DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DE UN LIQUIDO VOLATIL (ETANOL) RESUMEN Se determino el peso molecular del etanol en el laboratorio por medio de la aplicación del método dumas, que consiste en pesar un sistema formado por un matraz erlenmeyer tapado con papel aluminio con un orificio sostenido sostenido por una liga y una etiqueta pegada a un costado, se inyecta 1 ml de etanol al matraz erlenmeryer y se evapora en un baño baño maría, al dejar de salir vapor por el orificio se tapa con una etiqueta, se deja enfriar y se pesa de nuevo el sistema, se obtiene la masa al restar la masa final con con la masa inicial, se obtuvo obtuvo la presión de con un un barómetro de torriceli hecho con un vidrio graduado de 850mm lleno de mercurio invertido en una capsula de porcelana lleno de mercurio y el volumen se obtuvo calibrando un matraz erlenmeyer de 125 ml es decir viendo por medio de una bureta de 50 ml con cuanta cantidad se agua se llenaba por completo, los datos obtenidos se sustituyeron en la ley de gases ideales y se obtuvo el peso molecular. Se observo que en 2 de los tres días en que se llevo a cabo el experimento, el peso molecular del día 1 y 3 fueron semejantes o relativamente cercanas, cercanas, mientras que el día 2 hubo una equivocación al no colocar la etiqueta para tapar el orificio por donde salía el vapor del etanol por lo que hubo un escape del gas de etanol y obviamente la medición fue incorrecta. En conclusión si se logro determinar el peso molecular molecular del etanol en los tres días. INTRODUCCIÓN Para comenzar definiremos algunos términos relevantes para comprender mejor el experimento: El peso molecular también llamado masa molecular es el peso de todos los átomos de una sustancia, se obtiene como suma de todas las masas de los átomos que intervienen en la formula molecular de una sustancia. Puede determinarse mediante la ley de los gases ideales. Líquido volátil es aquel que se evapora fácilmente por tener bajo punto de ebullición y una presión de vapor alta a temperatura ambiente, estas principales principales características permite permite que forme un gas que tiende a comportarse como un gas ideal. Vapor es un gas. El término se utiliza habitualmente para designar un gas que que se ha formado, o se está formando a partir de un líquido. Presión de vapores la presión en la que, para una temperatura determinada, la fase liquida y vapor se encuentran en equilibrio. También se puede definir como la tendencia escapista que tienen las moléculas del estado líquido al gaseoso y esta aumenta con la temperatura. Volatilidad es la relativa facilidad o dificultad de evaporación y la evaporación es cuando se escapan las moléculas de un líquido que está a cualquier temperatura inferior a su temperatura de ebullición. El punto de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa, en otras palabras es la temperatura en la que comienza en un liquido a aparecer burbujas
de gas en toda su masa y punto de fusión es la temperatura a la cual sus fases solida y liquidas coexisten en equilibrio El calor específico es la cantidad de calor que debe suministrarse a la masa establecida de líquido para elevar su temperatura a un grado Celsius, mientras que el calor de vaporación es la cantidad de calor que debe suministrarse a una mol de liquido en su punto de ebullición para convertirlo en vapor sin cambio de temperatura. LAS CARACTERÍSTICAS DE UN LÍQUIDO VOLÁTIL En descripción macroscópica son la fluidez; ya que este cerca de un hueco puede moverse hacia él, el sitio vacante puede ser ocupado por otra molécula y así sucesivamente. Se adapta a la forma del recipiente que lo contenga y tiene un volumen fijo en líquido ya que las moléculas están más sujetas por las fuerzas intermoleculares que siendo un gas. Tiene poca viscosidad que es la resistencia de un liquido a fluir, cuanto más grande es la fuerza de atracción intermolecular, tanto más viscoso será el liquido. En descripción microscópica entra la