III

GASES

EXPERIMENTOS

1. Termometría de gases 2. Densidad de vapor y peso molecular 3. Efecto de Joule-Thomson 4. Razón de capacidades térmicas en gases

Experimento 1. Termometría de gases

en atributo fundamental de la temperatura es que para cualquier cuerpo en estado de equilibrio, la temperatura puede expresarse por un número en una (,cala de temperaturas que se define sin r~ferencia par­ticular a ese cuerpo. .'La aplicabilidad de una escala universal de tempe­raturas a todos los cuerpos físicos en equilibrio es consecuencia de una le)" empírica (llamada "ley cero de la termodinámica"), según la cual, si un cuerpo está en rquilibrio térmico separadamente con cada uno de otros dos cuerpos, estos dos están también en equilibrio térmico el uno cun el otro.

Una escala de temperaturas puede ser definida en tal forma que cada temperatura ohteniblc trnga un valor numérico único. l.'na escala de tem­peraturas puede ddinil~e en un cierto intervalo por las lecturas lk un termómetro, el cual fS un cuerpo dotado de alguna propiedad mensurable que es, para fines pIácticos, función sólo de la trmperatura. El volumen específico de un fluido, la resistencia eléctrica de un metal y el potencial termoeléctrico rn la unión de un par de metales diferentes son las propie­dades frecuentemente empleadas. Dado que estas propiedades pued('n ser medidas mucho más fácil y precisamente sobre una base rdativa que sobre base absoluta, es conveniente basar una ('scala de temperaturas sobre ciertos "puntos fijos" reproducibles, definidos jJor sistemas cuyas temperaturas se

48

l. TERMüMETRL\ DE G.-\SF.S 19

han fijado por la Naturaleza. Ejemplu de ésta, son el punto triple del agua (la temperatura en que el hielo, el agua líquida ~: el vapor de agua coexisten en equilibrio) y los puntos de fusión y de ebullirión di' \'arias suhst,mcias puras a la presión de 1 atm. ena. ve:~ que la temperatura ha. sido fijarla en uho o más puntos, las temperaturas en otros puntos que est;'m dentro de los límites del termómetro pueden ser definidas en términos del valor de la pro­piedad física considerada. Así, el tcrmómetr0 sirve como instrumento de interpolación entre dos o más puntos fijos.

En la familiar escala c'~ntígrada. de tempfratura los dos puntos fijos son el "punto del hielo" (la temperatura en que el hiclo y el agua saturada de aire están en equilibrio a la presión total de 1 atm.· , al que se asigna el \'alor de 0° C. y el "punto de vapor" (la temperatura en que el agua pura y el vapor de agua están en equilibrio a la presión de 1 atm.), al que se da el valor de 100° C. Un termómetro de mercurio, ron diámetro interior capilar

uniforme, se marca a 0° y a 100° sobre el ta.lIo capilar, y el intervalo entre estos puntos fijos se marca en 100 subdivisiones iguales. Es importante saber que la escala así definida no es idéntica a la definida similarmente con alcohol (por ejemplo) como líquido termométrico; en general, los dos termómetros darán diferentfs lecturas a una misma temperatura.

Así, una propiedad física de cualquier substancia arbitrariamente es­pecificada parece definir una escala de tenlperaturas un tanto arbitraria. Parece claramente preferible definir la temperatura sobre la base de una ley fundamental. A mediados del siglo XIX, Clausius y Kelvin establecieron la segunda ley de la termodinámica y propusieron la escala termodinámica de temj;eratuTa, la. cual está basada en esta ley.' Esta escala está fija en su

extremo inferior, el cero absoluto de temperatura, y se debe especificar un factor escalar, correspondiente al tamaño de un grado, para completar la definición de la escala. Esto se puede lograr especificando el valor nu­mérico de la temperatura de un punto fijo reproducible o la amplitud numérica del intervalo entre dos puntos fijos. Kelvill adoptó el segundo

procedimiento a fin de hacer coincidir el grado con el grado centígrado (medio .. As!, experiliwntalmente se halló que el intenaJo cntr.:. el punto de hielo y el punto de vapor es aproximadamente 273.15". Sin embargo, por reciente acuerdo internacional 119-+8, 195+ , este primer procedimirn to fue substituido. El punto triple del ag-ua pura Se' ddine ahora exacta­mente como 273.16" K. :graclos Kehm y eXélct..¡mel'c, como 0.01 v (" (gra­dos Celsius). La relación de la temperatura. C.dsius a',tes centíg;rada ,él la temperatura Kelvin :absoluta; T es .;.­

