Practica # 1 Densidad de Un Gas

Universidad de Guanajuato División de Ciencias Naturales y Exactas Departamento Departamento de Química Laboratorio de Fisicoquímica aplicado en Farmacia y Biología Clave de la materia: NELI05075 Periodo: Enero – Julio 2018

Practica # 1 Densidad de un Gas Alumnos: 

Navarro López Bryan Rodolfo

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Ordoñez Martínez Christopher Ulises

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Rocha Muñoz Giselle

Licenciatura: Químico Farmacéutico Biólogo

Profesora: Ma. Dolores Herrera Palacios

Fecha de elaboración: lunes elaboración:  lunes 29 de enero del 2018

Fecha de entrega: lunes entrega: lunes 12 de febrero del 2018

Objetivo: Que el aluno obtenga CO 2 mediante la reaccion de carbonato de sodio y ácido cítrico en agua. Y por medio de un sistema obtener la densidad teórica y experimental del CO2. Introducción: La determinación de la densidad de los gases ha jugado un papel importante en el área de la química, debido a que las masas moleculares de las sustancias gaseosas se pueden deducir de la medida de su densidad. La densidad absoluta de un gas está determinada como la masa de una unidad de volumen, a una temperatura y presión determinada. Donde la densidad tipo es el valor de la densidad absoluta a 0° C y 1 atm de presión, esto equivale a una presión ejercida por una columna de mercurio de 700 mm de altura a 0° C  con respecto al nivel del mar. En relación con la determinación de las masas moleculares se emplean con frecuencia densidades relativas, esta representa la relación entre la densidad de un gas y la de otro gas de referencia a la misma temperatura y presión. Esto debido a que la hipótesis de Avogadro establece que volúmenes iguales de distintos gases, a la misma temperatura y presión, contienen la misma cantidad de moléculas, por lo que la densidad relativa de un gas es igual a la relación entre las masas moleculares de los 2 gases.

La ecuación de estado de los gases ideales es:   =   Donde p es presión del gas, V volumen del gas, T temperatura absoluta, m masa del gas, M masa molar del gas, y R la constante de los gases. La densidad de un gas como de cualquier sustancia es la masa de la muestra dividida por el volumen d=m/v y como las densidades de los gases son muy pequeñas, generalmente se expresan en g/L -1. Se han deducido experimentalmente 3 leyes que cumplen aproximadamente todos los gases, especialmente en condiciones de presión baja y temperatura alta.

Ley de Boyle: “A temperatura constante el volumen de una mezcla gaseosa es inversamente proporcional a la presión del gas.” Es decir, PV=K1, donde K1 es una constante. Ley de Charles: “A presión constante el volumen de una muestra gaseosa es proporcional a la temperatura del gas.”, expresada en la escala de kelvin V=K2 (t + 273.15) donde k2 es una cte. y T la temperatura cte. Charles describe V= K2. Ley de Gay Lussac: “A volumen cte. la presión ejercida la presión ejercida por una muestra gaseosa es proporcional a la temperatura del gas en la escala absoluta. Es decir, P=K3T. Todos los gases se apartan en cierta extensión de la ecuación de estado de los gases ideales y por eso la hipótesis de Avogadro no es rigurosamente exacta en condiciones normales, no existe ningún gas que en condiciones normales ocupe 0.022414m 3

(Volumen asignado para un gas ideal). Los gases como O 2, N2, H2; se desvían en menos del 1 % de la ecuación de los gases ideales a 1atm, pero los gases fácilmente condensables como el CO 2 y NO2  muestran desviaciones considerables debido a que están por debajo de la temperatura critica. En consecuencia, las densidades de los gases normales y los vapores dan solo valores aproximados de sus masas moleculares. Cuando se requieren valores más precisos como la determinación de masas atómicas, se recurre a la ecuación de estado más precisa como es por ejemplo la ecuación de Van der Waals, o mejor se acepta el hecho de que se acepta el hecho de que las desviaciones con respecto a la ecuación de los gases ideales son menores cuando la presión se reduce. De acuerdo con esto la densidad de un gas respecto a la del oxígeno se determina para serie de diversas presiones y el valor para presión cero se calcula por extrapolación. Con este método se eliminan los errores debido a la no idealidad de los gases.

Ecuación de van der Waals: La ecuación de van der Waals modifica a la ecuación de los gases ideales tomando en cuenta el volumen ocupado por las moléculas a 0 K, representado por la constante b; y las atracciones moleculares representadas por la constante a:

Factor de compresibilidad:

El factor de compresibilidad se define como presión, la temperatura y la naturaleza de cada gas.

y es función de la

Metodología: 1. Colocar 10 mL de agua destilada en un matraz Erlenmeyer de 125 mL. 2. Medir la masa del matraz con el agua. 3. Medir la masa de la mitad de una tableta de antiácido. 4. Montar un sistema de obtención de gas. 5. Medir la temperatura ambiente. 6.  Colocar la tableta de antiácido dentro del matraz Erlenmeyer de 125 mL con su respectiva agua destilada. 7. Colectar el gas en una probeta graduada de 250 mL. 8. Por el desplazamiento de agua, medir el volumen de gas colectado.