tensión superficial que es la energía requerida para aumentar el área superficial de un líquido en una unidad de área, fuerzas de cohesión que son fuerzas intermoleculares que unen moléculas similares unas a otras y fuerzas de adición que son fuerzas intermoleculares que unen una sustancia a una superficie. También está la capilaridad que se presenta cuando un extremo de un tubo capilar, se sumerge en un liquido si la fuerza de adhesión supera a la fuerza de cohesión, el liquido asciende por las paredes del tubo hasta alcanzar un equilibrio entre la fuerza de adhesión y el peso del liquido y cuanto más pequeño sea el diámetro del capilar, el liquido asciende a más altura. Tiene solubilidad que es la cantidad del compuesto que se disuelve en un volumen especificado de solución y la densidad que es la porción de la masa de un objeto a su volumen. Es decir la relación directamente proporcional entre la masa y el volumen de la muestra. METODOS PARA DETERMINAR EL PESO MOLECULAR Método Regnaul: Se usa para sustancias gaseosas a la temperatura ambiente. En esta se utiliza un matraz de vidrio provisto de llave, se evacua y pesa, llenándolo a continuación con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presión, procediéndolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen con los datos así obtenidos, se deduce el peso molecular buscado mediante la ecuación. M= DRT/P Método Dumas: Determina el peso molecular en fase de vapor de los líquidos muy volátiles. Se toma un bulbo de forma retorta prevista de papel aluminio con un pequeño orificio y se pesa primero lleno de aire. Se coloca una pequeña cantidad del líquido volátil y después se sumerge en un baño María cuya temperatura es superior al punto de ebullición de ese líquido. Se hierve hasta que los vapores formados expulsan el aire del matraz y la vaporización es completa; entonces se
sella el bulbo, se enfría a la temperatura ambiente y se pesa. El volumen se determina con una bureta, la presión del vapor es la atmosférica y la temperatura la del baño María. Método Meyer: se utiliza para las densidades de vapor. Se mide la masa en gramos de la sustancia en su fase gaseosa, que llamaremos masa de muestra. Se mide la presión. Volumen y temperatura del gas que se obtiene como en el método Dumas solo que al integrar la sustancia al matraz a este se dejar caer en una ampolleta. Se calcula el peso molecular con los datos obtenidos modificando la ley de gas ideal. LEY DE LOS GASES IDEALES Algunas de los antecedentes que permitieron la creación de la ley de gases que conocemos son: Ley de Boyle: En una masa dada de gas, la presión es inversamente proporcional al volumen, si la temperatura es constante. PV=C Ley de Charles: A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura. V/T=C Ley de Gay Lussac: Si el volumen permanece constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura. P/T= C Ley de los gases ideales: La presión que ejerce un gas es proporcional al número de colisiones de las moléculas del gas por unidad de superficie de las paredes de la vasija que lo contienen. Si el volumen y la temperatura se mantienen constantes, el número de colisiones que se producen por unidad de superficie es un tiempo dado depende de número de moléculas. Ello quiere decir que la presión es proporcional al número de moléculas. P =C (para V y T constantes) n Combinando las relaciones se obtiene la ecuación PV=nRT donde R es una constante denominada constante de los gases. Si la presión se expresa en atmosferas, el volumen en litros y la temperatura en Kelvin, el valor de R es de 0.0821 atm* L/mol K. Prácticamente todos los gases la cumplen, si no estrictamente, si de forma bastante aproximada. Para poder calcular la masa molecular se modifica se conoce que número de moles es: n = m/ PM
PM= mRT/ PV
FACTORES Presión: es la fuerza ejercida por unidad de área. En los gases esta fuerza actúa en forma uniforme sobre todas las partes del compuesto. Mientras más presión genera más peso.
