Facultad de Enfermería Departamento de Química Sede Concepción
Laboratorio de Química General QUI 002 SECCION 701 ENFERMERÍA Laboratorio Nº 2
Dimensiones Moleculares, Estimación del Numero de Avogadro
Integrantes: Alfonso Toloza A. Miguel Cortes T.
Profesores: AntonioMaureira N. Paola Montes R.
Fecha: 08-04-2014
INTRODUCCIÓN La importancia de realizar medidas El Sistema Internacional incluye el mol como una unidad de cantidad de sustancia. El mol es una cantidad, como el par ( 2 unidades), la docena (12 unidades). Por eso se dice que el mol es la “docena de los químicos”. La palabra mol significa mole, pila o montón, y es un montón muy grande. Un mol es la cantidad de sustancia que contiene 6.022x 1023 unidades elementales. A esta cantidad, 6.022 x 1023 se le conoce como Número de Avogadro. Estos números son tan grandes que sucede que no logramos estimar su magnitud. El siguiente ejemplo nos dará una idea del tamaño del número de Avogadro. Definitivamente, un mol de gas es algo así como una enormidad de moléculas. ¿Cómo determinar este número? Indiquemos primero cuales son las unidades elementales que se están contando, pueden ser: •Un mol de átomos de carbono •Un mol de moléculas de oxígeno •Un mol de iones sodio •Un mol de electrones Por lo tanto las opciones para la determinación del Número de Avogadro son múltiples •Podemos medir átomos de carbono midiendo volúmenes de ácido esteárico •Determinar el número de moléculas de hidrógeno provenientes de una reacción de reducción. •Recolectando átomos de cobre, midiendo su masa en gramos y el número de electrones utilizados. • Calculando el número de moléculas contenidas en una monocapa de ácido oleico sobre una superficie de agua.
OBJETIVOS 1. Estimar el orden de magnitud del tamaño y masa de una molécula de ácido oleico. 2. Hacer una estimación del número de Avogadro. En el siguiente experimento se intentará llegar a una aproximación con respecto al valor real del número de Avogadro (6.022*10^23). Se agregará una cantidad pequeña de ácido oleico sobre una superficie de agua. Conociendo el volumen de ácido oleico presente en la película y el área que cubre sobre el agua, podremos calcular la altura de la monocapa, que correspondería a la altura de una molécula de ácido oleico. Si la forma de la molécula es conocida, podemos calcular el número de moléculas presentes en la monocapa. Con este resultado y usando la densidad y masa molar, podremos calcular el número de moléculas contenidas en un mol de ácido oleico, esto es el número de Avogadro. Se espera que los resultados tengan un margen de error puesto que los instrumentos de medida y los procedimientos no poseen una exactitud del 100%, por tanto se intentará trabajar el experimento con bastante seriedad y procurando la exactitud, para esto haremos muchas pruebas con el fin de ser lo más precisos posibles en la medición de nuestros datos.
PARTE EXPERIMENTAL
Se llenará un recipiente poco profundo con agua hasta aproximadamente un centímetro del borde, se espera a que el agua este en completo reposo y se procederá a polvorear con talco usando un colador, con esto obtendremos una capa muy delgada. Con una pipeta graduada se dejará caer una gota de ácido oleico sobre la superficie del agua (capa de talco), desde una altura aproximada de 1 centímetro. Se formará una película con forma circular, a la cual mediremos su diámetro aproximado, para tener una precisión mayor esta prueba se hará de 4 a 5 veces para tener un valor promedio. Con este dato podemos determinar el área de la monocapa molecular que forma el ácido oleico contenido en una gota de disolución:
Datos obtenidos:
Medición de diámetro de la mancha.
Valor obtenido aproximado.
Primera medición Segunda medición Tercera medición Cuarta medición Quinta medición
1.8 cm 1.9 cm 1.8 cm 1.8 cm 1.7 cm
Promedio en cm.
1.8 cm
A
= π0.9² =π x 0.81 = 2.5 cm
2
Obtuvimos el área aproximada de la mancha generada por la gota.
Ahora se estimará un valor un valor promedio de gotas en 1 mL de disolución. Mediremos con la misma pipeta graduada 1 mL de disolución de ácido oleico y contaremos el número de gotas que forman el mL.
Medición de número de gotas
Número de gotas (gotas/mL)
Primera medición Segunda medición Tercera medición Cuarta medición Quinta medición
55 gotas (gotas/mL) 54 gotas (gotas/mL) 55 gotas (gotas/mL) 55 gotas (gotas/mL) 56 gotas (gotas/mL)
Promedio de gotas
55 gotas (gotas/mL)
A partir de la concentración de la disolución y del número de gotas/mL de disolución, calcule cuántos gramos de ácido oleico hay en cada gota de disolución.
Peso molecular del ácido oleico Molécula de ácido oleico= (
)
(
)
( )
( )
( )
(
Concentración del ácido oleico= 8.0*10-3
)
Calculo de gramos de ácido oleico por mL
( )
(
( ) ) -3
=2.256(g/L)= 2.2*10 (g/mL) Se calcularán los gramos de ácido oleico por cada gota:
(1mL = 55 gotas aproximadamente)
2.2*10-3 g ------ 1 mL Xg
------- (1mL/55 gotas)
=4.1 x10-5 g ácido oleico/Gota
Este resultado es equivalente a cuántos gramos de ácido oleico forman la monocapa. Con este dato y la densidad del ácido oleico se calculará el volumen que ocupa el ácido oleico, que en definitiva corresponde al volumen de la monocapa. Con este dato y la densidad del ácido oleico se calculará el volumen que ocupa el ácido oleico, que en definitiva corresponde al volumen de la monocapa.