9. Una vez terminada la reacción, medir la masa del matraz Erlenmeyer de 125 mL con agua y el producto sólido de reacción, por diferencia de las masas antes y después de la reacción se puede determinar la masa de dióxido de carbono producido. 10. Realizar el procedimiento anterior una vez más. Observaciones:  Al montar el sistema se llenó la probeta de agua completamente y se volteo boca abajo cuidando que no se vaciara tanto el agua de tal manera que se pudiera medir el volumen que ocuparía el gas. Cuando la pastilla de Alka Seltzer comenzó a reaccionar con el agua inmediatamente el agua comenzó a disminuir su volumen dando le espacio al gas (Dióxido de carbono ). Ocupando así en la probeta una medida de 254 mL que era la máxima capacidad de la probeta.

Resultados y discusión: Resultados 98.1362 g Masa del matraz con agua (g) Masa de la mitad de la tableta de 0.2439 g antiácido (g) Masa del matraz con productos de reaccion

100.1801 g

Masa del gas Volumen del gas (ml) Temperatura ambiente °K Densidad del gas g/ml

0.1661 g 254 ml 287.12°K 0.6539 g/L

(0.79)(44 ⁄  ) ⁄  = = 1.47  (0.082 ⁄ )(287.12) 2.0439  = = 8.04710 − 3 ⁄ 254 Las densidades obtenidas teórica y practica son relativamente diferentes con una variación de 0.8361 lo cual es bastante significativa, esto es debido a que todos los gases

se apartan en cierta extensión de la ecuación de estado de los gases ideales. Y en los gases como en este caso el CO2 se muestran desviaciones considerables por ser gases fácilmente condensables, esto debido a que están por debajo de su temperatura critica. Por lo que para obtener valores mas precisos de la densidad de un gas se recurre a la ecuación de Van der Wals.

Cuestionario: Anotar la reacción de la obtención de CO2. En la reaccion que se lleva acabo para producir el CO2 hay dos sustancias involucradas, una es una base que en este caso es Bicarbonato de sodio NaHCO3 y la otra un ácido débil (Ácido cítrico). Cuando la pastilla se disuelve en agua ambos componentes se disocian. HA (ac) H+ (ac) + A – (ac) MHCO3 (ac) M+ (ac) + HCO3- (ac) Los iones de hidrogeno reaccionan con los del bicarbonato, con lo que se forma momentáneamente el ácido carbónico H2CO3, que inmediatamente se descompone en agua y CO2. HCO3 (ac) H+ (ac) + A- (ac) MHCO3 (ac) H2O (l) + CO2 (g) 

 +   

 +  + 

Con los valores de densidad del gas (teórico y práctico), determinar la variación entre ellos. experimental = 0.6539 Variación de

teórica = 1.49

= 1.49 – 0.6539 =0.8361

Conclusiones: En esta practica se concluye que las densidades experimentales y teóricas tienen una variación ya que los gases se desvían de la ecuación de estado de los gases ideales, por lo que siempre va a ver una variación a ala hora de compar ar una densidad teórica y una experimental ya que las condiciones para algunos gases son distintas a las que establece la ley de los gases ideales. En esta practica se pudo obtener la densidad del Dióxido de Carbono midiendo la masa del gas y el volumen que ocupo el gas pero esto de manera experimental, y la teórica existen dos ecuaciones una para gases ideales y otra para gases reales y si se quiere tener un valor mas preciso de la densidad se debe usar la de los gases reales por tener menor desviación para el valor de la densidad de un gas.

Referencias: B.P. Levitte. (1979). Química Física practica de Findlay. España: Editorial Reverte. S.A. pág. 71- 76. Herring; Harwood; Petrucci, Química General, PRENTICE HALL 8º edición, 2003. Pag. Raymond Chang, Kenneth A. Goldsby. (2013). Química Ultima Edición. china: Mc Graw Hill Educación. Pag. 709. P. W. Atkins: Química General. Omega 1992.

Tabla de reactivos: Componentes del Alka Seltzer Bicarbonato de sodio Propiedades: La principal función del bicarbonato de Formula: NaHCO3 sodio es como neutralizador de ácidos. P.M: 84,01g/mol En el cuerpo humano, neutraliza la Punto de Ebullición: No hierve se descompone acidez de ácido clorhídrico del estómago y, por lo tanto, es un potente Punto de fusión: Comienza a perder dióxido de carbono a 50C; 270C. antiácido. Acido Cítrico Propiedades: Es muy soluble en agua. Es un buen Formula: H3C6H5O7 conservante y antioxidante. P.M: 192,13 g/ mol Punto de fusión: 153 –154 °C (Anhídrido) Punto de ebullición: Descompone a 175 °C cido Acetil Salicílico Fórmula: C9H8O4 Masa molar: 180.157 g/mol Punto de fusión: 135 °C Solubilidad en agua: 1 mg/mL (20 °C)

puede reducir la fiebre, aliviar el dolor y evitar la coagulación de la sangre. En la actualidad tiene muchos usos entre las personas así que vamos a ver para el ácido acetilsalicílico sus propiedades:   Analgésicas.   Antiinflamatorias.   Antipiréticas. Antiagregante plaquetario.    