Temperatura: Es una medida de la intensidad de calor, y el calor a su vez es una forma de energía que podemos medir en unidades de calorías. La temperatura de los gases se expresa en grados kelvin. Volumen: Es el espacio ocupado por un cuerpo, depende del recipiente que lo contiene se expande y se comprime, de manera que ocupa el volumen del recipiente (gas). Entonces con la información antes expresada se pude decir que si un gas que proviene de un líquido volátil tiende a comportarse como un gas ideal por poseer alta presión de vapor y bajo punto de ebullición entonces se podrá determinar el peso molecular del etanol al evaporarlo mediante el método Dumas y obteniendo la presión atmosférica, volumen, temperatura de ebullición y masa del gas del etanol en el laboratorio para posteriormente sustituir los datos en la ley del gas ideal. Nuestro objetivo será determinar el peso molecular del etanol mediante el método Dumas y la ley de los gases ideales. METODO Las variables que se tuvieron fueron las siguientes: Independientes: presión, temperatura, volumen y masa del gas. Dependiente: peso molecular. Todos los procedimientos llevados a cabo se realizaron utilizando guantes de látex para no contaminar el experimento. Se midió la presión atmosférica por medio de un barómetro de Torricel. El barómetro se formo con un tubo de vidrio graduado de 850 mm de altura, cerrado por un extremo y abierto del otro. Posteriormente el tubo se lleno de mercurio completamente por medio de una jeringa de 5 mL, evitando que quedaran burbujas de aire, se vertió el tubo en una capsula de porcelana llena de mercurio, tapando el extremo abierto con un dedo y retirándolo solo hasta que el tubo toco el fondo de la capsula. El nivel de mercurio en el tubo bajo hasta la altura en la que la columna de mercurio igualo la presión atmosférica, dejo un vacio casi perfecto en la parte superior del tubo, la lectura se hizo en ese momento. El volumen se obtuvo llenando completamente un matraz erlenmeyer de 50 mL con agua por medio de una bureta de 50 mL sostenida en un soporte universal con una pinza de tres dedos. Se lleno un vaso precipitado de 250 mL con 200 mL de agua, se coloco sobre una parrilla de calentamiento y se sumergió un termómetro de inmersión parcial en este sosteniéndolo con unas pinzas de doble presión a un soporte universal. Se cubrió con papel aluminio y una liga la parte superior del matraz erlenmeyer de 50ml, se pego una etiqueta de 1x2cm en un costado del matraz y se peso el sistema en una balanza analítica. Se
midió 1 mL de etanol absoluto en una jeringa de 5 mL y se inyecto atraves del papel aluminio al matraz erlenmeyer. Posteriormente se quito la etiqueta colocándola a la mano para ocuparla después y se coloco el matraz erlenmeyer dentro del vaso precipitado con la ayuda del soporte universal y unas pinzas de tres dedos con nuez, verificando que el matraz no tocara el vaso de precipitado y que estuviera sumergido casi en su totalidad sin que el aluminio tocase el agua. Se elevo al máximo el calor de la parrilla hasta que el termómetro marco a una temperatura de 80°C, en ese instante se redujo al mínimo sin llegar a apagar la parrilla y con un vidrio de reloj se verifico la salida del vapor del etanol por el orificio antes creado en el aluminio, cuando no salió mas el vapor se apago la parrilla y se anoto la temperatura, se retiro el sistema e inmediatamente se tapo el orificio con la etiqueta. A continuación se enfrió el sistema vertiéndole etanol alrededor sin llegar a tocar el aluminio por medio de una piseta de 250 mL, se seco con un paño y se dejo enfriar completamente aproximadamente 15 minutos. Nuevamente se peso el sistema en la balanza analítica y se anoto el peso. RESULTADOS
Presión atmosférica de un centro meteorólogo Presión atmosférica del barómetro Volumen del matraz erlenmeyer
Valor obtenido 1005.3mb 567 mm Hg 58.5 mL
Valor convertido 0.99atm 0.74 atm 0.585L
Temperatura
92 °C
365.15 k°
( ) Día 1
Masa 1 del sistema Masa 2 del sistema Masa del etanol
41.6410g 41.7573g 0.1157g
Dia2 Masa 1 del sistema Masa 2 del sistema Masa del etanol
41.6254g 41.6759g 0.0505g
Día 3 Temperatura Masa 1 del sistema Masa 2 del sistema Masa del etanol
91 °C 41.6247g 41.7288g 0.1041g
364.15k°
Observaciones Se observa que el segundo día hubo una gran diferencia de peso molecular comparándolo con el día 1 y 3, la temperatura vario un grado los tres días, el peso molecular del día 1 y 2 fue relativamente cercano y con la presión del centro meteorológico se acerco mas al peso molecular de un gas real.
