Laboratorio Nº 5 Determinacion Del Volumen Molar de Un Gas

UNIVERSIDAD DEL CAUCA Guía para la presentación y elaboración del informe de laboratorio Docente: Química Natalia Samboni Ruiz

LABORATORIO Nº 5 DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR DE UN GAS Jennifer Tatiana Labio Cifuentes Viviana Elizabeth Moreno Chamorro Diana Carolina Trejo Villota. UNIVERSIDAD DEL CAUCA, FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS, INGENIERIA AGROINDUSTRIAL, LABORATORIO DE QUIMICA BASICA.

Introducción: En la siguiente práctica se podrá analizar y determinar el volumen molar de un gas que es el ocupado por un mol de un gas ideal bajo condiciones normales de presión y temperatura. Este podrá ser calculado a través de la descomposición térmica del clorato de potasio (KCLO3) usando como catalizador el oxido de manganeso (MnO2), en el cual se desprenderá cierta cantidad de oxigeno tal como se indica en la siguiente reacción: 2KClO3

2KCl + 3O2

Igualmente será necesario hallar el volumen del gas el cual se determinara a través del desplazamiento de agua. Teniendo ya todos los resultados se podrá calcular el volumen del gas bajo condiciones de laboratorio y de esta forma poder compararlo bajo las condiciones normales de temperatura (273 K) y presión (1 atm). Así mismo se tendrá un mayor conocimiento sobre cada una de las propiedades que presentan los gases y la influencia de factores como la presión, temperatura, volumen y numero de moles en el comportamiento de un gas, los cuales están establecidos por leyes empíricas, tales como Ley de Boyle, Ley de Charles, Ley de Gay- Lussac y Ley de avogadro. OBJETIVOS Objetivo General - Demostrar si la ley de presiones parciales se cumple y en qué proporción se de esta, además determinar los posibles factores influyen en la producción de oxigeno. Objetivos Específicos - Determinar el volumen que ocupa un mol de un gas a 273 K y a una atmosfera de presión - Aplicar la ley de Dalton ley de las presiones parciales

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CONSULTAS PRELIMINARES 3.1 en que se diferencian los gases reales de los gases ideales? Los gases reales son lo que existen y son aquellos con los que interactuamos continuamente, se dice que estos gases actúan como gases ideales en ciertas condiciones, es decir que se aproximan a cumplir este comportamiento a altas temperaturas y a bajas presiones. En cambio, los gases ideales son hipotéticos, aquellos formados por partículas puntuales; sin repulsión ni atracción entre ellas, además no ocupan un espacio y cumplen solo con las leyes de los gases ideales. - Los gases reales que se aproximan al comportamiento de los gases ideales son aquellos que se encuentran en forma en forma monoatómica en condiciones de temperatura alta y presión alta. - Además podemos decir que la variable de un gas ideal z siempre vale 1 mientras que para un gas real por lo general será diferente de 1. - La ecuación de estado para un gas ideal es PV =1* RTn es decir que la ecuación para un gas ideal no se altera mientras que para el gas real la ecuación se define de la siguiente manera PV = ZRTN es decir que se ve afectada por el valor tomado por la z. - La ecuación de Van Der Waals se diferencia de la de los gases ideales por la presencia de los términos de corrección uno corrige la temperatura mientras que el otro se modifica la presión. - Los gases reales a presiones y temperatura cercanas a las temperaturas cercanas a las ambientales actúan como gases ideales. - En los gases ideales existen colisiones que son de carácter elástico. La ecuación de estado para gases se define por tres variables presión, volumen y temperatura. Existe una ecuación de estado que expresa la relación que existe entre estas magnitudes con los gases ideales (PV = RTn) donde R= 0,082 atm*litro /K* mol y n es el numero de moles del gas.

