MANIPULACIONES BASICAS PARTE 4 (RECOLECCION DE GASES)Jineth Fernanda TAPIAS-VACA1 & Duvan Eduardo SNCHEZ-VELASQUEZ2

1Universidad Nacional de Colombia, Sede Orinoqua, Ingeniera Qumica, Arauca, Colombia, jftapiasv@unal.edu.co.2Universidad Nacional de Colombia, Sede Orinoqua, Ingeniera Qumica, Arauca, Colombia, desanchezve@unal.edu.co.

RESUMENEn esta prctica de laboratorio, se hicieron anlisis cualitativos como cuantitativos de la recoleccin de gases; por un lado se hizo el anlisis cualitativo de la recoleccin del gas hidrogeno, haciendo reaccionar una granalla e zinc con cido clorhdrico. Seguidamente se hizo el anlisis cualitativo de la recoleccin del gas oxgeno, haciendo reaccionar agua oxigenada con levadura. Luego se procedi con el anlisis cuantitativo de los dos anteriores gases mencionados, para el caso del hidrogeno H2, a este se le hizo una recoleccin de gas sobre agua haciendo reaccionar diferentes masas (pesos) de magnesio Mg Con cido clorhdrico HCl, Para el caso del segundo gas O2 , a este tambin se le hizo una recoleccin de gas sobre agua haciendo reaccionar diferentes masas(pesos) de KMnO4 permanganato de potasio con H2O2 perxido de hidrogeno y H2SO4 cido sulfrico, para producir el gas. Y por ultimo a partir de una reaccin de neutralizacin entre el cido actico (CH3-COOH) y el carbonato cido de sodio (NaHCO3), se determin el nivel de concentracin de bicarbonato de sodio (NaHCO3) presente en una pastilla de Alka.Seltzer, a travs de dos procedimientos experimentales diferentes: la prdida de masa de dixido de carbono (CO2) y la recoleccin de gases sobre agua1. INTRODUCCINDe acuerdo con las condiciones de presin y temperatura es posible encontrar la materia en cualquiera de los tres estados fsicos: slido, lquido y gaseoso (Chang, R. 2007). Los gases han sido de gran importancia en la historia, debido a que con ellos se ha podido estudiar el comportamiento de la materia. Adems, tras diversos estudios realizados, se han podido evidenciar los efectos que tienen las variables de temperatura, presin y cantidad de sustancia de un gas sobre el comportamiento de su volumen, sustentados por los trabajos y las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac, y la ecuacin de estado de los gases ideales. Las leyes que norman este comportamiento han desempeado una importante funcin en el desarrollo de la teora atmica de la materia y la teora cintica molecular de los gases (Chang, R. 2007).A condiciones normales se pueden encontrar tres tipos de gases, los gases nobles que son compuestos monoatmicos (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), los gases moleculares di-atmicos (H2, N2, O2, F2, Cl2) y los compuestos moleculares poli-atmicos (CO, CO2, NH3, CH4) (Chang, R. ed. 9). Un gas ideal es un tipo de gas inventado por el hombre; en la naturaleza no existen gases ideales. Un gas ideal es caracterizado por que sus partculas tiene volmenes despreciables, no hay intercambio de energa entre ellas, sus partculas no tiene fuerzas de atraccin ni repulsin entre ellas, cumplen con la ecuacin de estado de los gases ideales (PV = nRT) y adems poseen velocidades constantes pero diferentes para cada partcula (Palomeque, L. & Molina, M. 2012).Existen dos tipos de instrumentos para medir la presin que ejerce un gas. El barmetro que fue inventado por el italiano Evangelista Torricelli, este instrumento es empleado para medir la presin que ejerce la atmsfera. El manmetro es un instrumento usado para medir la presin que ejerce un gas contenido en un recipiente, el lquido que normalmente se usa en los manmetros es el mercurio, pero tambin pueden utilizarse otros lquidos. La ventaja del mercurio es su elevada densidad (13,6 g/mL) lo que permite construir manmetros de tamao pequeo, ya que la altura que alcanza el lquido dentro de un manmetro es inversamente proporcional a su densidad (Luzardo, M. 2011).2. MATERIALES Y METODOS2.1 MATERIALESLos materiales que se usaron durante la prctica de laboratorio fueron: 2 vasos de 150 mL, 1 vidrio reloj, bao de mara, 1 probeta de 100 mL (0,02), manguera, Erlenmeyer, 2 pinzas, 2 nueces, 1 termmetro, 1 esptula, una balanza electrnica Ohaus (0,001 g). Los reactivos que se utilizaron fueron: una solucin de cido actico (vinagre) y 2 tabletas de Alka-seltzer.2.2 METODOS2.2.1 ANALISIS CUALITATIVO DE HIDROGENOPara el