DISCUSIÓN Comparando los resultados de los tres días se puede decir que fue reproducible el experimento ya que el primer y tercer día se obtuvo un peso molecular semejante, mientras que el segundo día se obtuvo un peso molecular menor, esto sucedió por no colocar la etiqueta después de que se evaporase todo el etanol por lo que hubo una fuga del gas de etanol constante y al transcurrir el
tiempo el condensado de etanol se redujo y al momento de hacer la pesada del sistema la masa del etanol fue poca a comparación de los otros días. Si el matraz erlenmeyer se hubiese colocado de tal forma que el aluminio tocara el agua lo que se obtendría es que el agua se traspasara al matraz o que el vapor del agua se condesara e impregnara en el aluminio, por lo que cualquiera de los anteriores casos se modificaría la pesada de la masa del etanol. Otra posible explicación del la diferencia de peso molecular del día 1 y 3 de la experimentación es que las balanzas analíticas estuvieran mal calibradas o haya intervenido factores externos que modificaran la precisión de la balanza como vibraciones en el lugar de la pesada o que el lugar en donde estaba colocada la balanza hubiera corrientes de aire. La temperatura vario de un centígrado los tres días esto pudo haber sido ocasionado por una mala calibración del termómetro utilizado cada día o no haber sumergido hasta la marca indicada del termómetro en el agua , de igual forma la temperatura que se obtiene del agua del baño maría no es realmente la temperatura que está dentro del matraz, sin embargo el colocar el termómetro dentro del matraz se modificaría el volumen por lo que es más preciso dejar el termómetro en el agua del baño maría. La presión que se obtuvo con el barómetro de torrinceli no es realmente la presión que esta ejercida dentro del matraz erlenmeyer sin embargo al tratar de medir la presión adentro del matraz de podría modificar el volumen o podría haber escape de vapor de etanol por lo que es más conveniente dejarlo de esta forma. Si se pesaba el sistema sin haberlo deja enfriar en su totalidad esto hubiera modificado el peso molecular ya que aun no se hubiera condensado completamente el etanol por lo que al momento de estar pesando Si en lugar de vidrio de reloj se hubiera utilizado un espejo para la verificación de la salida del vapor de etanol lo que hubiera ocurrido es que al estar quitando y colocando de nuevo el espejo para verificar que ya no saliera vapor se hubiera tardado cierto tiempo de observación por lo que no están preciso como con el vidrio de reloj que es una observación constante. Si se hubiera modificado solamente la cantidad de etanol que se introdujo en el matraz erlenmeyer es decir en vez de 1 mL se le hubiera agregado mas esto no afectaría a la pesada ya que el excedente de vapor hubiera escapado del matraz. CONCLUSIÓN Si se pudo determinar el peso molecular de un líquido volátil en este caso el etanol, solo que el peso molecular del segundo día fue menor por la equivocación de no haber colocado la etiqueta después de haberse evaporado todo el etanol por lo que se recomienda tener a la mano la etiqueta y estar muy atentos en todo el procedimiento, se recomienda que se verifique que el
lugar donde se haga la pesada no haya corrientes de aire o algún tipo de factores que modificaran la pesada como vibraciones. También que se verifique constantemente con el vidrio de reloj la salida del vapor del etanol ya que de no hacerlo podrá haber fugas del gas de etanol y reducir nuestro condensado, de igual forma que la etiqueta sea colocada inmediatamente después de que se haya evaporado completamente el etanol en el orificio del aluminio y que se pese el sistema después de dejar enfriar totalmente el matraz erlenmeyer. BIBLIOGRAFIA Alfa nauta, “química temática”, edit. Reverte, España, 1997, p.p 180 -182 a
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