Practica 2 Quimica Aplicada 4p251u

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

PRACTICA NO. 2 DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR LABORATORIO DE QUIMICA APLICADA

EQUIPO # 1 INTEGRANTES: David Reyes Tomas David Chaires Ricky GRUPO: 2CM6

PROFESOR: Arcelia Sahagún Victorino FECHA DE ENTREGA: 12/MAYO/2015

INDICE:

Marco Teórico:………………………………………………………..……………….…2 Materiales y Reactivos:……………………………………………………………...….5 Desarrollo:………………………………………………………………………………6-9 Tabla de Datos:………………………………………………………………...……….10 Cuestionario:………………………………………………………………….…….10-11 Cálculos:…………………………………………………………..…………………….12 Observaciones y Conclusiones:…………………………………………………13-15 Bibliografía:……………………………………………………………………………16

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PRACTICA NO. 2 DETERMINACION DEL PESO MOLECULAR OBJETIVO: Determinar el peso molecular de un gas con datos experimentales a partir de ña Ecuación General del Estado Gaseoso y la de Berthelot. MARCO TEORICO:

Masa Molecular Es el número asignado a cada elemento químico para especificar la masa promedio de sus átomos. Puesto que un elemento puede tener dos o más isótopos cuyas masas difieren, el peso atómico de tal elemento dependerá de las proporciones relativas de sus isótopos. La composición isotópica de los elementos que se encuentran en la naturaleza es casi constante, excepto en aquellos que ha producido la radiactividad natural. El peso atómico se refiere a esta mezcla natural.

Debe conocerse el peso molecular para determinar la formula molecular de un compuesto. Para compuestos que son gases a presiones y temperaturas adecuadas, la ley de los gases ideales proporciona la base para determinar la presión de los pesos moleculares. Gas Ideal Se define como gas ideal, aquel donde todas las colisiones entre átomos o moléculas son perfectamente elásticas, y en el que no hay fuerzas atractivas intermoleculares.

Se

puede

visualizar

como

una

colección

de

esferas

perfectamente rígidas que chocan unas con otras pero sin interacción entre ellas. En tales gases toda la energía interna está en forma de energía cinética y cualquier cambio en la energía interna va acompañada de un cambio en la temperatura.

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Un gas ideal se caracteriza por tres variables de estado: la presión absoluta (P), el volumen (V), y la temperatura absoluta (T). La relación entre ellas se puede deducir de la teoría cinética y constituye la

Dónde: 

n = número de moles



R = constante universal de gas = 8.3145 J/mol K



N = número de moléculas



k = constante de Boltzmann = 1.38066 x 10-23 J/K = 8.617385 x 10-5 eV/K



k = R/NA



NA = número de Avogadro = 6.0221 x 1023 /mol

Van der Waals introdujo correcciones que tenían en cuenta el volumen finito de las moléculas y las fuerzas atractivas que una molécula ejercía sobre otra a distancias muy cercanas entre ellas.

Las constantes a y b son característicos de cada gas y se obtienen a partir de los datos de la presión, Pc, volumen Vc y la temperatura Tc crítica. El punto crítico es un punto de inflexión de la isoterma Tc en el diagrama P-V de modo que se cumple que

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La ley del gas ideal puede ser vista como el resultado de la presión cinética de las moléculas del gas colisionando con las paredes del contenedor de acuerdo con las leyes de Newton. Pero también hay un elemento estadístico en la determinación de la energía cinética media de esas moléculas. La temperatura se considera proporcional a la energía cinética media; lo cual invoca la idea de temperatura cinética.Una mol de gas ideal a TPE (temperatura y presión estándares), ocupa 22,4 litros. Ecuación de Berthelot Es la ecuación de van der Waals modificada para tomar en cuenta la dependencia de las fuerzas de atracción con la temperatura. Se expresa de la siguiente manera:



 P  

a   ( V  B)  RT Vm2 T 

En forma reducida quedaría de la siguiente forma:

 RT    V 

P

 

 1 

 9 27   P r 128Tr 64Tr3 

Esta ecuación permite una mayor exactitud a bajas presiones y temperaturas.

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Materiales y Reactivos:

MATERIAL 1 Matraz balón de fondo plano de 500 cm3 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 10cm3 1 Mechero, Anillo y tela c/asbesto 1 Pinza doble para bureta 1 Termómetro 1 Micro botella 1 Balanza digital Tubería de hule Algodón

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REACTIVOS Cloroformo (CHCl3) Tetracloruro de Carbono (CCl4)

Procedimiento: 1. Se montó el aparato como se indica en la figura 1, se introdujo un pedazo de algodón en el fondo del tubo A para evitar que se rompa al dejar caer el micro botella que contiene la muestra.

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2. Se calentó 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, se puso el nivel del agua contenida en las pipetas de manera que el punto C indique cero. Esto se puede lograr subiendo o bajando una u otra pipeta.

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3.

8

Se introdujo el micro botella abierta que contiene la muestra (de una a dos gotas, previamente pesadas) en el tubo A y se conectó el codo B inmediatamente, presionando para evitar fugas .

4. Se anotó el máximo volumen desplazado en la pipeta C. Esto será cuando todo el líquido en la micro botella haya pasado al estado gaseoso. 5. Se quitó la manguera que une a B con C y se tomó la temperatura del espacio libre en la pipeta C.

