“Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica”

Practica No.: 2

“Determinación del peso molecular”

Objetivo: Determinaremos el peso molecular de un gas con datos experimentales a partir de la ecuación general del estado gaseoso y la ecuación de Berthelot.

Consideraciones teóricas.

Ecuación general del estado gaseoso o del gas ideal.

Podemos combinar las tres expresiones (Boyle, Charles y Avogadro) a una sola ecuación maestra para el comportamiento de los gases:

Ley de Boyle: V ∝ 1P

(a n y T constantes)

Ley de Charles: V ∝ T (a n y P constantes)Ley de Avogadro: V ∝ n (a P y T constantes)

V ∝ nTP

V=R nTP

PV=nRT (1)

Donde R, es la constante de los gases. La ecuación (1), conocida como ecuación del gas ideal, explica la relación entre las cuatro variables P, V, T y n. Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen y temperatura se puede describir completamente con la ecuación del gas ideal. Las moléculas de un gas ideal no se atraen o se repelen entre sí, y su volumen es insignificante en comparación con el volumen del recipiente que lo contiene. Aunque en la naturaleza no existe un gas ideal, las discrepancias en el comportamiento de los gases reales en márgenes razonables de temperatura y presión no alteran sustancialmente los cálculos. Por tanto, podemos usar con seguridad la ecuación del gas ideal para resolver muchos problemas de gases.

Se han propuesto un gran número de ecuaciones que representan las relaciones P-V-T de los gases. Unas basadas en parte en consideraciones teóricas, mientras que otras son totalmente empíricas.

Ecuación de Berthelot

La expresión de esta ecuación para presiones elevadas es difícil de manipular. A presiones bajas se reduce a:

PV=nRT [1+ 9PTc128 PcT (1−6Tc2T 2 )] (2)

Donde P, V, R, T y n tienen el mismo significado que en la ley de los gases perfectos, y Pc y Tc son la presión y la temperatura critica. Esta ecuación es muy exacta cuando las presiones son próximas o menores de una atmósfera y es muy útil en el cálculo de los pesos moleculares a partir de las densidades.

Pesos moleculares de los gases.

Estos valores son esenciales para todo tipo de cálculos. Debe tenerse bien claro que, el análisis químico sólo resulta insuficiente para determinar el peso molecular de una sustancia, ya que señala simplemente a los elementos que forman parte de la composición de una molécula así como su proporción, pero no nos dice cuántos átomos de cada sustancia la constituyen. El análisis químico proporciona únicamente la composición y la fórmula empírica, mientras que las mediciones fisicoquímicas nos permiten establecer el peso molecular dándonos el factor por el cual debemos multiplicar la fórmula empírica a fin de obtener el peso molecular de la sustancia.Hasta el año de 1961 todos los pesos moleculares estaban basados en la elección arbitraria del oxígeno como tipo, cuyo peso atómico se fijaba en 16.0000, pero en la fecha mencionada, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada adoptó un nuevo sistema de pesos atómicos cuyo tipo de comparación es el isótopo más abundante del carbono, el C12, al que se asignó el peso 12.0000. Con ello el peso atómico y molecular del oxígeno cambia a los valores 15.9994 y 31.9988.

No es conveniente, ni necesario, medir bajo las condiciones normales de presión y temperatura. Por el contrario, puede hacerse en las que sea preciso y calcular el peso molecular desde ellas. La determinación de los pesos moleculares aproximados que junto con el análisis químico, son generalmente suficientes para poder establecer el peso molecular de la sustancia. Para este propósito empleamos la ley de los gases ideales. Si designamos por W al peso del gas bajo tal condición, entonces:

n=WM

PV=nRT=WMRT

M=WRTPV

(3)

Material: 1 Matraz balón de fondo plano de 500 cc

con tapón de hule bihoradado. 1 Tubo de vidrio de 20 a 35 cm de longitud,

cerrado en un extremo. 1 Codo de vidrio de 90° 2 Pipetas graduadas de 0 a 10 cc. 1 Mechero, anillo y tela c/asbesto. 1 Pinza doble para bureta. 1 Termómetro. 1 Microbotella. 1 Balanza digital. Tubería de hule. Algodón.

Reactivos: Cloroformo (CHCl3) Tetracloruro de Carbono (CCl4)

Desarrollo experimental

Procedimiento.1. -Monte al aparato como se muestra en la figura 1, introduzca un pedazo de algodón en el

fondo del tubo A para evitar que se rompa al dejar caer la microbotella que contiene la muestra.