anlisis cualitativo de hidrogeno, se hizo reaccionar en un tubo de ensayo 10mL de cido clorhdrico 4M con granallas de zinc para producir cloruro de zinc ms hidrogeno gaseoso, luego se coloca un globo para que este recolectara el gas que se haba producido, por ultimo de mide el dimetro del globo y se hace el anlisis cualitativo.Zn + 2HCl = ZnCl2 + H22.2.2 ANALISIS CUALITATIVO DE OXIDENOPara el anlisis cualitativo de oxgeno, se hizo reaccionar en un tubo de ensayo 15mL de perxido de sodio 0,08M con una cucharadita de levadura(esta contiene bicarbonato de sodio) para producir agua ms oxigeno gaseoso, luego se coloca un globo para que este recolectara el gas que se haba producido, por ultimo de mide el dimetro del globo y se hace el anlisis cualitativo.6H2O2 + NaHCO3----> 6H2O + 3O22.2.3 ANALISIS CUANTITATIVO DE HIDROGENOPara el anlisis cuantitativo de hidrogeno, primeramente su construye el montaje de recoleccin de gases sobre agua, donde la mezcla que se har reaccionar se coloca en un baln de fondo plano que est conectado con una manguera y esta va conectada a una columna de agua que esta contenida en una probeta. Luego se hicieron reaccionar diferentes pesos de magnesio con 20mL de cido clorhdrico 0,25 M para que se produjera cloruro de magnesio ms hidrogeno gaseoso, el gas que se produce se desplaza por la manguera la cual llega hasta la columna de agua, la cual este la desplaza por su presin, quedando el gas en la probeta; y por ltimo se mide la altura del volumen desplazado por el gas y se hacen los respectivos clculos para determinar las moles de gas producido.Mg(s)+2HCl (ac) MgCl2 (ac)+H2(g)2.2.4 ANALISIS CUANTITATIVO DE OXIGENOPara el anlisis cuantitativo de oxgeno, primeramente su construye el montaje de recoleccin de gases sobre agua, donde la mezcla que se har reaccionar se coloca en un baln de fondo plano que est conectado con una manguera y esta va conectada a una columna de agua que est contenida en una probeta. Luego se hicieron reaccionar diferentes pesos de permanganato de potasio con 20mL de perxido de sodio 0,08 M y 10mL de cido clorhdrico 0,50 M para que se produjera sulfato de manganeso, sulfato de potasio, agua, y oxigeno gaseoso, el gas que se produce se desplaza por la manguera la cual llega hasta la columna de agua, la cual este gas la desplaza por su presin, quedando el gas en la probeta; y por ltimo se mide la altura del volumen desplazado por el gas y se hacen los respectivos clculos para determinar las moles de gas producido.2 KMnO4 + 5 H2O2 + 3 H2SO4 =====> 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O + 5 O22.2.5 DETERMINACION DE PORCENTAJE DE NaHCO32.2.5.1 METODO DE RECOLECCION DE GASES(0,02mL) de vinagre luego se agreg a un vaso de precipitados de 150 mL, que se pes en la balanza electrnica (0,001 g). Se pes media pastilla de Alka-seltzer en un vidrio reloj y se deposit entre el vaso con vinagre, se dej en reposo hasta que la reaccin se complet. Luego se hall la masa del vaso despus de transcurrida la reaccin y se calcul la masa perdida de CO2, el porcentaje es masa de Bicarbonato de Sodio presente en la pastilla y el error relativo de los c13lculos. Finalmente se realiz un duplicado del anterior procedimiento.2.2.2 RECOLECCIN DE GASES SOBRE AGUASe parti una pastilla de alka-seltzer hasta obtener aproximadamente 1/8 de la pastilla, que se pes sobre un vidrio reloj, luego de midi 20 mL de vinagre y se agreg a un Erlenmeyer. Luego se realiz el montaje de recoleccin de gases como se indic en el libro gua, despus se coloc el pedazo de pastilla en el cuello del Erlenmeyer mientras se sostena de forma horizontal y se tapaba con el corcho, una vez cerrado se puso de forma vertical el Erlenmeyer y se dej caer la pastilla en el vinagre; mientras se completaba la reaccin se agit el Erlenmeyer suavemente y finalmente se registr el volumen de CO2 recolectado en la probeta invertida, se midi la altura de la columna de agua dentro de la probeta desde el bao de mara hasta el menisco, tambin se midi la temperatura del bao de mara.Finalmente se calcul el porcentaje de Bicarbonato de Sodio en la pastilla de alka-seltzer utilizando la ley de los gases ideales y estableciendo un equilibrio entre la presin atmosfrica y la presin del sistema; se determin el error relativo de los clculos y se realiz un duplicado del procedimiento.