3.2 cuales son las leyes de los gases ideales ? Las leyes de los gases ideales son: Ley de Boyle – Mariotte: “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 Boyle - Mariotte es la siguiente: V2 = K2*T2

V1 = K1* T1 K1=K2

V1*T2= V2*T1 -

Ley de charles - Gay Lussac “A presión constante los volúmenes de una masa gaseosa son directamente proporcionales a la temperatura a la que se encuentra el gas”.

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-

-

V1 T2 = V2 T1 Ley de Dalton “la presión total de una mezcla de gases es la suma de todas las presiones parciales de los gases que constituyen la mezcla”. Pt= P1+P2+P3…. Ley de avogadro Es la relación entre la cantidad del gas y el volumen. Cuya fórmula es V = k n, donde V = volumen; n = moles del gas y K = constante de proporcionalidad. Ecuación de estado Es la combinación de las leyes de Boyle- Mariotte y Charles – Gay lussac: P.V=R.T.n Donde R es la constante universal de los gases cuyo valor es obtenido al despejar R de la ecuación de los gases ´ En atmosferas R=

=

=0.082

⁄

En torr R=

=

=

⁄

2.3 ¿Cuáles son las condiciones normales de los gases? 1. se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime de tal manera que ocupa todo el volumen y toma la forma del nuevo recipiente. 2. se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos la presión. 3. se difunden fácilmente. Al no existir la fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontanea. 4. se dilatan, la energía cinetica promedio de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada. Se entiende por condiciones normales a las adoptadas como referencia para la determinación de de propiedades físicas, químicas, etc. De una sustancia, objeto o sistema; comúnmente comprende presión y temperatura.

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Refiriéndose a los gases, las condiciones normales de presión y temperatura para la determinación de sus propiedades dado por el sistema internacional es 0 °C es decir 273,15 K y a 1 atm ó 100000 Pa pascales en nomenclatura IUPAC, con la salvedad de que los medidores de gasto volumétrico se calibran a 25°C. En cualquier caso, cuando se emplea el adjetivo normal, se refiere exclusivamente a la presión atmosférica 1 atm, de modo que pueda encontrarse tablas de datos para las propiedades de distintos materiales y compuestos químicos a temperaturas tan distantes como 0°C, 18°C, 20°C, 25°C. etc.

3.4 En qué consiste el método de desplazamiento del agua para determinar el volumen de un gas? El método de desplazamiento de agua para determinar el volumen de un gas consiste en: calentar una sustancia; 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 hacia el vaso de precipitado. Al terminar este procedimiento se mide el volumen desplazado con una regla en cm y con este dato podemos determinar el volumen. De tal manera que el volumen del gas es el volumen de agua desplazada.

RESULTADOS Y ANÁLISIS ANALISIS -

En la anterior practica para la determinación de un volumen molar de un gas, se debe tener en cuenta la ley de avogadro la cual dice que cualquier sustancia gaseosa ocupara siempre el mismo volumen medido en las mismas condiciones de temperatura y presión. también debemos tener en cuenta que 1 mol de cualquier sustancia equivale a moléculas. El clorato de potasio es una sal de ácido clórico que contiene al cloro en estado de oxidación +5, está formado por un anión clorato y un catión potasio. Esta sal es un oxidante fuerte que puede ser oxidado por , no se encuentra en la naturaleza debido a que puede reaccionar violentamente. En su forma pura se encuentra en cristales blancos los cuales se usan frecuentemente en laboratorios e industrias como un agente oxidante. El dióxido de manganeso es uno de los óxidos covalentes más importantes pero no es el más estable; se usa en pinturas, barnices y como despolarizador de pilas. Esta sustancia se descompone al calentarla además se comporta como un catalizador mientras que si es calentada intensamente a temperaturas mayores a 553 °C produce dióxido de magnesio (III) y oxigeno, por consiguiente reacciona con diferentes sustancias tales como combustibles, reductores, y aluminio originando un posible incendio. Se puede determinar la cantidad de oxigeno producida a partir de la descomposición térmica del clorato de potasio (KClO3) en presencia de dos catalizadores tales como el dióxido de manganeso (MnO2) y el calor. Al calentar el clorato de potasio y el dióxido de magnesio toma una coloración gris clara hasta que llega una tonalidad gris oscura. CALCULOS Y RESULTADOS