* Las diferencias entre la l';c'ala ori:;inal " L. nueya escala Kelvin ;' cntr~ la antigua centígrada y la llUc-:a escalu. Celsius termodinámica sun pequcñas ' dd ordcn de 10- 3 grados) y de importancia únicamente para mediciones refinadas.

Experimentos de fisicoquímica.-4.

50 GASES

T 2;31:') 11

Hay dificultades prácticas para hacer d¡;tcn~linaciones mu~: prccisa< de la temperatura con la escala tnmudinámio:a; la precisión de las técnicas termomf.tricas más rAin"das excedr considerablemente la exactitud con la que puede relacionar'e la escala termométrica experimental con la escala termodinámica. Por esta razón se ha idrado una escala práctica, la (í­

cala internacioilal dr ¿emperaturas, con varios puntos fijos y con fórmu­las de interpelación basadas en termómetros prácticos :por ejemplo, el termómetro de resistencia de platino entre 182.97 y 630.5" c.:. Se ha ideado esta escala dp modo que corresponda lo más justamente posihk con la escala termodinámica, pero yue permita mayor precisión en las mediciones de temperatura. En el Capítulo XVI se dan más detalles sobre esta escala.

METüDü

El establecimiento de la escala internacional de temperaturas ha re­

querido que las temperaturas termodinámicas de los puntos fijos sean deter­minadas con tanta exactitud como sea posible. Para este objeto se ha necesitado un instrumento que mida preferentempnte la temperatura ter­modinámica y que nQ dependa de ninguna substancia termom~trica particu­lar. Por otro lado, como sólo se necesita para unas pocas mediciones su­mamente exactas, no es necesario que el instrumento ofrezca la comodidad de manejo que tienen los termómetros de resistencia, los termómetros de mercurio y los termopares. El instrumente que ha llenado esta necpsidad es el termómetro de gases. Está basado en la ley de los ga<es perfectos, expresada por

pV:· .VRT (2:

donde N es el número de moles, R es la constante universal ;' T la tem­peratura del "gas perfecto". Las densidades de los gases conllmes causan desviaciones de la ley de: los gilSPS perfectos, pero rsta es exacta en el límite de densidad ((~ro, en donde es aplicable a todos los gases. Se puede de­mostrar por termodinámica que la "escala rle tf'mpf'raLUras de gas perfecto" definida por la ecuación (2 f'S iMntica a la escala t('rmodinámica de tenlperaturas -'/,- definida según la segunda ley de la teml0dinálJ1ica.

... Las propicdadp.~ de gas perfecto, requeridas para esta identidad, son: 1; que

el gas cumpla la ley d,. Büyk: PV ' - f T.' y 2; que la pnergía intnn" por mol sea

función únicamente de la temperatura: E g'T'.

TERMü?",lETRIA i:'E GASES ;-)1

Las mediciones de termometría de gas~s ,>, haul\ con un !Zas real a presiones ordinarias. T,ue~o se calculan las clesviaclOnes n'spcct~ al com­portamiento de un gas pufecto y se comiertcn los valores medicJos fJV a valorrs J! T: de "gas perfecto". Para este fin se usa una ecuación virial de

estado de un g,dS real:

pfí B (; , 3_._-+ ~ --- :.- 1 .

