UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA “Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Biodiversidad”
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4 Informe de Laboratorio
Integrantes: - Cortez Sarmiento, Martín Junior
(20121182G)
- Cubas Velasquez, Hristo Jair
(20132056H)
- Mejia Flores Juan Jose
(20122622K)
Profesora de Laboratorio: - Clara Turriate
Curso: - Química General
Aula: - S2-LAB
Sección: -A
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de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria ”
INTRODUCCIÓN
El presente informe corresponde a la tercera práctica de laboratorio de Química General del tema de Gases donde se analizará el efecto de la presión sobre el volumen de los gases a temperatura constante y establecerá una relación entre la presión y el volumen. También se determinará el volumen molar de un gas. Y por último se comprobará la ley de Graham comparando las velocidades de difusión de dos sustancias gaseosas: amoniaco y cloruro de hidrógeno.
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FUNDAMENTO TEÓRICO
Para el primer experimento se va comprobar la ley de Boyle-Mariotte que es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión: donde es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes. Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante para poder hacer uso de la ley. Para el segundo experimento se determinará el volumen molar estándar (C.N.) del hidrógeno, el volumen molar de una sustancia es el volumen de una mol de ésta. En el caso de sustancias gaseosas moleculares un mol contiene NA moléculas. De aquí resulta, teniendo en cuenta la ley de Avogadro, que un mol de cualquier sustancia gaseosa ocupará siempre el mismo volumen (medido en las mismas condiciones de presión y temperatura). Experimentalmente, se ha podido comprobar que el volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal en condiciones normales (Presión = 1 atmósfera, Temperatura = 273,15 K = 0 °C) es de 22,4 litros. Este valor se conoce como volumen molar normal de un gas. Este valor del volumen molar corresponde a los llamados gases ideales o perfectos; los gases ordinarios no son perfectos (sus moléculas tienen un cierto volumen, aunque sea pequeño) y su volumen molar se aparta ligeramente de este valor. En el tercer experimento se demostrará la ley de Graham de la difusión gaseosa, esta ley establece que las velocidades de efusión de los gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas masa molares.
Siendo
las velocidades y
las masas molares.
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GASES EXPERIMENTO N°1: COMPROBACION DE LA LEY DE BOYLE Y MARIOTE. - MATERIALES -
1 tubo neumométrico 1 soporte con sus nueces 1 ampolla o pera de nivel 1 termómetro de -10 °C a 110 °C 1 pinza 1 regla de 50 cm.
- PROCEDIMIENTO: a) Una vez montado el aparato se deja unos 40 ml. de aire en el tubo neumométrico y se cierra con una pinza el conector de goma b) Se sube y baja la ampolla de nivel conector de goma, luego se sube y baja la ampolla de nivel para expulsar las burbujas de aire que puedan encontrarse en los tubos de goma es importantísimo que no haya escapes de aire en el aparato c) Para asegurarse de que todas las uniones están bien cerradas se hace descender la ampolla de nivel y se observara si el nivel en el tubo neumométrico permanece constante d) De haber algún escape lo más probable es que tenga que remplazarse el empalme de goma, luego debe dejarse el aparato hasta que el agua se ponga a temperatura ambiente. e) Se coloca la ampolla de nivel a una altura conveniente para que el agua que contiene enrase con el agua de tubo (con un error menor de 0.1 ml ) f) Levante la ampolla hasta que la diferencia de niveles sea 50 cm y se debe registrar otra vez el volumen ocupado por el gas. g) Por último se hace descender la ampolla por debajo del nivel de la mesa, hasta que la diferencia de niveles vuelva a ser de 50 cm y se registra de nuevo el volumen del gas
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EXPERIMENTO N°2: DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR ESTANDAR (C.N.) DEL HIDROGENO - MATERIALES: -
1 bureta de 25 ml 1 vaso de 400 ml 1 soporte 1 pinza 1 probeta 1 recipiente tubular de 4 cm x 25 cm. Cinta de magnesio
- PROCEDIMIENTO: a) Llenar el recipiente tubular con agua de caño hasta el borde. b) Colocar dicho recipiente dentro de un vaso de 400 ml el cual se usa para recolectar el agua de rebose. c) Fijar el recipiente tubular con una pinza a un soporte de pie. d) Determinar el “volumen muerto” de la bureta. e) Mida con una probeta 10 ml de HCl 6M y colóquela dentro de la bureta, inclinándola ligeramente. f) Enjuague la probeta y llénela con agua de caño, cargue con esta agua la bureta hasta la graduación 0, aproximadamente procurando arrastrar el acido que hubieran quedado en la pared interna. g) Coloque la cinta de magnesio, doblada en forma de U, en la boca de la bureta y complete el volumen de la bureta con agua de caño, coloque rápidamente un disco de papel en la boca de la bureta con el dedo índice e inmediatamente invierta la bureta, introduciéndola dentro del recipiente tubular preparado previamente. h) Observe el hidrogeno generado por la reacción : Mg(s) + 2HCl(ac) → Mg(ac) + 2(ac) + H(g) i)
Cuando toda la porción de magnesio se ha disuelto, desplazar suavemente hacia arriba o hacia abajo la bureta para igualar los niveles de agua de la bureta y del recipiente tubular.