2. Calentar a ebullición el agua contenida en el matraz (el nivel tocara ligeramente el tubo A) cuyo tapón deberá tener una salida para el vapor. Estando en ebullición, ponga el nivel del agua contenida en las pipetas de manera que el punto C indique cero. Esto se puede lograr subiendo o bajando una u otra pipeta.

3. Introduzca la micro botella abierta que contiene la muestra (de una a dos gotas, previamente pesadas) en el tubo A y conecte el codo B inmediatamente, presionando para evitar fugas. Procure hacer la operación lo más rápido posible.

4. Anote el máximo volumen desplazado en la pipeta C. esto será cundo todo el líquido en la micro botella haya pasado al estado gaseoso.

5. Quite la manguera que une a B con C y tome la temperatura del espacio libre en la pipeta C.

Cuestionario

Datos: PT = 585 mmHg. w Inicial=2.060 g w Final =2.190 g w= w Final - w Inicial

Pgas=PT – PVH2O

R= 0.08205atm Lmol k

P vapor de agua (mmHg) T(°C)26.8 2728.3 2830.1 2931.8 3033.7 3135.7 3237.7 3339.9 34

1.1 Resultados experimentales obtenidos

M Muestra 0.13 gT 302 kV Desplazado 0.8 ml

1.2 Calculo del peso molecular del CHCl3 considerando el comportamiento ideal

PT = 585 mmHg[ 1atm760mmHg ]=0.7697atm

PVH2O = 30.1 mmHg[ 1atm760mmHg ]=0.0396atm

Pgas= 0.7301 amtT=°C => 302 k V= 0.8 ml => V= 0.0008 L

PM=wRTPV

PM=(0.13 g)(0.08205 atm L

mol K)(302k )

(0.7301atm)(0.0008 L)=5515.14 g/mol

1.3 Peso molecular a partir de los pesos atómicos del CHCl3

CHCl3

C= 12.011 g/mol H=1.0079 g/mol Cl=35.453 g/mol PM= PMC + PMH + 3 PMCl

PM=119.3779 g/mol

1.4 Peso molecular con la ecuación de Berthelot

Tc= 536.3 k Pc=53.79 atm

PM=wRTPV [1+ 9 PTc

128 PcT (1−6Tc2T 2 )] PM CHCL3=5515.14

gmol [1+ 9 (0.7301atm)(536.3k )

128 (53.79atm)(302k) (1−6 (536.3k )2

302k2 )] = 5347.62 gmol

2 Datos: PT = 585 mmHg. w Inicial=2.060 g w Final =2.335 g w= w Final - w Inicial

Pgas=PT – PVH2O

R= 0.08205atm Lmol k

Resultados experimentales obtenidos

M Muestra 0.175 gT 302 kV Desplazado 1.2 ml

2.1 Calculo del peso molecular del CCl4 considerando el comportamiento ideal

PT = 585 mmHg[ 1atm760mmHg ]=0.7697atm

PVH2O = 30.1 mmHg [ 1atm760mmHg ]=0.0396atm

Pgas= 0.7301 amtT=29°C => 302 k V= 1.2ml => V=0.0012 L

PM=wRTPV

PM=(0.175 g)(0.08205 atm L

mol K)(302k )

(0.7301atm)(0.0012 L)=4949.48 g/mol

2.3 Peso molecular a partir de los pesos atómicos del CCl4

CCl4

C= 12.011 g/mol Cl=35.453 g/mol PM= PMC + 4 PMCl

PM=153.823 g/mol

2.4 Peso molecular con la ecuación de Berthelot

Tc= 532.6k Pc=39.48 atm

PM=wRTPV [1+ 9 PTc

128 PcT (1−6Tc2T 2 )] PM CCl4=4949.48

gmol [1+ 9(0.7301atm)(532.6k )

128(39.48atm)(302k ) (1−6(532.6 k)2

302k 2 )] = 4749.72 gmol

5 ¿En el cálculo se hizo alguna corrección a la presión?, ¿Por qué se hace esta corrección?La presión considerada no solo es la presión que existe en el DF, para ser más exacto se tomó en cuenta la presión ejercida por el vapor del agua, restando esta ala presión total, para tomar en cuenta solo la presión ejercida por el gas experimental.

6. - Entre el peso molecular obtenido considerando comportamiento ideal y con la ecuación de Berthelot, ¿Cuál fue el más próximo al calculado por los pesos atómicos? La ecuación de Bertheloth es más precisa por considerar algunas condiciones que la ecuación de los gases ideales ignora, por lo que el margen de error de la ecuación de Berthelot es mínimo.

Bibliografía

Fundamentos de Fisicoquímica, Samuel H. Maron, Carl F. Prutton, pag 15-21.

Fisicoquímica, Castellan, pag 8-12.

Química 10ª edición, Chang, pag 182-186.