Rj' TI 112

donde B, e, .,. son los coefiei,·ntc-: viriale~ segundo, tercero, Y Tí rs el volumen molal dd g-as a p y T. A presiones ordinarias, la serie converge

rápidamente, Y para muchos fines se puedrn despreciar los términos que estén más allá del qUf' contiene él B. Se conocen los coeficientes viriales segundo \y en algunos casos tercero y cuarto' dentro de amplios límites de temperatura, drterminados por mediciones de compresibilidad de gases; estos valores de B son útiles para correg-ir las lerturas de los termómetros de gas. Para el establecimiento de la escala internacional de temperaturas han sen-ido las mediciones hechas con el termómetro de helio. Parte del trabajo m:ts importante ha sido realizado por Beattic y sus colaboradores.

2

El método más preciso de termometría de gases es el método de volu­men constante, en c:l cual una cantidad definida del gas está confinada en un bulbo de volumen V constante, a la temperatura T, que debe ser deter­

minada, y se mide la presión p del gas. Sin embargo, surge un problema en la medición de la presión con un manómetro de mercurio a la tempera­tura ambiente, y es la comunicación entre el bulbo y el manómetro. Esta se logra conectando el bulbo a la parte del sistema que está a temperatura ambiente por medio de un tubo muy delgado y dejando que una parte del gas ocupe un "espacio muerto" de volumen constante, relativamente peque­ño, también a la temperatura ambirnte. Entonces se iguala la presión en el sistema manométrico a la presión del gas en este rspacío muerto mediantc un instrumrnto de lectura cero, representarlo en el aparato del presente

experimento por un manómetro de cero.

TEORIA

El número ,V ue moles dr gas en el bulbo de volumen V a la tempera­tura T y en el espacio muerto de volumen ¡. a temperatura ambiente es

constante.. \plicando la ley d<.: los gases perfectos, tenemos:

pV p" (4)RT + --¡[T,. ~. N

53 52 G.\SES

donde T r es la temperatura ambiente. La pequeña ,¿ona de gradiente de temperatura significativo que existe entre el bulbo y el espacio muerlo se substituye, sin error apreciable, por una di'.isión definida entre dos tcm­peraturas uniformes T y ] ·r. Como el segundo término es p~queño, en comparación con el primero, introducimos solamente un pequeño error \ r-' 0.05 por ciento con el presente aparato al hacf'r la :,ubstitución

T' - )),1' (5. P

donde jh es la presión medida en el manómetro cuando el bulbo está a la temperatura ambiente. Entonces obtenemos

kJ~(l; j~~ )_: N (6)

Como solamente la presión se mide directamente, el volumen JI permanecerá constante o variará en forma conocida con la temperatura (y la presión:i. Si a es el coeficiente de dilatación térmica lineal de la substancia de que está construido el bulbo, el coeficiente de dilatación cúbica es 3a. Si éste se considera constante con la temperatura podemos escribir

pVo ( pu ). r--¡ti! 1 T PTJ~- -;- 3at - J\ (7;

donde Vo es el volumen del bulbo a Oc Celsius y t es la temperatura Celsius del bulbo del termómetro de gas. Para un trabajo muy preciso se deben tomar en consideración otras variables, entre ellas el efecto que tiene en el volumen del bulbo la diferencia entre la presión interna y la externa. Para la precisión de este experimento, este efecto de la presión no tiene importancia.

Finalmente, si para compensar las imperfecciones del gas incluimos el segundo término viriéil, podemos escribir

pVo (-RT

puJ+-­prV

3at ~ ). .'y' (8)

donde

N Po --~- (9~

V V R'j'..

y po y Tu son los valores de p y T: por ejemplo, en el punto de hielo. Las ecuaciones anteriores contienen aproximaciones que son aceptables

para el presente experimento. Para un trabajo preciso, "l; n-quiere Z un tratamiento mucho más detallado.

1. TERMOMETRIA DE GASES

PRACTICA DEL EXPERIMENTO

El objeto del experimento descrito abajo es montar un termómetro de gas, graduarlo al punto de hielo (en lugar del punto triple, experimental­mente más difícil) y usarlo para determinar la temperatura de uno o más puntos fijos. Estos pueden ser el punto de vapor, el punto de ebullición del nitrógeno líquido (en lugar de oxígeno líquido, el cual f'S más difícil de obtener y más arriesgado de usar), la temperatura de sublimación del dióxi­do de carbono sólido (hielo seco): la temperatura de transición dfd decahi-

FIG. l. Aparato para termometría de gases.