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Cuestionario:

m T °C V

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CCl4 0.040gr 31° 2 ml

CHCl3 0.040gr 28° 7ml

1 Considerando el comportamiento ideal, calcule el peso molecular de la sustancia problema:

( Mm ) RT

PV =

P=585mmHg-P (vapor del agua) P vapor del agua(mmHg) 26.8 28.3 30.1 31.8 33.7 35.7 37.7 39.9

T(ᵒC) 27 28 29 30 31 32 33 34

2 A partir de los pesos atómicos determine el peso molecular de la sustancia del problema. PM ( CCl ₄ )=PA ( C ) + 4 PA ( Cl ) =

12 gr + 4(35.58 gr / mol)=154 gr /mol mol

PM (CHCl ₃)=PA(C )+ PA (H)+3 PA(Cl )=12 gr /mol +1 gr /mol+ 3(35.58 gr / mol)=119.5 gr /mol

3 Calcule el peso molecular con la ecuación de Berthelot CCl ₄ : Tc=532.6ᵒK

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Pc=39.48 atm.

PM=660.60gr/mol CHCl ₃ : Tc=536.3ᵒK

Pc=53.39 atm.

PM=40.699gr/mol 4

En su cálculo, hizo una corrección a la presión. ¿por qué se hace esta corrección?

R: Se debe a la incompleta comprensión de las interacciones moleculares sobre todo en los estados líquidos y sólidos los coeficientes de todas las ecuaciones de estado deben de ajustarse de acuerdo a los distintos resultados experimentales previstos. 5

Entre el peso molecular obtenido considerando el comportamiento ideal y con la ecuación de Berthelot, ¿Cuál fue el más próximo al calculado por los pesos atómicos?

R: El de Berthelot.

Calculos:

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[

9 PTc 6 Tc 1− 2 128 PcT T

[

9 PTc 6 Tc2 (1− 2 ) 128 PcT T PV

PV =nRT 1+

mRT 1+ M=

(

2

)]

]

CCl4:

532.6 ° k ¿ ¿ ¿2 6(¿¿( 304 ° K )2 ¿) 1−¿ ¿ 9(0.72539 atm)(532.6 ° K) 1+ ¿ 128(39.48 atm)(304 ° K) atm . l (0.040 gr)(0.0820 )(304 ° k )¿ mol . ° k M =¿

M =660.60 gr /mol

CHCl3:

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536.2° k ¿ ¿ ¿2 6(¿¿( 301° K)2 ¿) 1−¿ ¿ 9(07325 atm)(536.3 ° K ) 1+ ¿ 128(53.79 atm)(301° K ) atm . l (0.040 gr)(0.0820 )(301 ° k ) ¿ mol . ° k M =¿

M =186.733 gr /mol

Autor: David Reyes Tomás

Observaciones. El cloroformo y el tetracloruro de carbono son gaseosos, por lo tanto debemos cerrar bien la micro botella para evitar que se evapore. Observamos un proceso en el cual el gas al consumirse dentro del tubo de cristal calentado por medio de la ebullición de agua hace que aumente tanto el volumen como la presión de tal forma que la cantidad de agua que se encuentra en la probeta número c aumenta su nivel. Si se deja pasar tiempo en el momento de introducir la micro botella y en sellar el matraz de balón puede causar una medición errónea en el volumen desplazado en la pipeta, nosotros tardamos en cerrarla y notamos como el volumen desplazado era menor. Dependiendo de la sustancia será el volumen desplazado en el modelo. En este caso se observó que influyo la masa de la sustancia y su peso molecular. Conclusiones

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Los valores obtenidos en forma experimental del peso molecular de los gases fue diferente con respecto a los valores obtenidos con las ecuaciones precisas para determinarlo aunque no variaron mucho los resultados, con estos datos obtenidos en el experimento y utilizando la ecuación de berthelot y la ecuación de los gases ideales para obtener el peso molécular es preferible la ecuación de berthelot por su exactitud. se puede notar que hay formas más exactas de poder obtener los pesos moleculares. Podemos concluir entonces, que utilizando este experimento es posible estimar de forma sencilla el peso molecular de un gas.

Autor:

OBSERVACIONES Durante la práctica pude observar a detalle cómo se cumple con la Ecuación General del Estado Gaseoso, tuvimos que acomodar la tubería de hule, ya que esta, no estaba alineada y esto hacía que no pudiéramos observar como aumentaba el volumen contenido en este; hasta que estuviera equilibrado; sin antes claro está depositar los reactivos dentro del Matraz balón de fondo plano y sellarlo rápidamente para que este no perdiera la cantidad exacta de cloroformo y de Tetracloruro de Carbono, pues si no, no podría cumplirse la ley de la conservación de la materia.

CONCLUSIÓN Es de suma importancia conocer el funcionamiento de la Ley General del Estado Gaseoso, pues en ella como su fórmula lo indica: PV=nRT podemos conocer el peso molecular, donde para obtener la presión o el volumen, influyen otras variantes como la temperatura, en la presión hay que considerar la presión

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atmosférica; como en este caso observamos al momento de que fue cambiando el nivel dentro de las pipetas, y como la ley de la conservación de la materia influye en el resultado, puesto que al ser reactivos que tienden a evaporarse es necesario contenerlos como lo expresado en la ley de Berthelot.

Autor:

Observaciones Durante la práctica se observó que es importante que no existan fugas de vapor durante el experimento ya que esto producía un error. Se pudo observar el cambio de volúmenes al colocar el CCl4 y el CHCl4 Conclusiones Existen diferentes formas de calcular el peso atómico o el peso molecular por ejemplo es con la formula n=m/M, despejando M, con esta práctica se comprobó experimental y analíticamente que es posible calcular el valor del peso molecular tanto del CCl4 como del cloroformo CHCl3 mediante la ecuación general de los gases ideales y la ecuación de Berthelot. Con la ecuación de Berthelot se pudo obtener un cálculo más exacto ya que en la ecuación general del estado gaseoso el resultado solo es aproximado.

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Bibliografia:

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