Universidad de Concepción                                                                         Facultad de Ciencias QuímicasDepartamento de Fisicoquímica.

Práctico Nº 1Determinación de la Masa Molar de un Gas

                                                                                                  Nombre: Nadia Gajardo.                                                                                          Colaborador: Carla Espinoza.                                                                                          Fecha: 21/09/2010.                                                                                          Nº Grupo: Nº 6.

Resumen

La realización de este experimento tiene por objetivo la determinación de las densidades de un gas a diferentes presiones para luego obtener el valor exacto de la masa molar del gas mediante el método de densidades límites, otorgando la masa molar característica del compuesto gaseoso problema. Para esto se utilizo la ecuación de estado de los gases ideales tomando en cuenta el hecho de que cuando la presión tiende a cero esta ecuación es válida para cualquier gas, es decir para un gas real. Gracias a la obtención de una serie de datos experimentales correspondientes a la medición del peso del gas a distintas presiones, manteniendo la temperatura constante, y a una serie de cálculos se pudo determinar que la masa molar del gas es 31.03 (g/mol), con un error relativo de 3.028%. Tal peso molecular es característico del compuesto gaseoso, en su estado natural, oxígeno.

Parte ExperimentalMétodo ExperimentalPara realizar este experimento se utilizara un balón limpio y seco de volumen conocido. Se conectará a la red de vacío intentando evacuar completamente el balón hasta que las ramas del manómetro no varíen, es decir hasta que la bomba de vacío logre la evacuación máxima del balón. Luego se cerrara la llave que comunica a la bomba de vacío, se cortara el vacío y se retirara el balón del sistema. Posteriormente se pesará el balón vacío y se verificará la hermeticidad observando si el peso del balón se mantiene constante durante dos minutos. Más tarde se utilizará este peso para determinar la masa del balón y por diferencia de peso se obtendrá la masa del gas. Nuevamente se conecta a la red de vacío y se abre la llave que comunica con la red de gas a través del tubo secador con gel de sílice con el fin de comprobar la hermeticidad del sistema completo haciendo vacío. Después se cierra la bomba de vacío y se ceba el sistema con el gas problema abriendo cuidadosamente la válvula de la red de gases hasta alcanzar la presión atmosférica (se igualan las dos columnas de mercurio del manómetro) y cierre la llave de la red de gas

Materiales y Reactivos  * Balón de vidrio provisto de una llave.  * Balanza de precisión.  * Red de vacío.  * Barómetro.  * Gases problema: oxígeno, hidrogeno, dióxido de carbono y nitrógeno.

Datos Obtenidos y Condiciones de trabajo  * Temperatura del ambiente: 21.0 ± 0.1 ºC  * Presión atmosférica: 768.7 ± 0.1 mmHg  * Factores de corrección: 2.60 a 760 mmHg      2.67 a 780 mmHg  * N° del Balón: 1  * Volumen balón: 276.10 ± 0.01 mL  * Masa   balón vacío: 120.2868   ± 0.0001g

Tabla 1. Alturas del manómetro y masa del balón mas gas.

Presión gas     (mmHg)                 ± 0.1 | hr     (cm)               ± 0.1 | hx     (cm)                 ± 0.1 | Masa Balón   + gas (g)                   ± 0.0001 | Presión   (atm)             ± 0.0001 |196.1 | 28.3 | 28.7 | 120.3789 | 0.2580 |313.1 | 22.5 | 22.8 | 120.4342 | 0.4119 |437.1 | 16.3 | 16.6 | 120.4895 | 0.5751 |550.1 | 10.6 | 11.0 | 120.5454 | 0.7238 |676.1 | 4.3 | 4.7 | 120.6060 | 0.8896 |759.1 | 0.2 | 0.5 | 120.6450 | 0.9988 |

Datos BibliográficosTabla 2. Datos bibliográficos.

Masa atómica del oxígeno molecular | 31.9988 g/mol |Masa atómica del nitrógeno molecular | 28.0134 g/mol |Masa atómica del hidrógeno molecular | 2.0158 g/mol |Masa atómica del dióxido de carbono | 44.0098 g/mol |Constante de los gases "R" | 0.08206 atm L/mol     k |

Los datos bibliográficos fueron obtenidos de:Titulo: Físico Química Editado por: Gilbert W. CastellanPaginas: Apéndice IV 1022 (Masas molares), 1020 (Constante de los gases)Edición: segunda   EdiciónAño: 1987Editorial: Pearson Educación

ResultadosTabla 3. Magnitudes calculadas.