- Tubo capilar de acero Ino;Kidable

(aguja hipodérmica)

Latón o aluminiO

Cemento epoxi .t:..---rfr=..J~

Copilar de vidrio

d

~$Ar,.~ Manómetro deBaño de Generador

compensQción tubo cerradohielo dE' 'Vopor

drato del sulfato de sodio a monohidrato v solución saturada, etc. El experimento debe realizarse con ur; aparato semejante a un termómetro de gases experimental, pero mucho más st>ncil1o y algo menos preciso

(fig. 1). Bulbo del termómetro de gases. a. Es un bulbo de vidrio Pyrex con un

volumen V, de unos 100 mI, unido a un capilar de \idrio que pasa a través " de un tapón grande de caucho. El extremo superior de este capilar está

conectado mediante un trozo de tubo capilar de acero inoxidable al manó­

metro de lectura cero.

54 G.\SES

Manólllrtro de cero h. (:uando la supfTficie dd 1Il('rcurio está al mismo nivel en las dos ramas, la presión de] bulbo es j~'ual a ]a dd [('sto del sistema. incluyendo el manómetro d; auemás, el volumen v del "espacio muerto" tiene ('¡¡tonc('s un valor fijo, que es el volumen del gas a la tem­peratura Ti rntre la parte :iuperior dd bulbo y el mercurio en la rama izquierda. La parte sllperior de cada rama r.s un lar2,'o tu ha capilar. Este diseño evita pCrclida de mercurio en d ,a:iO accidental de una diferencia gTande de presión en el manómetro cero. Las dos r<Jmas están conectadas en la parte <uperior por Ulla llave capilar, la cual puede abrirse para ad­mitir o eliminar gas del bulbo. Durante las mediciones, esta llave se Conser­va cerrada y la cantidad de gas en el bulbo y espacio muerto es fijada.

Bulbo de compensación c. Este es un bulbo de gran volumen (al menos cinco litros para pequeños ajustes de presión mediante la adición o eli­minación de pequeñas cantidades de gas o de aire a través de la llave

de tres vías del fondo. e no de los dos tubos inferiores de esta llave se conecta a la fuente del gas (o al aire del ambiente;; el otro está conec­tado a una línea de vacío del laboratorio, a un aspirador o a una bomba de vacío.

Manómetro de mercurio de tubo cerrado d. Este es el instrumento para las mediciones de presión del gas en este experimento. El espacio en el brazo cerrado está vacío; así la diferencia entre los dos niveles de mer­curio es una medida directa de la presión del gas en el otro brazo. Para un trabajo preciso, se debe determinar la temperatura del manómetro y se

corrigen a 0° las lecturas manométricas por la diferencia de dilatación

del mercurio y de la escala; sin enlbargo, en este experimento, si la tem­peratura ambiente es razonablemente constante, las correcciones se anulan finalmente y pueden omitirse.

El bulbo del termómetro de gas se llena primero con el gas que va a usarse. preferiblemente hFlio o nitrógeno ,:exentos de vapor de agua:'. Con la llave del manómetro de cero abierta, todo el sistema es evacuado y

en tonces se llena con el gas a la presión deseada. Si no es posible la evacua­ción completa (como OCurre si se usa un aspirador o la línea de vacío del laboratorio:, el llenado se debr hacer varias veces, con un rFtardo de uno

a dos minutos entre cada repetición para dejar que haya mezcla por difu­sión. Cuando el bulbo ha sido llenado con el gas, a la presión deseada, se

cierra la lJave del manómetro de cero. Después de este punto se puede dejar que el gas o el ain, entrell en el bulbo de compensación y en el manómetro. Al medir una temperatura Con el termómetro, se extrae el gas

o el aire del bulbo de compensación o se admiten en él, hasta que el manó­metro de cero quedtc equilibrado. Cuando e~ evidente este equilibrio, se leen y registran los niv<.:1es de] manómetro de tubo cerrado. Conviene