Densidad del ácido oleico= 0.895 g/mL
El volumen que ocupa el ácido oleico (volumen de la monocapa) será:
4.1 x10-5 g Ac.oleico/Gotas x 0.895= 4.6 x10-5 mL
Este volumen es igual a V= A * h donde A es el área de la mancha y h el espesor de la monocapa. Como el volumen y el área ya son conocidos, se calculará el espesor de la monocapa en cm.
Igualdad de medida 1mL = 1cm3
(
)
( (
) )
Espesor de la monocapa (h) =1.8x10-5
Con el fin de determinar el número de moléculas que forma la monocapa debemos calcular el volumen que ocupa una molécula de ácido oleico. Así Vt= Vm * N, donde Vt es el volumen de la monocapa, Vm es el volumen ocupado por una molécula y N es el número de moléculas absorbidas en la superficie.
Para determinar Vm haremos las siguientes suposiciones: La molécula de ácido oleico se orienta en forma perpendicular a la superficie, anclándose a la fase acuosa por el grupo –COOH El espesor de la monocapa es igual al largo de la molécula de ácido oleico. La distancia C-C, C-H, Y C-O son iguales. De esta forma h es igual a 18 veces la distancia C-C. El ancho de la molécula viene dado por el grupo –CH3, esto es 2 veces la distancia C-H, lo cual es igual a h/9. El alto de la molécula está dado por la distancia C-O, esto es h/18. Con esta aproximación el volumen ocupado por una molécula es igual al producto del largo de la molécula (h) por el ancho (h/9) y por el alto (h/18).
Volumen ocupado por una molécula
Vm = (1.8*10-5)3/ 162 Vm = 5.8x10-15/162 Vm = 3.6 x10-17 Procedemos a calcular el número de moléculas de ácido oleico presentes en la monocapa
Moléculas presentes en la monocapa
N = 4.6 x10-5 mL / 3.6 x10-17 N = 1.3 x10-22 Donde el primer término es el volumen de la monocapa y el segundo es el volumen de una molécula.
Número de Moles en la Monocapa de ac. Oleico Tomando como principio la masa molecular con del ac. Oleico y la masa utilizada en el experimento
Masa de ácido oleico / Masa molecular del ácido oleico 4.1 x10-5÷ 282 =1.4 x10-7 (Sin cifras significativas 1.453900709 x 10-7) Numero de Avogadro Basandose en la Formula: NA = Nº Moleculas / Nº Moles
1277777778000 Moléculas ÷ 1.4 x10-7 912698412900000000 moléculas/mol reales 9.1 x 1018 moléculas/ mol reales
Datos -Densidad del ácido oleico
= 0,895 g/mL
-Masa molar del ácido oleico M =282 g/mol -Número promedio de gotas por mLng =55 -Concentración Del ácido oleico M =8.0x10-3 × 282g =2.256g ac. oleico/L sln = 2,256g ac. oleico/L sln ÷1000 =2.2 x 10-3g Ac. oleico/mL (Sin cifras Significativas 2.256 x 10-3) (1L = 1000 mL) -Concentración M por gota (masa)=M÷ng 2.2 x 10-3g Ac. oleico÷55 Gotas =4.1 x10-5Ac.oleico/Gotas (Sin cifras Significativas 4.101818182 x 10-5) Datos de la mancha de ácido oleico que quedo en la superficie del recipiente con talco espolvoreado -Diámetro promedio de la mancha D =1.8 r= D÷2 = 1.8÷2 =0.9 -Superficie de la mancha A
= π0.9² =π x 0.81 = 2.5 cm2
-Volumen de soluto por gota de solucion = Masa de ac oleico de la mancha / Densidad del ac oleico 4.1 x10-5Ac.oleico/Gotas x 0.895=4.6 x10-5 mL Volumen es masa / densidad y da 4.6*10-5
-Espesor de la monocapa,h,en cm = Volumen de la Gota de Ac oleico÷Area de la mancha del Ac. 3.7 x10-5 cm3÷ 2.5cm2 = 1.5 x10-5 cm -Volumen Ocupado por una molecula,cm3 = Vm = h3 / 162 Vm=(1.8 x10-5 cm)3 = 5.8 x10-15 /162 =3.6 x10-17 -Nº de moléculas en la monocapa = N=4.6 x10-5÷ 3.6 x10-17 = 1.3 x 1012 = 1277777778000 Moléculas
-Número de Moles en la mancha de ac. Oleico Masa de ácido oleico / Masa molecular del ácido oleico 4.1 x10-5÷ 282 =1.4 x10-7 (Sin cifras significativas 1.453900709 x 10-7) -Nº DE AVOGADRONA= NA = Nº Moleculas / Nº Moles 1277777778000 Moléculas ÷ 1.4 x10-7 912698412900000000 moléculas/mol reales 9.1 x 1018 moléculas/ mol reales
Conclusión
Bibliografia http://www.csi-csif.es/andalucia/modules/mod_ense/revista/pdf/Numero_26/JAVIER_RUIZ_2.pdf