3. ANLISIS Y DISCUSIONES3.1 PRDIDA DE MASAEn este procedimiento de la prctica de laboratorio se determin el porcentaje en masa del bicarbonato de sodio presente en una pastilla de Alka-Seltzer, al hacer reaccionar bicarbonato de sodio con un exceso de cido actico, tal como se indica en la siguiente ecuacin:CH3COOH(ac) + NaHCO3(S) CH3COONa(ac) + CO2(g) + H2O(L)En la tabla 1 se muestran los valores de masa para: la pastilla de Alka-Seltzer, el vaso de precipitados con los reactivos usados en el procedimiento y la masa del vaso de precipitados luego de la reaccin; a travs de estos datos se determin la masa de CO2 liberada durante la reaccin.Tabla 1:VARIABLEDATOS

Procedimiento 1Duplicado

Masa pastilla de alka- seltzer3,307 0,001 g3,307 0,001 g

Masa de pastilla de Alaka-seltzer1,635 0,001 g1,889 0,001 g

Masa de vaso de precipitados con 20 mL de vinagre123,239 0,001 g123,054 0,001 g

Masa de vaso de precipitados con 20 mL de vinagre y pastilla de alka-seltzer124,874 0,001 g124,943 0,001 g

Masa del vaso de precipitados luego de la reaccin124,317 0,001 g124,323 0,001 g

Masa de CO2 perdida0,557g0,620g

A travs de la masa de Dixido de Carbono (CO2) y de la estequiometria de la reaccin balanceada que se nombr anteriormente, se calcul la cantidad de bicarbonato de sodio (NaHCO3) que reaccion, haciendo una relacin 1:1 entre las moles de CO2 y NaHCO3 tal como lo indica Palomeque, L & Molina,C ( 2012) en la siguiente relacin estequiomtrica:Masa CO2 * 1 mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = masa de NaHCO3 (g) 44 g de CO2 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

A travs de esta relacin se utiliz la masa de CO2 prdida en los dos procedimientos llevados a cabos en el laboratorio y de determin la masa de NaHCO3 como se muestra a continuacin:Proceso 1

0,557 CO2 * 1 mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = 1,063 g de NaHCO3 44 g de CO2 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

Duplicado0,620 CO2 * 1 mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = 1,183 g de NaHCO3 44 g de CO2 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

A partir de la relacin entre la cantidad de bicarbonato de sodio que reaccion para cada procedimiento y la masa de la pastilla de alza-seltzer que se utiliz en los respectivos procedimientos, se realiz el clculo del porcentaje en masa de NaHCO3 presente en una pastilla de alka-seltzer, segn la siguiente relacin que indica Palomeque, L & Molina,C ( 2012).

% de NaHCO3 = Masa de NaHCO3 experimental * 100 Masa de pastilla utilizada

La relacin aplicada en nuestras medidas se expresa a continuacin:

Proceso 1 1,063 g NaHCO3 * 100 = 65,015 % 1,635 g Alka-seltzer

Duplicado 1,183 g NaHCO3 * 100 = 62,625 % 1,885 g Alka-seltzer

La pastilla de Alka-seltzer BAYER usada para este procedimiento muestra en su empaque la cantidad en masa de sus 3 compuestos, para una tableta de Alka-seltzer de 3,3 g; a partir de estos datos de realiz una relacin entre la masa de cada compuesto y la masa total de la tableta para calcular el porcentaje en masa, de la siguiente manera:%de componente = masa de componente * 100Masa total de la pastilla

En la tabla 2 se muestra la composicin en masa y porcentual de las tres sustancias presentes en la pastilla de Alka-seltzer usada en esta prctica de laboratorio.