1. TERMOMETRIA DE GASES 55

tomar cuatro lecturas llevando alternati"alllE'nte la presión al cero de~de

arriba y desde abajo. Procedimiento. Monte el aparato corno SE' indica en la figura 1. Ase­

gúres(' que la llave del manómetro de cero está convenientemente ene;ra­sada. EntoncFs, llene el aparato con el gas corno se describe arriba. En el • llenado filial, ajuste la presión a unos 60 CIIl de mercurio, y después de uno o dos rninutos cierre la llave del manómetro dr. ccro. Cuando el nivel se' ha e~tabilizado, haga una lectura con el bulbo a la temperatura ambiente. La diferencia entre los dos niveles manométricos es entonces la presión dd gas en el bulbo a la temperatura del laboratorio, pro

Para comprobar las posibles fugas, es aconsejable restablecer la presión atmosférica en el bulbo de compensación durante diez o quince minutos, y entonces se reduce la presión para reequilibrar el manómetro de cero. Si fJ, ha aumentado en forma significativa se puede sospechar que existe una fuga.

Punto de hielo. En el frasco de Dewar se prepara una papilla de hielo limpio finamente rallado yagua destilada. La mezcla ha de ser suficiente­mente fluida para que el bulbo del termómetro de gas descienda hasta su sitio y que funcione un agitador de anillo, metálico, pero debe tener sufi­ciente hielo para mantener el equilibrio de las dos fases sobre la superficie total del bulbo. Monte el bulbo en su lugar y comience a agitar la mezcla, moviendo lentamente el agitador hacia arriba y hacia abajo desde la parte superior hasta el fondo mismo del frasco de Dewar. )lo fuerce el agitador, pues el bulbo y su tallo capilar son frágiles. Despu~s que se ha logrado el equilibrio, tome las lecturas de presión en el punto de hielo y registre po.

Punto de vapor. En tanto que se hacen las lecturas del punto de hielo, se debe calentar a ebullición el agua del generador de vapor. Cuando está listo el bulbo del termómetro de gas se debe colocar en posición en la camisa de vapor, de modo que no toque las paredes en ningún punto. El vapor S(' debe pasar por la camisa a una velocidad suficientemente baja para evitar sobrepresión en la camisa; el \apor debe salir del fondo a baja ve­

locidau. El tubo de caucho que une el generador de vapor con la camisa

deben descender en toda su extensión para que escurra fácilmente el agua

que se condense en él. Cuando se ha estabilizado el nivel, se toman las lecturas del punto de vapor. .

Se deben repetir las mediciones del punto de hielo. Los resultados deben concordar con los obtenidos antes, dentro de los límites de error experimental;

si las diferencias son mayores, se debe sospE'char alguna fuga.

\1ida los otros puntos fijos asie;nados. Si se usa nitrógcno líquido, in­serte lentamente el bulbo dentro del frasco de Dewar para evitar la ebu­llición violenta y la excesiva pérdida de líquido.

56 CASES

Si el tiempo 10 permitr, nleha a llenar el bulbo del termómetro con otro gas o reduzca Ji,. a JO cm y rf'pita al¡runas o tod"s las mediciones anteriorfS. Durante las mediciones del punto de yapor, rrgistre la presión barométrica. (La kCLUra barométrica dpbe ser corregida por temperatura. En el Capítulo XVIII sc dp'cribe el uso de los barón¡etros de precisión; las correcciones necfsarias ,f: dan en el apéndice B.

Registre también los \'a]ol es dr V y i. para los aparatos usados en el experimento.

CALCCLOS

La ecuación (8) puede escribirse en la forma

T = Ap i " ( lO)

donde el factor de proporcionalidad \

A = _.v_o (Pu.1 + - + 3at - ___B') ( 11 ) NR p,V V

es casi constante con la temperatura; pero para la precisión que puede obtenerse con este experimento se debe evaluar el factor de proporciona­lidad para cada temperatura. Haciendo uso de la temperatura termodi­námica conocida para el punto de hielo, podemos e,cribir:

. 273.15 AT=---p (12)

