Laboratorio Nº 6
INDICE
I. Objetivos
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II. Fundamento Teórico
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III. Parte Experimental Experimental pág.
Experiencia I. Determinación de la presión de salida del gas de laboratorio Experiencia II. Propiedades de los gases
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Del CO2 Del H2 Experiencia III. Determinación del volumen molar del Hidrogeno molecular pág. Experiencia IV. Demostración de la Ley de Graham IV.Cuestionario V. Bibliografía
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I. OBJET BJETIV IVO OS:
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Tene Tenerr clar claroo el conc concep epto to de la pres presió ión, n, el mo movi vimi mien ento to mo mole lecu cula lar, r, la compro comprobac bación ión de alguna algunass leyes leyes de los los gases gases y obser observac vación ión de algun algunas as propiedades propiedades de los gases.
II. FUNDAMENTO TEORICO: ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA •
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Son las diferentes formas en que la materia se encuentra organizada en la naturaleza. Son el resultado de la “lucha” entre dos tendencias OPUESTAS :
GASES
CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES • • •
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Se expande hasta rellenar cualquier volumen (expansibilidad) Compresibilidad Se mezcla fácilmente con otros gases para dar mezclas homogéneas (difusibilidad) Este comportamiento se debe a la existencia de una distancia muy grande entre las moléculas, debido a la fuerza de repulsión entre las moléculas.
TEORÍA CINÉTICO MOLECULAR •
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Los gases están constituidos por partículas de masas puntuales, en constante y caótico movimiento en línea recta. Las partículas están separadas por grandes distancias. Las colisiones son rápidas y elásticas. No hay fuerzas intermoleculares. La energía total permanece constante.
VARIABLES DE ESTADO DE UN GAS Un gas queda definido por cuatro variables: - Can Cantidad dad de de sus sustanci ncia à mol - Volumen à L, m3 - Presión àatmósfera, mm de Hg, Pascal - Temperatura à grados Celsius, kelvin PRESIÓN BAROMÉTRICA •
Es la presión que ejercen los gases de la atmósfera sobre los objetos. Cuando se mide a nivel del mar se denomina presión atmosférica estándar normal. A mayor altitud sobre el nivel del mar, menor presión barométrica Es la presión que ejercen los gases de la atmósfera sobre los objetos. •
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Cuando se mide a nivel del mar se denomina presión atmosférica estándar normal. A mayor altitud sobre el nivel del mar, menor presión barométrica
PRESIÓN DE UN GAS Presión absoluta : Es la presión real r eal que el gas ejerce ejerc e sobre las paredes par edes del recipiente que lo contiene. •
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Presión manométrica mano métrica: Es la presión pr esión relativa del gas, medida por comparación con la presión externa. Se mide mediante los manómetros. Pabs = Pman + P bar
LEYES EMPÍRICAS DE LOS GASES. Las leyes empíricas son aquellas que se originan directamente de la experimentación. Consideraremos: La Ley de Boyle : Procesos isotérmicos La ley de Charles : Procesos isobáricos La ley de Gay-Lussac : Procesos isocoros Ley de Boyle y Mariotte (1662) El volumen de un gas es inversamente inversamente proporcional a la presión (al mantener constantes constantes la temperatura y la masa del gas). La Ley de Charles* (1787) El volumen de un gas es directamente directamente proporcional a la temperatura temperatura absoluta (al mantener constantes la presión y la masa del gas). La Ley de Gay-Lussac (1802) La presión de un gas es directamente proporcional proporcional a la temperatura absoluta (al mantener constantes la presión y la masa del gas). III.
PARTE EXPERIMENTAL:
Experiencia I. Determinación de la presión de salida del gas de laboratorio CONDICIONES DEL LABORATORIO Temperatura : 22,5ºC Presión manométrica : 744 Torr • •
DATOS: • •
Desnivel inicial Desnivel lluuego de de la la ap apertu rtura to total ddeel ggrrifo :
: 0,4 cm 27,1 cm cm Página 3
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271 mmH2O <> 19,9 mmHg
OBSERVACIONES: •
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Al verter el liquido (agua) en el tubo de forma de U se aprecia que el nivel del liquido en las dos partes del tuvo son parejas lo cual demuestra el principio de los vasos comunicantes. En el momento del ingreso del gas al tubo, este ejerce presión, como resultado se aprecia desnivel del líquido.