H2SO4Tabla 2: Cada tableta efervescente de 3,3 g contiene:

Bicarbonato de Sodio1,976 g59,878 %

cido Ctrico1,000 g30,303 %

cido Acetilsaliclico 0,324 g9,818 %

El porcentaje en masa de Bicarbonato de Sodio presente en una pastilla de Alka-seltzer equivale a 59,878 %, y los porcentajes de terminados segn el proceso de prdida de masa de CO2 equivalen a 65,015 % para el primer procedimiento y 62,625 % para el duplicado. Para determinar la exactitud de los datos, se calcul el erro relativo para los dos porcentajes de la siguiente manera:

Error relativo (%) = valor experimental valor terico * 100Valor terico

Proceso 1 Error relativo = 65,015% 59,878% *100 = 8,579 %59,878%

Duplicado Error relativo = 62,625% 59,878% *100 = 4,588 %59,878%

Debido a que el error relativo nos indica la cercana o lejana del valor experimental con respecto al valor terico (Trujillo,C & Schez, J. 2007); la exactitud del procedimiento aplicado es tcnicamente alta, debido a la baja magnitud del error relativo, sin embargo los porcentajes experimentales en masa de Bicarbonato de Sodio NaHCO3 presente en una pastilla de Alka-seltzer son mayores respecto al valor terico indicado por la etiqueta del producto, esta diferencia entre las magnitudes significan que durante la aplicacin del procedimiento existieron errores personales, los cuales que se atribuyeron al mal manejo del proceso de pesado de las sustancias implicadas en la reaccin.

3.2 RECOLECCIN DE GASES SOBRE AGUAEn este procedimiento de la prctica de laboratorio se determin el porcentaje en masa del bicarbonato de sodio presente en una pastilla de Alka-Seltzer, a travs de la recoleccin de gases (CO2) sobre agua para la reaccin entre Bicarbonato de Sodio y cido actico. En la tabla 3 se muestran los datos de masa para la pastilla de Alka-seltzer sometida a reaccin, y los valores de la variables al finalizar el proceso.Tabla 3:VARIABLEDATOS

Procedimiento 1Duplicado

Masa de la fraccin de pastilla de Alka-seltzer0,318 0,001 g0,341 0,001 g

Volumen en L de CO20,052 0,02 mL0,058 0,02 mL

Altura en mm de la columna de agua127,00 0,02 mm115,00 0,02 mm

Temperatura del bao de agua27,00 0,02 C26,50 0,02 C

Para determinar la presin (P) del Dixido de Carbono, se considera que se establece un equilibrio entre la presin del sistema y la presin atmosfrica como lo indica Palomeque, L & Molina,C ( 2012), mediante la ecuacin: Patm = Pgas + Pvapor de agua + Pcolumna de aguaPara calcular la presin del gas se despej la ecuacin de la siguiente manera:Pgas = Patm - Pvapor de agua - Pcolumna de aguaLa presin atmosfrica del lugar donde se realiz la prctica de laboratorio equivale a 0,986 atm segn Puerto, E (2011). La presin de vapor de agua a para la temperatura de trabajo se muestra en la tabla 4 (annimo, sf).Tabla 4:Procedimientos:Temperatura (C)Presin de vapor de agua (atm)

Proceso 127,00 0,02 C0,0352

Duplicado26,50 0,02 C0,0342

La presin de la columna de agua, para los procedimientos se hall tan como lo describe Palomeque, L & Molina,C ( 2012) en la siguiente ecuacin:

Pcolumna de agua (mmHg) = hcolumna (mm) * densidad de agua (g/mL) Densidad de mercurio Proceso 1Pcolumna de agua = 127,00 mm * 1,00 g/mL = 9,338 mmHg = 0,0123 atm13,6 g/mL

DuplicadoPcolumna de agua = 115,00 mm * 1,00 g/mL = 8,456 mmHg = 0,0111 atm13,6 g/mL

Entonces, con todos los datos de presiones para los procedimientos de determin finalmente la presin de gas, reemplazando en la ecuacin nombrada anteriormente.

Proceso 1

P(CO2) = Patm - Pvapor de agua - Pcolumna de aguaP(CO2) = 0,986 atm - 0.0352 atm 0,0123atm P(CO2) = 0,9385 atm

DuplicadoP(CO2) = Patm - Pvapor de agua - Pcolumna de aguaP(CO2) = 0,986 atm - 0.0342 atm 0,0111atm P(CO2) = 0,9407 atm

Para determinar la cantidad en moles de CO2 que se liber en este procedimiento, se utiliz la ecuacin de gas ideal como lo indica Palomeque, L & Molina,C ( 2012):PV = nRTDonde (P) es la presin de gas, (V) el volumen, (n) el nmero de moles, (T) la temperatura y (R) la constante de proporcionalidad de los gases ideales. A partir de esta ecuacin se despej el nmero de moles de CO2 as:n= PV/RTProceso 1

n(CO2)= 0,9385 atm * 0,052 L= 1,984 x 10 -3 mol (0,082 atm*L/mol*K)(300K)