Po Ao A P - po v . 1 ,

1 +--- + 3at _. -:. ,B"· Ba, (13 ) Ao Pr V V

donde po, A o y Eo pertenecen al punto de hielo. Como los dos últimos términos dependen de la temperatura, es prrciso conocer un valor aproxi­mado de la temperatura para que puedan ser evaluados; esto se logra haciendo A!Ao igual a la unidad en la ecuación :' 12 \. Para el vidrio Pyrex a . 3.2 X 10 6 g-rado l. En la tabla 1 se dan los coeficientes viriales

segundos de varios gases y V puede calcularse de la ecuación (9). El btudiante debe escribir en su informe la temperatura determinada

para cada punto fijo en ambas escalas Kelvin y (:elsius. En los casos en que la temperatura es un punto de pbullición o punto de sublimación, calcule y registre también la temperatura en ambas escalas corregidas a la presión de 1 atm. En la vecindad de 1 atm, el punto de ebullición del agua aumenta 0.037~ por milímetro de mercurio en el aumento Je la presión. Para el nitrógeno líquido el aumento es ele 0.013' por milímetro.

'j71. TERMOMETRIA DE GASES

Tabla 1. Segundos coeficientes viriales (en cm' mol-')

t, oC. He" Aa N,"e CO;

,

-250 -200 -150 -100 -50

O 50

lOÓ 150

~O

+ 10.4 11.4 11.7 11.9 11.8 1\.6 1 \.4 11.0

-64.3 -37.4 -2\.5 -112 -4.2 +1.1

-5\.9 -26.4 -10.4 -0.4 +63 11.9

-154 -103 -73 -51

" J. A. Beattie, cOlJlunicación privada. , W. Thomas, Z. Phj'sik, 147,92 (1957). e J. Otto, Hand d. Exp. Physik, 8,2 (1929).

DISCUSION

¿Qué propiedad del helio lo hace particularmente adecuado para la ter­mometría de gases, dentro de los límites de temperatura cubiertos en este experimento? La corrección por imperfección del gas en este experimento ¿es de magnitud significativa en la incertidumbre experimental? Si no lo es, ¿cuánto puede mejorarse la precisión de las mediciones de presión antes que se hagan significativas las correcciones por imperfección del gas? ¿Cómo

depende esto de la elección del gas que ha de emplearse?

APARATO

Manómetro de tubo cerrado, manómetro de cero, bulbo de compensaclOn conve­nientemente montado y encintado; tubo de presión de paredes fuertes, frasco de Dewclr, a~itador de anillo, 11:rande; placa de cubierta ranurada para el Dewar, con orifirio para montar el bulbo del termómetro de gas; mechero de Bunsen; generador de vapor con tubo de conexión de caucho; camisa de vapor, dos soportes con anillo; anillo con tela de alambre; dos sujetadores de pinza, una pinza grande y una mediana.

Cilindro de helio o de nitrógen·o seco; hielo puro (1.5 Kg); rallo para hielo; nitró~eno líquido '1 litro); perlas de ebullición, grasa para llaves: bomba de v"cio

o aspirador de a"ua.

REFERENCI.\S

Vi. j. :víoore, "Physical Chemistry", 2" ed., págs. 51 y sig., Prentic~·Hall, Engle­

wood Cliffs, N. J. '1955).

59

58 C.\SES

'J J .\. Be.1tti~ y cO\,·orker~. Prac. An: Aerid, A ri.; Sri., 74, 3n (19411; 27, 2C,e, (1949; .

OTRAS LECn-RAS

C. O. Fairchild, "Thermometry" Enciclopedia Británica, vol. 22, pág. 11 O (1959). "Tplllperatulc: Its Mea'ur~[¡u'n and Control in Science and Industry", vol. 1

Reinhold, :slue\a York ,'19 il ; \01. 2:1955\

Experimento 2. Densidad de vapor y peso molecular

La hipótesis de Avogadro establece que volúmenes iguales de gases di­ferente, a la misma temperatura y a la misma presión contienen el mismo número de moléculas. Esto implica que R es una constrtnte universal en la ecuación de los gases perfectos

pV=::]I;RT (1)

en la cual .\1 es el número de moles. Como se menciona en el experimento 1 sobre el termómetro de gas, la ecuación (1) es obedecida sólo aproximada­mente por los gases y vapores reales a las presiones y temperaturas ordinarias, pero es una expresión exacta en los límites de densidad o presión gaseosa cero. Dentro de esta limitación, la hipótesis de Avogadro ha pasado las pruebas experimentales durante siglo y medio y desde hace tiempo ha sido aceptada como una importante ley natural.

