Práctica No. 3 Química Aplicada

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LABORATORIO DE QUÍMICA APLICADA ICE PRÁCTICA NO. 3 Determinación del Peso Molecular Grupo: 2CM2 Dr. Antonio Hernández Espejel Integrantes: Lopez Palma Mariana Itzel Sánchez Rodríguez Erik Rojas Rosel Roberto Luis Martin Caballero Francisco Eduardo

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Índice Objetivo………………………………………………. Consideraciones teóricas………………………….. Material y reactivos ………………………………… Desarrollo experimental……………………………. Cálculos, tablas, resultados……………………….. Observaciones……………………………………… Conclusiones……………………………………….. Referencias………………………………………….

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Objetivo Determinar el peso molecular de un gas con datos experimentales a partir de la Ecuación General del Estado Gaseoso y la de Berthelot.

Consideraciones teóricas I.

Determinación de las masas moleculares aproximadas

Se utiliza la ley de los gases ideales. Si se designa por w al peso del gas entonces: 𝑛=

𝑊 𝑀

Donde: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 =

𝑊 𝑀

𝑅𝑇

La ecuación anterior se puede expresar en función de la densidad del gas (ρ), y como la densidad ρ = 𝑊/𝑉 nos queda: 𝑀=

ρ𝑅𝑇 𝑃

La mayoría de los métodos para la determinación de las masas moleculares se basan en las siguientes ecuaciones ● Método de Regnault para la determinación de las masas moleculares de las sustancias gaseosas a temperatura ambiente. ● Método de Dumas para la determinación de las densidades de vapor. Es el método para determinar las masas moleculares en fase de vapor de los líquidos muy volátiles. ● Método de Víctor Meyer, para las densidades de vapor, ese método es más simple y flexible que el de Dumas.

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II.

Determinación exacta de las masas moleculares

Cuando se calculan las masas moleculares por la ley de los gases ideales las masas moleculares son aproximadas aun teniendo datos exactos, y esto de debe a que aún a la presión atmosférica; la ley de los gases ideales no representa con exactitud la conducta de los vapores. Por consiguiente para determinar la masa molecular exacta, debe efectuarse un tratamiento especial de la ley de los gases ideales o usar una ecuación más precisa.

Si se conoce a y b, o sea las constantes de la ecuación de Van der Waals nos dará una concordancia mayor entre los valores calculados y los observados. Sin embargo la ecuación más apropiada para nuestros propósitos es la ecuación de Berthelot, pero solo puede ser usada cuando la presión y temperatura crítica de la sustancia están disponibles, esta ecuación es muy exacta cuando las presiones son próximas o menores a una atmósfera y es útil para el cálculo de las masas moleculares a partir de densidades.

Como 𝑛 =

𝑊 𝑀

la ecuación de Berthelot

para M nos da

𝑀=

( )( )[(1 + 𝑊 𝑉

𝑅𝑇 𝑃

9𝑃𝑇𝐶 128𝑃𝐶𝑇

Como 𝑊/𝑉 = ρ la ecuación anterior queda:

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)(

1 −

2

6𝑇𝐶 2

𝑇

)

]

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𝑀=

III.

( )[(1 + ρ𝑅𝑇 𝑃

9𝑃𝑇𝐶 128𝑃𝐶𝑇

)(

2

1 −

6𝑇𝐶 2

𝑇

)

]

Condiciones Críticas

Son los valores de las variables P, V, T, en su punto crítico, es decir, en el límite entre un estado de agregación y otro. Así, se obtiene la temperatura crítica, la presión crítica o el volumen crítico de la sustancia problema, generalmente las constantes más conocidas son la presión crítica (Pc), la temperatura crítica (Tc). De la cual se puede obtener la ρ cuando se conoce M o viceversa.

3.1 Método de Regnault Este método se usa para determinar los pesos moleculares de las sustancias gaseosas a la temperatura ambiente y se realiza así: Un matraz de vidrio de unos 300 a 500 c.c. de capacidad, provisto de llave, se evacúa y pesa, llenándolo a continuación con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presión, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenándolo y pesándolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen. Con los datos así obtenidos, se deduce el peso molecular buscado mediante la ecuación 𝑀=

𝐷𝑅𝑇 𝑃

En un trabajo preciso se usa un bulbo más grande para llenarlo y otro de contrapeso, y se corrigen las mediciones reduciéndose al vacío.

3.2 Método de Dumas Es el método usual de determinación del peso molecular en fase de vapor de los líquidos muy volátiles. Se toma un bulbo de forma redonda provisto de una pequeña abertura conectada a un tubo capilar y se pesa primero lleno de aire. Se coloca inicialmente dentro del bulbo bien frio, unos centímetros cúbicos del líquido y después se sumerge en un baño maría cuya temperatura es superior al punto de ebullición de ese líquido. Se hierve hasta que los vapores formados

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expulsan el aire del matraz y la vaporización es completa; entonces se sella el bulbo, se enfría a la temperatura ambiente y se pesa. El volumen se determina por el método de Regnault. La presión del vapor durante el sellado es la atmosférica y la temperatura la del baño. El peso del vapor, después de las debidas correcciones se deduce mediante la ecuación:

𝑊𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑊(𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜+𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟) − 𝑊(𝑏𝑢𝑙𝑏𝑜+𝑎𝑖𝑟𝑒) + 𝑊𝑎𝑖𝑟𝑒

El valor de Waire se obtiene multiplicando el volumen del frasco por la densidad del aire, y si conocemos P,V,T y Wvapor, el peso molecular del líquido en la fase de vapor se calcula como antes. M=WRT/PV 𝑀=