CALCULOS Y RESULTADOS Sabemo Sabemoss que: que: PA = PB Pgas = Pcolumna de agua + Patmosferica Pgas = 19,9 mmHg + 744 mmHg Pgas = 763,9 mmHg CONCLUSIONES • •
Mediante la experiencia se puede calcular la presión del gas. También se puede comprobar el hecho de que a mayor altura habrá menor presión.
RECOMENDACIONES •
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Tener el debido cuidado al manipular los instrumentos ya que estos están fabricados en un material con cierta fragilidad como es el vidrio. Se debe de tener cuidado al momento de aperturar la llave del gas debido a que se puede producir una fuga.
Experiencia Experiencia II. PROPIEDADES DE LOS GASES Experiencia Experiencia III. DETERMINACION DEL VOLUMEN MOLAR DEL HIDROGENO MOLECULAR Experiencia Experiencia IV. DEMOSTRACION DE LA LEY DE GRAHAM DATOS: • •
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Longitud del tubo de vidrio a usar : 40,1 cm Tiempo aproximado hasta la aparición del anillo blanco de NH 4Cl : 130 seg Distancia del anillo de NH 4Cl al extremo del HCl : 16,2 cm
OBSERVACIONES
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Al verter el HCl 12N y el NH 4OH 15M en los tapones rellenos de algodón estos emiten un vapor Previamente el experimento experimento el tubo debe ser medido medido y perfectamente perfectamente secado ya que estos factores pueden influir en el análisis respectivo. Después de transcurrido un cierto intervalo de tiempo se observa dentro del tubo un aro gaseoso, lo cual evidencia que los gases analizados han chocado y reaccionado mutuamente dándose la siguiente reacción: NH4OH (ac) + HCl (ac) → NH4Cl (g) + H2O (g)
CALCULOS Y RESULTADOS Según la ley de Graham Reemplazando con los datos tenemos:
También se sabe que:
Reemplazando la ecuación anterior con los datos obtenidos en el laboratorio d = 0,682 x (40,1) – 0,682d d = 16,26 cm Se calcula el porcentaje de error:
CONCLUSIONES •
Mediante la Ley de Graham, se obtiene un desplazamiento por parte del HCl que no difiere mucho con el obtenido con el experimentalmente, esto comprueba la precisión con la que se realizo en el laboratorio dándose cuenta del porcentaje de error que se obtuvo.
RECOMENDACIONES: Se debe tener cuidado al manipular los reactivos ya que estos se encuentran en una gran concentración y podrían causar daños. Mantener el tubo de vidrio en una posición totalmente horizontal para que no varíen los productos en las reacciones. •
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IV. CUESTIONARIO: Página 5
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1. ¿Qué especi especies es químicas químicas están están presentes, presentes, luego luego de hacer burbujea burbujearr amoniaco amoniaco en agua pura? Después de hacer burbujear amoniaco en agua pura según la reacción: NH3 (l) + H2O (l) → OH-(ac) + NH4+ (ac) Están presentes las siguientes especies químicas: OH-(ac) Ion hidroxilo NH4+(ac) Ion amonio • •
2. ¿Que es el el fact factor or de compresi compresibil bilidad idad?? Una medida útil de la desviación de un gas del comportamiento del gas ideal la proporciona su factor de compresibilidad. El factor de compresibilidad de un gas es el cociente P V / n R T. A partir de la ecuación de los gases ideales (PV=n R T), vemos vemos que para un gas ideal ideal P V / n R T =1. Para un gas real, real, la proximidad proximidad del del cociente determinado experimentalmente es una medida del comportamiento ideal del gas. 3. Indique tres manómetros manómetros y tres tres termómetros termómetros con con sus características características respectivas respectivas TIPOS DE MANOMETROS Manómetro Bourdon •
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Instrumento mecánico de medición de presiones que emplea como elemento sensible un tubo metálico curvado o torcido, de sección transversal aplanada Un extremo del tubo esta cerrado, y la presión que se va a medir se aplica por el otro extremo. El movimiento del extremo libre (cerrado) mide la presión interior y provoca el movimiento de la aguja. El principio fundamental de que el movimiento del tubo es proporcional a la presión fue propuesto por el inventor francés Eugene Burdon en el siglo XIX. El elemento sensible del manómetro puede adoptar numerosas formas. Las más corrientes son las de tubo en C, espiral y helicoidal.