A presiones y temperaturas ordinarias, la ley de los gases se cumple suficientemente hif'n para servir como un medio de calcular aproximada­mente el peso molecular M de un gas o de un vapor a partir de su den:;idad que es mrdida:

a g RT RT jJ V = -'=- R'J. M ---=p- ,'2

M V P jJ

donde p es la densidad de vapor. El peso molecular exacto puede pntonces deducirse del peso formular ~i se conoce la fórmula química del ?;as por el an<ilisis químico. La importancia de este medio d<: determinación dd prso mokcular es principalmrllte histórica, ya que ahora raramente se encuen­tran substancias volátile~ para las cuales no haya sido determinado el pe,o molecular o no sea determinablt: por métodos mejorfs. Sin embargo, la importante posición que ocupa la ley de Avogadro en el desarrollo de la teo­ría cinétira molecular de los gases quizá justifique su demostración en el laboratorio por uno dr los m(todos que aquí se desrriben.

2, DENSIDAD DE VAPOR Y PESO MOLECULAR

A. Método de Dumas

Este es el l11étodo más directo para determinar la densidad de vapor, aunque PI; difícil d, hacerlo con precisión alta. Consistr ('n llenar un bulbo de vidrio con f'1 vapor, sellarlo a una presión y temperatura convenientes y pesarlo. El volumen del bulbo se detf'fmina llenándolo con agua y volvién­dolo a pesar. También se necesita conocer el peso del bulbo \acíoj si el bulbo se pesa conteniendo aire, y no al vacío, se debe conocer la densidad del aire. El método descrito abajo es apropiado para el vapor de un líquido volátil; con algunas modificaciones puede ser aplicado a gases permanentes.

PRACTIC:\ DEL EXPERIMEl\TO

Para cada dctemlinación se necesita un bulbo de Dumas de unos 200 mi de volumen "fig. 1). Si no se tienen esos bulbos listos para su uso, haga uno de un matraz redondo de cuello largo, engrosando estirando su cuello a la llama ',flama de Meker o de Bunsen para vidrio blando o llama de gas-oxígeno para el Pyrex y forme un cuello capilar largo con diámetro aproximado de 1 mm. Entonces raye ligeramente con una lima afilada y rompa el capilar a una longitud de 6 a 8 cm. El cuello encorvado debe fom1ar en el punto de constricción un ángulo aproximado de. 120°, Se pesa el bulbo vacío cuidadosamente hasta el miligramo en una balanza

analítica. Si el bulbo se hace en vez de comprarlo, se toman las medidas convenien­

tes para pesarlo en condición de vacío. Se dobla el cuello hacia abajo, como se indicó antes, pero no se rompe. La boca dd cuello original se fija en­tonces en un tapón de corcho monohoradado atravesado por un corto tubo de vidrio, el cual se conecta a una bomba de vacío mecánica por inter­medio de un trozo de tubo que resista la presión. Después de vaciarlo tan bien como sea posible (a menudo esto puede jU7garse por el sonido que hace la- bomba mecánica), se sella el capilar en Ull punto a 8 o 10 cm del bulbo. El sellado debe hacerse cuidadosamente con una pequeñ<t llama, fría, para evitar que el vidrio se invagine. Después qu\.; el matraz sr ha enfriado, se pesa cuidadosamente. Entonces la punta puede ser rayada y rota como antes y se deja entrar aire. La punta de vidrio que fue rota debe conservarse y pesarse con el matraz en todas las pesadas posteriores. Con lacre y algún ingenio, un bulbo comercial puede también fijarse a la bomba, evacuarse

y sellarse. El líq~ido que se va a estudiar debe tener un punto de ebullición bas­

tante superior a la temperatura ambiente, pero inferior a 100 C. Se in­0