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2 KClO3: 245.1 gr

2 KCl: 149,1 g

3O2: 96 g

1. Peso de la probeta vacía: 74.608 gr Peso de la probeta y KClO3: 74.608 gr Peso del KClO3: 0.1409 gr 2. Moles del clorato de potasio: dos mol de clorato de potasio equivale a 245.1 gr las moles que se encuentran a partir de 0.1409 gr es: n= 3. 4. 5. 6. 7. 8.

=

.

Volumen del gas producido: 17 ml o 0.017 litros Temperatura ambiente: 20 °C + 273 K= 293 K Temperatura del agua:22°C +273 k = 295 K Presión atmosférica: 769.044 mmHg o 1011.9 hPa. Presión de vapor de agua a temperatura de 22°c : 19,827 mmHg Altura de la columna de agua: H :4.2 cm = 42 mmH20

9. Presión del oxigeno seco. PO2 seco: Pat – PvH2O – h mm Hg PO2 seco: 769.044 mmHg - 19,827 mmHg – 3.088 mmHg PO2 seco: 746.129 mmHg. 10. Moles de clorato de potasio : Moles KClO3:

0.016 moles

11. Moles de oxigeno producida por la descomposición de todo el clorato de potasio:

El valor teórico de las moles producidas a partir de la descomposición del clorato de potasio es: 12. Volumen teórico Después de obtener las moles teóricas se puede encontrar el volumen teorico a partir de: PV= RTn Donde T: 273 K n:

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R: 0.082 Para encontrar la presión del gas se debe tener en cuenta cual es la presión de vapor del agua Patm = 600 mm Hg= 0,78 atm PvH2O= 0.027 atm Pg = Patm - PvH2O = 0.78 atm – 0.027 atm = 0.753 atm

En condiciones normales de laboratorio el volumen que debería ocupar una mol de oxigeno es:

13. El volumen que se recogió experimentalmente a partir del montaje fue de 17 ml es decir 0.017 litros a partir de esto se puede determinar cuántas moles ocupan este volumen PV= RTn P: Presion del gas Vexp: 0.017 litros n exp: moles

Moles que se producen experimentalmente es: Si en el laboratorio existieran las condiciones normales de temperatura y presión, es decir, 293 K y 1 atm cuyas moles teóricas son moles de oxigeno. Si se hubiese trabajado a condiciones normales (T= 296 y a una presión de 1 atm) el volumen molar de

Ahora miremos si comparamos los diferentes volúmenes tanto los teóricos y los experimentales podemos darnos cuenta varia el volumen, el volumen recogido en el montaje toma un valor de 0.017 litros mientras que el volumen teórico que se obtiene a partir de 0.01409 gramos de KClO3 es de 0.02427 litros el error absoluto que existe en el montaje realizado fue de 0.022, un error