𝑊𝑅𝑇 𝑃𝑉

3.3 Método de Viktor Meyer El peso (masa) molecular de una sustancia se puede medir mediante el método de Víctor Meyer: 1. Se mide la masa en gramos de la sustancia en su fase líquida, que llamaremos masa de la muestra. 2. Se evapora y se mide P, V y T del gas que se obtiene. 3. Se calcula el número de moles mediante alguna ecuación de estado y se calcula mediante la expresión: 4. Denotando como M a la masa de la muestra como n al número de moles y como Na al número de Avogadro, se calcula:

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 =

Procedimiento

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𝑀 (𝑛*𝑁𝑎)

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Material 1 Matraz balón de fondo plano de 500cm3 con tapón de hule bihoradado 1 Tubo de vidrio de 20 a 35 cm de longitud cerrado en un extremo 1 Codo de vidrio de 90° 2 Pipetas graduadas de 10 cm3 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 (𝐶𝐻𝐶𝑙) Tetracloruro de Carbono (𝐶𝐶𝑙4)

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 del agua contenida en las pipetas de manera que el punto Cindique cero. Esto se puede lograr subiendo o bajando una u otra pipeta. 3. Introduzca la 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 en la micro botella haya pasado al estado gaseoso. 5. Quite la manguera que une a B con C y tome la temperatura del espacio libre en la pipeta C.

Cuestionario pág. 7

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1. Anote sus resultados experimentales obtenidos: 𝐶𝐶𝑙4 𝑚𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑔

0.070

𝑇(℃)

29° 3

𝑉𝐷𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑑𝑜 (𝑐𝑚 )

𝐶𝐻𝐶𝑙3

3.2

2. Considerando comportamiento ideal, calcule el peso molecular de la sustancia problema: PV=(m/M)RT P=585 mmHG - P vapor de agua T°C

P vapor de agua mmHG

27

26.8

28

28.3

29

30.1

30

31.8

31

33.7

32

35.7

33

37.7

34

39.9

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P=585mmHG - 21.068 mmHG =563.932mmHG PV= (m/M) RT

M = mRT/Pv

V= 3.2 * (1 l)/(1000 ml) = 0.0032 L T = 29 °C + 273 =302 °K P = 563.932 mmHG * 1 atm / 760 mmHG = 0.742015789 atm M = (0.070 g) (0.08205 atm l/mol °K) (302 °K) / (0.742015789 atm)(0.0032L)= 730.500376 g/mll 3. A partir de los pesos atómicos determina el peso molecular de la sustancia problema. C=12 Cl= 36.453 H=1 PM (CCl4)= 12+4(34.453)= 153.812 g/mol 4. Calcule el peso molecular con la ecuación de Berthelot. PV=nRT[1+(9PT_C)/(128P_C T) (1-(6T_C^2)/T^2 )] Sustancia CCl4

TC °K 532.6

Pc atm 39.48

M=(m RT [1+(9PT_C)/(128P_C T) (1-(6T_C^2)/T^2 )])/PV M=((0.07) (0.08205 (atm l)/(mol °K))(302 °K) [1+((9)(0.742015789 atm)(532.6 °K))/(128(39.48 atm)(296 °K)) (-18.42540814))/((0.742015789 atm )(0.0032L)) M= 720.4232 g⁄mol 5. En su cálculo, hizo una corrección a la presión. ¿Por qué se hace esta corrección?

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Se hace dicha corrección debido a que el cálculo de la presión se hace sobre el agua y el aire la afecta muy fácilmente, ya que no es tan estable como el mercurio. 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 peso obtenido mediante la ecuación de Berthelot

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Observaciones La práctica nos fue un tanto complicada por los materiales, porque en estas observamos el volumen desplazados de los gases. Además, si los átomos son iguales representan una molécula de un elemento químico si son diferentes, la estructura química presente es un compuesto químico. Conclusiones

Lopez Palma Mariana Itzel

Durante la práctica trabajamos con dos reactivos, estos se utilizan para observar los cambios que se están generando durante la manipulación de dichas sustancias, como punto de ebullición bajo para poder estudiar sus características como un gas. Usamos el método de Víctor Mayer para las densidades de un vapor, ya que, en su método se utiliza un líquido con bajo punto de ebullición, permitiéndonos conocer su peso como líquido y su volumen como vapor a temperatura ambiente, presión, densidad y su peso molecular se calculan fácilmente.

Sánchez Rodríguez Erik

Se concluyó que como estamos usando un líquido de bajo punto de ebullición para poder estudiar sus propiedades como gas, para la

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densidad del vapor se utiliza el método de Víctor Mayer, porque en su método el líquido de bajo punto de ebullición hierve y ya que es conocido. Su peso como líquido y volumen como vapor a temperatura y presión ambiente facilita el cálculo de la densidad y el peso molecular. Rojas Rosel Roberto Luis

El peso molecular se puede calcular a través de la ecuación general de los gases ya que si sabemos la presión, la temperatura y el volumen que ocupa nuestro gas solo se despeja de la formula ya que R es la constante de los gases ideales. También que los gases al medirse son muy imprecisos debido a que sus moléculas se encuentran por todas partes y eso hace mas dificil tener un valor exacto. Y finalmente concluimos que el peso molecular no solo se calcula con formulas simples si no también con muchísimas mas y entre estas se encuentran con la ley de los gases ideales.

Francisco Eduardo Martin Caballero

Al final de la práctica se pudo comprobar con base a los cálculos que se realizaron y los datos que nos arrojaron los experimentos realizados, que el trabajo termodinámico que se realiza a diferentes temperaturas hace que el volumen tenga diferentes cambios en un proceso termodinámico

Referencias Química Gregory R. Choppin, Bernard Jaffe, Lee Summer Edit. PCSA Pag. 33-36 Química Cálculos químicos

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José Manuel Bravo Trejo Éxodo Pag. 43, 44

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