Duplicado

n(CO2)= 0,9407 atm * 0,058 L= 2,222 x 10 -3 mol (0,082 atm*L/mol*K)(299,5K)

Finalmente, con los datos de la cantidad en moles de Dixido de Carbono que se liber despus de la reaccin, se determin la cantidad de Bicarbonato de Sodio que reaccion y su porcentaje en masa presente en la pastilla de alka-seltzer, aplicando la estequiometria de la reaccin que se mostr en el procedimiento 3.1 de prdida de masa, pero en este caso se conoce el nmero de moles, entonces se realiza un cambio en la ecuacin como se muestra a continuacin:

x mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = masa de NaHCO3 (g) 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

El porcentaje en masa, se hall de la misma manera que el anterior procedimiento, aplicando la relacin:

% de NaHCO3 = Masa de NaHCO3 experimental * 100 Masa de pastilla utilizada

Entonces, estos clculos aplicados en los valores de moles de Dixido de Carbono para los procedimientos se muestran a continuacin:Proceso 11,984 mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = 0,167 g de NaHCO3 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

% de NaHCO3 = 0,167 g de NaHCO3 * 100 = 52,4 %0,318 g

Duplicado2,222 mol de CO2 * 1 mol de NaHCO3 * 84 g de NaHCO3 = 0,187 g de NaHCO3 1 mol de CO2 1 mol de NaHCO3

% de NaHCO3 = 0,187 g de NaHCO3 * 100 = 54,7%0,341 g

Como ya se haba estudiado, el porcentaje en masa de Bicarbonato de Sodio presente en una pastilla de Alka-seltzer equivale a 59,878 %, y los porcentajes de terminados segn el procedimiento de recoleccin de gases sobre agua equivalen a 52,4 % para el primer proceso y 54,4 % para el duplicado. Para determinar la exactitud de los datos, se calcul el erro relativo para los dos porcentajes de la siguiente manera:

Proceso 1 Error relativo = 52,4% 59,878% *100 = 12,489 %59,878%

Duplicado Error relativo = 54,7% 59,878% *100 = 8,648 %59,878%

Los valores de error relativo para los procedimientos es de magnitud pequea, lo que significa que el procedimiento de recoleccin de gases sobre agua fue de alta exactitud; adems, los porcentajes de Bicarbonato de Sodio en una pastilla de Alka-seltzer determinados por este proceso fueron ms bajos que el porcentaje indicado por la etiqueta del producto, al contrario del procedimiento de prdida de masa; entonces se concluy que este procedimiento fue adecuado, se realiz de forma correcta y se acerc ms a los resultados esperados.

CONCLUSINA travs de esta prctica de laboratorio, se determin la importancia de desarrollar los procedimientos con suma precaucin y cuidado, pues siempre estamos vulnerables a cometer errores personales, los cuales llegan variar las medidas trabajadas y afectar directamente en los clculos y los resultados esperados. Por otra parte, se observ la importancia de realizar un duplicado a los procedimientos trabajados en el laboratorio, de esta manera, en base a la cercana lo lejana de los datos, podemos analizar si los clculos a trabajar son confiables o se cometieron errores en la mediciones. Tambin se concluy que, para obtener el porcentaje en masa de un reactivo para cualquier reaccin, a travs de los procedimientos de prdida de masa y recoleccin de gases sobre agua, es importante investigar las variables que afectan en el procedimiento como: la estequiometria de la reaccin, la temperatura de trabajo, la presin atmosfrica y las ecuaciones qumicas involucradas; debido a que estos afectan sobre los resultados obtenidos en la prctica de laboratorio.

http://slbn.files.wordpress.com/2008/09/tabla_presion-de-vapor.pdfhttp://efrainpuerto.wordpress.com/2011/02/26/f1-2/

2. BIBLIOGRAFIAChang, R. (ed. 9 2007). Gases. Edit. Mac-Graw Hill. Mxico D.F.Palomeque, L. & Molina, M. (2012). Manipulaciones bsicas parte IV: recoleccin de gases. Manual de tcnicas bsicas en el laboratorio de qumica. Universidad nacional de Colombia.Luzardo, M. (2011) estado gaseoso. Qumica general para ingenieros. Recuperado de: http://quimicageneral.tripod.com/files2/tulo_5_gases.pdf el 01 de octubre de 2013.