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EXPERIMENTO N°3: DEMOSTRACION DE LA LEY DE GRAHAN DE LA DIFUSION GASEOSA - MATERIALES:
1 tubo de vidrio pyrex de 40 cm de longitud y 8 mm de diámetro interno. 1 soporte de pie. 1 piza. 2 tampones de goma N°4, con perforaciones algodón hidrófilo. 2 goteros de bulbo de 25 ml Regla graduada de 30-50 cm Acido clorhídrico concentrado Hidróxido de amonio (amonio acuoso)
PROCEDIMIENTO: a) Armar el equipo mostrado b) Colocar un pequeño trozo de algodón en la oquedad de cada uno de los tapones de goma. c) Agregar cuidadosamente sobre el algodón de uno de los tapones, unas 4 gotas de acido clorhídrico (HCl) con el gotero correspondiente, luego agregar al algodón del otro tampón, aproximadamente 4 gotas de amoniaco acuoso. Los frascos goteros deben taparse tan pronto como sea posible, para evitar la formación del humo d) Colocar en forma simultánea al mismo tiempo, los tapones a cada uno de los extremos del tubo de vidrio de 40 cm, con los algodones hacia la parte interna del tubo. e) Observar cuidadosamente la superficie interna del tubo hasta ubicar el lugar en que empieza a formarse un anillo blanco de cloruro de amonio (NH4Cl) producto de la siguiente reacción: HCl f)
(g)
+ NH3(g) → NH4Cl(s)
Medir con una regla la distancia del anillo blanco hasta el extremo del tubo en que se coloco el tapón embebido de HCl
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CUESTIONARIO
Pregunta N°1 Un líquido que se usa en un manómetro tiene una densidad de 0.871 g/ml. Calcule la presión en cm de Hg, si el líquido se eleva a una altura de 60 cm. Respuesta La presión que se desea calcular es la presión hidrostática. La presión hidrostática depende de la densidad del líquido, de la gravedad y de la altura, se relacionan mediante la siguiente ecuación:
Convertimos los datos proporcionados en el problema al S.I.: H= 0.6 m
g = 9.81 m/ Remplazando los datos en la ecuación: P = ( ).(9.81 m/ ).(0.6 m) P= 5126.706 Pa Ahora convertiremos la presión de pascal a cm de hg. P=
P = 3.845 cm de Hg
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de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria ” Pregunta N°2 ¿Cómo afecta la presión a la densidad de los gases? Explique su respuesta Respuesta Si consideramos la ecuación de estado PV=nRT, y mantenemos todas las variables contantes excepto la presión y volumen podremos concluir lo siguiente:
Si la presión aumenta entonces el volumen disminuye y como la densidad de calcula por la siguiente ecuación:
concluiremos
entonces que la densidad aumenta. Si la presión disminuye entonces el volumen disminuye y como la densidad de calcula por la siguiente ecuación:
concluiremos
entonces que la densidad disminuye.