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relativo de , un porcentaje de error del está del rango es decir no supera el 5% , la diferencia que existe entre el volumen recorrido y los datos teóricos no es elevado, lo cual indica que el calor proporcionado fue el adecuado y también la cantidad de dióxido de manganeso que fue utilizado como catalizador, además del fuego suministrado y el catalizador hace que se debe mejor la reacción. Con esto se comprueba a partir de calcular el volumen experimental de oxigeno, la cantidad de moles que se producen experimentalmente es de y en comparación con las moles teóricas son cuya diferencia es de 0.01554 cuya diferencia es relativamente baja, lo cual hace que el montaje y las condiciones a las que se realizo la practica fue muy optima es decir que se logro lo que se espera. Mientras que si remplazamos el volumen dos que equivale a 31.90 litros y el volumen 4 es de 24.27 litros hay una diferencia mucho mayor por tanto aumentara elerror relativo y el porcentaje de error cuyo valor es de 31.42 es decir que el valor es más alto, debido a que en un laboratorio existen diferentes condiciones que varían y pueden cambiar los resultados de la practica. En la práctica se observo diferentes cambios, uno de ellos dependía de la cantidad de calor existente ya que como la temperatura es directamente proporcional a la presión el volumen de agua desplazada al calentar el clorato de potasio este será mayor que al calentarlo en disminuir la temperatura. Sin embargo, los catalizadores tales como el dióxido de manganeso hace que la reacción sea más óptima y sede más rápido. Muchas veces las reacciones no se dan en un porcentaje del 100% debido a que existen factores que hacen que la reacción no se por completo por ejemplo la impureza de una sustancia la temperatura o también pueden haber cálculos o mediciones erróneas por parte de los estudiantes ya sea pesando una sustancia. Además debemos tener en cuenta que existe como factores las condiciones de laboratorio. También debemos tener en cuenta las leyes de boyle que afirma que la presión es inversamente proporcional al volumen de un gas cuando la temperatura es constante y la ley de charles dice que a presión constante el volumen es directamente proporcional a la temperatura. De 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 sucede lo contrario, aunque en ambas leyes se pueden observar que la masa permanece constante.

1.

PREGUNTAS

4.1 Describa el barómetro de mercurio. ¿Cómo funciona? Un barómetro es un instrumento que desenvuelve la función de medir la presión atmosférica o la presión que ejerce el aire que fue inventado por torricelli. Este instrumento es de vidrio en cuyo interior tiene mercurio cuya parte superior esta sellada, ademas puede reaccionar con el incremento de temperatura, por ganar altura o por disminuirla. La presión atmosférica indica el peso del aire (atmósfera) según la gravedad de la tierra. A nivel de mar esta tiene un valor de 1013,25 mbar en condiciones estables . Los cambios de la altitud se deben tener en cuenta a la hora de medir la presión absoluta. En la pantalla digital del barometro se muestra la presión atmosférica actual (depende de las condiciones meteorológicas y la altitud). A menudo se requiere dicho valor como factor de corrección del barómetro para medir de forma precisa. Gracias a la medición de presión diferencial incorporada en el barometro, se pueden observar los cambios respecto a la situación meteorológica o a la altitud. Para ello, el barómetro se

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ajusta a cero con la presión barométrica actual. Posteriormente se muestran los cambios; el barómetro "sube" o "cae". Es decir que la altura del mercurio depende de la altura a la que nos encontramos y también puede haber variaciones cuando hay cambio de temperatura . 1.2 ¿Qué diferencias hay entre gases reales y gases ideales? Los gases reales son lo que existen y son aquellos con los que interactuamos continuamente, se dice que estos gases actúan como gases ideales en ciertas condiciones, es decir que se aproximan a cumplir este comportamiento a altas temperaturas y a bajas presiones. En cambio, los gases ideales son hipotéticos, aquellos formados por partículas puntuales; sin repulsión ni atracción entre ellas, además no ocupan un espacio y cumplen solo con las leyes de los gases ideales. Si 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 mayoría de los movimientos en las moléculas se hacen en zigzag con velocidades diferentes que están definidas por un promedio. De esto podemos decir que el volumen de las moléculas es muy pequeña a comparación del espacio ocupado, además es muy diferente que el estado liquido ya que este y sus moléculas ocuparían menos espacio. Los choques existentes es donde se presentan las fuerzas en las moléculas, la distancia entre este estas es tan grande es muy grande por el mismo tamaño, es decir son muy pequeñas. Estos choques generan una perdida y ganancia de energía es decir conservan energía cinética donde se encuentra, mientras el choque que dura un momento hace que se genere energía potencial logrando que haya ley de conservación de energía. La ecuación de Van Der Waals se diferencia de la de los gases ideales por la presencia de dos términos de corrección; uno de ellos corrige el volumen, el otro modifica la presión. Los gases reales a presiones y temperaturas cercanas a las ambientales actúan como gases ideales.

