#isten& pero los gases reales presentan un comportamiento similar a los ideales en condic con dicion iones es de baja baja presi presión ón alta alta temp tempera eratu tura. ra. En ge gener neral al los ga gases ses so son n ,ácilm ,ácilmen ente te compresibles y se pueden licuar por en,riamiento ó compresión. Las propiedades y cantidades de los gases se e#plicar en términos de presión& volumen& temperatura y n5mero de moléculas& estos cuatro son los parámetros usados para de,inir la situación de un gas.

3,@ NQué usos tiene el ó#ido de $anganesoO El o#ido o#ido de man manga ganes neso o uti utiliz lizad ado o princ principa ipalme lmente nte en ce cerám rámica ica pa para ra pintar pintar crista cristales les y pinturas. +ambién tiene un uso como es despolarizador de pilas secas. /l ser un o#ido muy ,uerte este es usado como o#idante de bater0as& par pigmentos en pinturas y barnices y industrialmente puede ser usado por ,abricas te#tiles.

  C"NCLUSI"NES

se logro determinar el volumen molar de un gas de una manera teórica cual era su valor  correspondiente correspon diente y también a partir de los datos datos e#perimentales e#perimentales que ,ue lo obtenido obtenido en el laboratorio en muc*os de los cálculos los porcentajes de errores ,ueron aceptables& pero no ,ueron totalmen tota lmente te satis,ac satis,actorio torios s debido debido a que ,actore ,actores s como condicio condiciones nes pureza& pureza& cantidad cantidad de catalizador no *izo reaccionar totalmente al cloruro de sodio pudo ocasionar que no se obtuvieran el volumen del o#igeno teórico. Fe logro logro identi,i identi,icar car el gas estudia estudiado do de manera satis,actor satis,actoria& ia& además saber cómo se obtiene& como se comporta de acuerdo a las leyes de los gases en especial la ley de 1oyle que mayor temperatur temperatura& a& mayor volumen& volumen& menor presión. presión. 7or consigui consiguiente ente&& comproba comprobar  r  cómo es el comportamiento en la ley de c*arles& ya que el volumen del gas aumenta al aumentar la temperatura.  / partir de los resultados resultados obtenidos obtenidos se puedo determinar el volumen molar de un gas en este caso el del o#igeno& este depende de las condiciones de presión y temperatura e#istentes en el laboratorio.

 

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 /l identi,icar la ley de avogadro podemos determinar determinar el volumen molas teniendo en cuen cuenta ta que en una mol de cualquier sustancia que se encuentra en estado gaseoso ocupara el mismo volumen a condiciones normales tanto de presión como temperatura.

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