Manómetros de columna líquida: •
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Doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre las presiones de dos fluidos. El manómetro de columna de líquido es el patrón base para la medición de pequeñas diferencias de presión. Las dos variedades principales son el manómetro de tubo de vidrio, para la simple indicación de la diferencia de las presiones, y el manómetro de mercurio con recipiente metálico, utilizado para regular o registrar una diferencia de presión o una corriente de un líquido. Página 6
Laboratorio Nº 6 Manómetro de McLeod: •
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Modelo de instrumento utilizado para medir bajas presiones. También se llama vacuometro de McLeod. Se recoge un volumen conocido del gas cuya presión se ha de medir y se eleva en el nivel de fluido (normalmente mercurio) por medio de un embolo, por una elevación del deposito, con una pero de goma o inclinando el aparato. Al elevar más el nivel del mercurio el gas se comprime en el tubo capilar. De acuerdo con la Ley de Boyle, el gas comprimido ejerce ahora una presión suficiente suficiente para soportar una columna de mercurio lo bastante alta como para que pueda ser leída. Las lecturas son casi por completo independientes de la composición del gas. El manómetro de McLeod es sencillo y económico.
TIPOS DE TERMOMETROS Termómetros de gas •
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El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde - 27 °C hasta 1477 °C. Pero es más más compl complic icado ado,, por por lo que que se util utiliza iza más más bien bien como como un instru instrumen mento to normativo para la graduación de otros termómetros. El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura temperatura hay que medir, y se ajus ajusta ta ento entonc nces es la colu column mnaa de merc mercur urio io (man (manóm ómet etro ro)) que que está está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.
Pirómetros •
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El pirómetro de radiación se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito eléctrico. El piró piróme metr troo es el únic únicoo term termóm ómet etro ro que que pued puedee medi medirr temp temper erat atur uras as superiores a 1477 °C.
Termómetro de cinta bimetálica •
Este Este term termóm ómet etro ro cons consis iste te en una una cint cintaa hech hechaa de dos dos meta metale less de coeficientes coeficientes de dilatación térmica muy diferente, tales como el Invar I nvar y el latón, soldados cara con cara en toda su longitud. La cinta puede ser casi recta o puede formar una espiral para conseguir mayor sensibilidad. Una elevación de temperatura cambia la curvatura de la cinta, puesto que el Página 7
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latón aumenta más rápidamente en longitud que el Invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se mueve sobre una escala graduada en temperaturas o una pluma se mueve sobre una tarjeta movible para registrar la temperatura. temperatura. Las cintas bimetálicas se emplean para obrar sobre contactos eléctricos que controlan la temperatura de habitaciones, vacios de aire y hemos. Dentro del intervalo. La respuesta a los cambios de temperatura es casi lineal. Dentro del intervalo de temperaturas aceptado (no superior a 1500 C. cuando se emplea el latón, considerablemente superior cuando se emplea en lugar del latón una aleación de cromo y níquel), los errores inherentes a la cinta son insignificantes. Pueden ocasionarse errores apreciables en el enlace mecánico.
4. Hacer Hacer un resumen de aproxim aproximadam adamente ente 5 líneas líneas de la lectura lectura “La química química de los sistemas de bolsa de aire” Las bolsas de aire de los automóviles han salvado miles de vidas. Funciona de manera simple, simple, en el momento del del choque una bolsa bolsa de plástico plástico se infla con gas; gas; este gas debe tener tener ciertas ciertas caracte característ rísticas icas como no ser toxi toxico co y ser “frio”, “frio”, debe inflarse en un tiempo de 20 a 60 ms. El gas ideal para esto es el nitrógeno. Los ingenieros y los químicos después de trabajar con ciertas sustancias, consiguieron con la mezcla de estas sustancias el correcto funcionamiento de las bolsas de aire. BIBLIOGRAFÍA 1. Petrucci, Harwood; Química General; Editorial Prentice Hall 8ª edición, ISBN 84-205-3533-8 2. Whitten, Gurley, Davis; Químicas General; Editorial Mc Graw Hill 8ª edición 3. Brown, Brown, H.E. Le Le May Jr Química, la ciencia central Editorial Prentice Hall 8ª edición
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