Pregunta N°3 ¿Cuántos gramos de Mg reaccionarán en el experimento N°2? Respuesta Con los datos proporcionados en el laboratorio sabemos que:
1m de cinta de magnesio pesan aproximadamente 1.8632g. La cinta de magnesio proporcionada a nuestro grupo midió 2.95cm aproximadamente, entonces haremos los cálculos mediante regla de tres simple: 1 m. de Mg 2.95 cm. de Mg.
1.8632g X=?
X = 0.0549644g. de Magnesio
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de la Inversión para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria ” Pregunta N°4 ¿Cuál será el volumen del sistema gaseoso estudiado en el experimento 2 a 20°C y 800 mmHg? Respuesta Datos de laboratorio proporcionados tenemos:
Datos tomados en el laboratorio: Volumen del sistema gaseoso= 23.2ml + Volumen muerto Volumen muerto = 4.19 ml
Entonces: Sistema gaseoso = 27.39 ml. Aplicaremos la ecuación la Ecuación General de Los gases para obtener el volumen del sistema gaseoso a las condiciones que nos pide el problema: ()()
()()
V=25.921 ml del sistema gaseoso. Pregunta N°5 Determine el volumen de hidrogeno obtenido en el experimento 2 medido a C.N Respuesta Como queremos calcular solo el volumen de hidrogeno tenemos que restar la presión ejercida por el vapor de agua en el sistema gaseoso. En el laboratorio se proporcionaron los siguientes datos: = 18.7 mmHg
Entonces:
Como no nos dan más datos asumiremos que se encuentra saturado de vapor de agua, por lo tanto: ~9~
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Aplicaremos la misma ecuación que en el problema anterior: ()()
()()
V=24.797 ml del sistema gaseoso. Pregunta N°6 ¿Concuerdan los resultados experimentales con los que predice la ley de Graham? Haga los cálculos Respuesta Si haríamos los cálculos en un caso ideal debería salir aproximadamente que la relación de las velocidades es de 1.4652. Pero en el experimento realizado por nuestro grupo de acuerdo a los datos obtenidos tenemos:
Como se explica en la pregunta 8, los tiempos tomados son iguales, por lo tanto podemos simplificar . Nos queda que la relación es:
Vemos que los resultados difieren esto se debe principalmente a errores en la medición, pero con exactitud se llega a corroborar que la velocidad de difusión si se relaciona inversamente proporcional a la raíz cuadrada de las masas de los compuestos.
Pregunta N°7 ¿Qué nos indica la formación de cloruro de amonio en el experimento N°3? Respuesta Nos indica que los dos compuestos han reaccionado. Por lo tanto gracias a esta reacción podremos saber en que punto del tubo se encontraron estos compuestos y así poder determinar las velocidades de cada compuesto.
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Pregunta N°8 ¿Por qué se deben colocar en forma simultanea los tapones embebidos en HCl y acuoso? Respuesta Como en el experimento de trata de comprobar la ley de Graham, y esta ley nos dice que las velocidades son inversamente proporcionales a la raíz cuadrada de las masas molares de los compuestos; entonces el tiempo de inicio debe ser igual para ambos compuestos, para así medir la distancia recorrida por cada compuesto y poder corroborar esta ley.
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CONCLUSIONES
La ley de Boyle-Mariotte es una simplificación de la ley de los gases ideales o perfectos particularizada para procesos isotérmicos de una cierta masa de gas constante. Al bajar y subir el émbolo se comprueba que al aumentar el volumen, la presión disminuye. Además se comprueba que la presión por el volumen es el mismo en todos los casos de la tabla, es decir, es constante. El NH3 tiene mayor velocidad que el HCl al ser más liviano que éste, por lo que en un mismo tiempo el NH 3 se desplaza una mayor distancia que el HCl, demostrando con esto la ley de Graham. El fenómeno de difusión está relacionado con la energía cinética de las moléculas.
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RECOMENDACIONES
Se recomienda lavar los instrumentos a utilizar para un mejor uso. En el primer experimento manipular con cuidado la ampolla y verificar que no haya escapes de aire en el aparato. Para el segundo experimento mantener bien cerrada la llave de la bureta, para no derramar líquido. Al efectuar el tercer experimento tener cuidado de inhalar los gases del NH3 y HCl ya que son perjudiciales para la salud.
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