1.3 ¿Cuáles son los postulados de la teoría cinética molecular? A partir de las leyes de Boyle, Dalton Charles y Avogadro, con las teorías de Maxwell, Boltzmannlos científicos como Daniel Bernoulli y Rudolf Clausius hicieron las siguientes suposiciones que dieron luz a la nueva Teoría cinética para los fluidos La teoría cinetica molecular se constituye principalmente por cuatro postulados: 1. La materia está constituida por partículas que pueden ser átomos ó moléculas cuyo tamaño y forma característicos permanecen el estado sólido, líquido ó gas. 2. Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio. En los sólidos y líquidos los movimientos están limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un sólido ó evaporar un líquido. 3. La energía depende de la temperatura. A mayor temperatura más movimiento y mayor energía cinética. 4. Las colisiones entre partículas son elásticas. En una colisión la energía cinética de una partícula se transfiere a otra sin pérdidas de la energía global.

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La teoría cinético molecular nos describe el comportamiento y las propiedades de los gases de manera teórica. Se basa en las siguientes generalizaciones. 1. Todos los gases tienen átomos ó moléculas en continuo movimiento rápido, rectilíneo y aleatorio. 2. Los átomos ó moléculas de los gases están muy separados entre sí, y no ejercen fuerzas 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. En realidad estos gases no existen, pero los gases reales presentan un comportamiento similar a los ideales en condiciones de baja presión alta temperatura. En general los gases son fácilmente compresibles y se pueden licuar por enfriamiento ó compresión. Las propiedades y cantidades de los gases se explicar en términos de presión, volumen, temperatura y número de moléculas, estos cuatro son los parámetros usados para definir la situación de un gas. 1.4 ¿Qué usos tiene el óxido de Manganeso? El oxido de manganeso utilizado principalmente en cerámica para pintar cristales y pinturas. También tiene un uso como es despolarizador de pilas secas. Al ser un oxido muy fuerte este es usado como oxidante de baterías, par pigmentos en pinturas y barnices y industrialmente puede ser usado por fabricas textiles. CONCLUSIONES se logro determinar el volumen molar de un gas de una manera teórica cual era su valor correspondiente y también a partir de los datos experimentales que fue lo obtenido en el laboratorio en muchos de los cálculos los porcentajes de errores fueron aceptables, pero no fueron totalmente satisfactorios debido a que factores como condiciones pureza, cantidad de catalizador no hizo reaccionar totalmente al cloruro de sodio pudo ocasionar que no se obtuvieran el volumen del oxigeno teórico. Se logro identificar el gas estudiado de manera satisfactoria, además saber cómo se obtiene, como se comporta de acuerdo a las leyes de los gases en especial la ley de Boyle que mayor temperatura, mayor volumen, menor presión. Por consiguiente, comprobar cómo es el comportamiento en la ley de charles, ya que el volumen del gas aumenta al aumentar la temperatura. A partir de los resultados obtenidos se puedo determinar el volumen molar de un gas en este caso el del oxigeno, este depende de las condiciones de presión y temperatura existentes en el laboratorio. Al identificar la ley de avogadro podemos determinar el volumen molas teniendo en cuenta 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. BIBLIOGRAFIA 1. http://www.quimicaweb.net/Leyes_de_los_gases/leyes_de_los_gases.htm 2. http://www.educaplus.org/gases/ley_boyle.html

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3. 4. 5. 6.

http://www.textoscientificos.com/fisica/termodinamica/leyes-gases-ideales http://www.grupoprevenir.es/fichas-seguridad-sustancias-quimicas/0175.htm http://www.elergonomista.com/quimica/tcm.html http://alkimia-quimika.blogspot.com/2008/07/la-ley-de-avogadro.html