Nº determinación | Δh (mm) ±0.5 | Presión gas(mmHg) ±0.1 | Presión (atm) ± 0.0001 | Masa gas (g)± 0.0001 | Densidad (g/L) ±0.0001 | d/P (g/L·atm) ±0.001 |1 | 570 | 196.1 | 0.2580 | 0.0921 | 0.3336 | 1.293 |2 | 453 | 313.1 | 0.4119 | 0.1474 | 0.5338 | 1.296 |3 | 329 | 437.1 | 0.5751 | 0.2027 | 0.7342 | 1.277 |4 | 216 | 550.1 | 0.7238 | 0.2586 | 0.9367 | 1.294 |5 | 90 | 676.1 | 0.8896 | 0.3192 | 1.156 | 1.299 |

6 | 7 | 759.1 | 0.9988 | 0.3582 | 1.297 | 1.299 |

GráficoTabla 4. Valores en el gráfico.

p (atm) | d/p (g /L atm) |0.2580 | 1.293 |0.4119 | 1.296 |0.5751 | 1.277 |0.7238 | 1.294 |0.8896 | 1.299 |0.9988 | 1.299 |

Ejemplo de CalculosCon el fin de ejemplificar los cálculos realizados se seguirá el rastro de la medición numero 1.De la tabla 1 se obtiene que para la medición 1   hr: 28.3 ± 0.1 (cmHg).   Presión atmosférica corregida. 766.1 ± 0.1 (mmHg).hx: 28.7 ± 0.1 (cmHg).Por lo que la presión del gas está dada por la expresión Pgas = Pb - (hr+ hx) = 766.1 - (283 +287)= 196.1 (mmHg). Correspondiente a 0.2580 (atm).Por otra parte de la tabla 1 se obtiene el peso del balón más el gas. Masa balón mas gas: 120,3789 ± 0,0001 (g)     Peso gas medición 1:   120,3789 - 120,2868 = 0.0921 (g). Masa del balón vacío: 120,2868 ± 0,0001 (g)Con el valor del volumen del balón, 0.2761 (L), se obtiene la densidad.d = (0.0921/0.2761) = 0.3336 (g/L).El método de densidad límite requiere el valor de d/p.  d /p =   (0.3336 /0.2580) = 1.293 g/atm L.Al interpretar los valores obtenidos en un grafico d/p   v/s p se obtiene una serie de puntos, los cuales después de extrapolar se genera una línea recta de ecuación.

                                                                y = 0,0108x + 1,286

Es decir al hacer el valor de x, correspondiente a la presión, cero se obtiene que Y, d/p, es 1,286..De acuerdo a la ecuación de estado se puede obtener la masa molar del gas

                M = (d/p) p—o x RT   = 1,286x 0.08205 x 294.15 = 31.03 (g/mol)

Error relativo.El peso atómico del oxígeno molecular (de la tabla 2) es 31.9988 g/molEntonces Er = 100x Ea/ Vr = ((31.03 -31.9988) x100)/ 31.9988 =   3.028%.

Discusión y Análisis de ResultadosEl método de densidades límites resulta bastante efectivo en la determinación experimental de la masa molar de un gas, verificando las aproximaciones y supuestos que se realizaron teóricamente en el papel. Tal supuesto, como considerar al gas problema como ideal a presiones tendientes a cero y a temperatura constante, encaminaron al resultado de la masa del gas oxigeno 31.03 (g/mol), no muy lejano de el

valor tabulado y aceptado como verdadero de 31.9988 g/mol. Como era de esperar la relación de la densidad y la presión graficada contra la presión otorgo una gráfica distinta a la esperada para un gas ideal. Sin embargo los puntos dispersos en la grafica muestran una tendencia creciente al aumentar la presión del gas. Al extrapolar la relación densidad: presión a cero, se obtuvieron los datos necesarios para los cálculos respectivos. El hecho de que este método de excelentes resultados, entrega por completo la responsabilidad al experimentador de obtener un resultado exacto. Por esta razón el error relativo, obtenido en la experiencia, de 3.028% es atribuible a la imperfección humana. Ya sea en un mal uso de algún instrumento de medición o en una mala interpretación del valor dado por este, el experimentador se encuentra limitado a su buen criterio. Limitación que solo se puede evitar, en parte, con la experiencia.

ReferenciasBibliografía.Titulo: Físico Química Editado por: Gilbert W. CastellanPaginas: Apéndice IV 1022 (Masas molares), 1020 (Constante de los gases)Edición: segunda   EdiciónAño: 1987Editorial: Pearson Educación

Titulo: Fundamentos de Fisicoquímica.Autores: Samuel H. Maron y Carl F. Prutton.Ubicación: Paginas 45 a 51. Capitulo 1: Gases y Líquidos.Editorial: Limusa,S.A.Primera edicion.Decimoquinta reimpresión de 1984.