UNVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE HUMANIDADES Y CIENCIAS Y TECNOLOGIA LABORATORIO DE FISICOQUIMICA
PRACTICA #1
DETERMINACION DE PESO MOLECULAR
Docente: Ing. Jenny Rojas Cspedes
Auxiliar: Marcelo Revollo Z.
Estudiantes: Camacho Z. Gabriel
Encinas Elmer
Gonzles O. Gabriel Antonio
Maldonado N. Paul
Tarquino Adrin
Fecha: 26 de marzo de 2007
Cochabamba - Bolivia
DETERMINACION DE PESOS MOLECULARES A PARTIR DE LA
DENSIDAD DE UNA SUSTANCIA EN ESTADO DE VAPOR
Objetivo general
Verificar si se cumpla la ecuacin de estado PV=nRT para los gases reales que trabajan
como ideales, es decir a temperaturas moderadas y presiones bajas.
Objetivos especficos
Determinar experimentalmente por el mtodo de dumas el peso molecular de un compuesto voltil (cloroformo)
Determinar experimentalmente por el mtodo victor meyer el peso molecular de un compuesto voltil (cloroformo)
Aprender a sellar el capilar de dumas con un mechero a gas.
Fundamento terico
En los gases ideales, estas variables incluyen la presin (p), el volumen (V) y la
temperatura (T). La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a
temperatura constante es inversamente proporcional a la presin. La ley de Charles y
Gay-Lussac afirma que el volumen de un gas a presin constante es directamente
proporcional a la temperatura absoluta. La combinacin de estas dos leyes proporciona
la ley de los gases ideales pV = nRT (n es el nmero de moles), tambin llamada
ecuacin de estado del gas ideal. La constante de la derecha, R, es una constante
universal.
La ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se
comportan exactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Por
ejemplo, un gas ideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que se
enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases
ideales, pV = nRT. Una de ellas, muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de
estado de van der Waals (p + a/v2)(v - b) = RT, donde v = V/n, y a y b son parmetros
ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son
parmetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varan de
un gas a otro.
La presion manomtrica miden la diferencia entre la presin del fluido y la presin
atmosfrica local, hay que sumar la presion atmosfrica local al valor indicado por el
manmetro para hallar la presin absoluta. Una lectura negativa del manmetro
corresponde a un vaco parcial.
Bibliografa:
Castellan, Gilbert. Fisicoqumica. Bogot: Fondo Educativo Interamericano, 1974.
Chang, Raymond. Qumica. Mxico: Editorial McGraw-Hill, 6 ed., 1998
Materiales
Balon de dumas (tapn, capilar) Vaso de precipitacin Lamina de amianto Termmetro Microtubo Mechero Estufa Pinzas Manmetro Cmara de vaporizacin Balanza analtica de Mettler Pipeta Propipeta
Reactivos
Cloroformo Agua destilada Etanol
Desarrollo experimental (dumas)
Pesamos el balon de dumas lo cual nos dar la masa 1 del experimento. Pipeteamos con la propipeta aproximadamente 0,5 ml de una muestra de
cloroformo y lo introducimos dentro del balon de dumas.
Durante la ebullicin del agua a una temperatura de 92,5 C introducimos el balon de dumas a bao maria con la ayuda de una pinza hasta evaporar la muestra de cloroformo.
Inmediatamente sellamos el capilar del balon con la ayuda de un mechero y una pinza metlica.
Pesamos el balon de dumas con el gas dentro lo cual ser la masa 2, posteriormente rompemos la punta del capilar sin hacer perder los fragmentos de vidrio
Llenar con agua el balon de dumas y evitar que halla burbujas de aire dentro, posteriormente pesar el balon de dumas con agua destilada, con esto podremos calcular la masa de agua que existe dentro, y con simples simplificaciones calcular el volumen de agua (VH2O=Vaire=Vcloroformo gas)
Con los datos de ASAANA, presin atmosfrica, temperatura ambiente y humedad relativa del aire; hallamos la presin baromtrica corregida, buscando los datos en tablas y diagramas
Con los datos obtenidos calculamos la masa de aire, podremos calcular la masa de vapor de cloroformo.
Con todos los datos obtenidos podremos encontrar experimentalmente el peso molecular del cloroformo.
Desarrollo experimental (victor meyer)
Montar el equipo victor meyer Pesamos el microtubo de ensayo con su tapn en la balanza analtica y asi
obtenemos la masa 1. Con la propipeta llenamos cloroformo a 32 del volumen del microtubo;
posteriormente pesamos en la balanza analtica y esta ser la masa1 con cloroformo.
Con los datos obtenidos anteriormente calculamos la masa de cloroformo dentro del microtubo
Tener el cuidado de que el agua destilada dentro de el manmetro tenga los niveles de agua iguales
Hacemos que el agua dentro de la cmara de vaporizacin llegue al punto de ebullicin
Colocamos dentro de la cmara de vaporizacin el microtubo sin su tapa y tapamos inmediatamente el manmetro.
Esperamos a que el cloroformo se evapore; posteriormente medimos la diferencia de altura que forma el agua destilada dentro del manmetro
Calculamos el volumen de gas de cloroformo que aumenta dentro del manmetro, mediante la diferencia de alturas entre el punto de equilibrio y el punto mas bajo de agua.
Calculamos la densidad de cloroformo con los datos ya obtenidos de masa y volumen.
Con la ayuda de un termmetro leemos la temperatura que tiene el gas de cloroformo dentro el manmetro.
Con todos los datos obtenidos anteriormente podremos encontrar experimentalmente el peso molecular del cloroformo.
mmHgatmmmhg
Paatm
hPaPahpa 5463,562
1760*
1013251*
1100*750 =
Clculos y resultados DATOS (Dumas)
Reemplazando los datos en las ecuaciones:
De la ecuacin (3) y (1)
Si:
[ ]airebalonOH
OH
OH
OHOH
OH
OHOH
VVV
mlV
mV
Vm
====
==
2
2
2
2
2
2
2
2
4986,1249975,01874,124
Una ves encontrado los factores f1 y f2 se puede hallar la densidad del aire a una presin de 558,0063 mmHg , una temperatura de 24C y una %HR =31%
( )( )
=
==
=
mlgE
lg
ff
aire
aire
aire
446,99460,0
73421,02885,121
Una vez ya obtenida la densidad del aire se halla la masa de aire
( )( )[ ]gm
EmVm
aire
aire
aireaireaire
1178,04986,124446,9
==
=
De la tabla I encontrar f1 con una temperatura de 24 C
=mlgf 2885,11
De la grafica I encontrar la temperatura de rocio a 24C y 31% HR
Ctrocio 8,13= De la tabla II con la temperatura de rocio encontrar la presin para as corregir la presin de 750Hpa
De la tabla III encontrar f2 con una presin de 558,0063 mmHg.
73421,02 = f
[ ][ ][ ]
[ ] [ ]
=
===
===
aire
OH
C
OH
aire
Kgkg
HR
mlg
KCtgm
gmgm
2
2
%31%
9975,0
15,297249179,200
1561,777305,76
23
3
2
1
OHbalon
cloroformobalon
airebalon
mmmmmmmmm
23
2
1
+=+=+=
)3(9179,200)2(1561,77
)1(7305,76
2OHbalon
cloroformobalon
airebalon
mmmmmm
+=+=+=
[ ] OHaire
aireOH
mgm
mm
2
2
1874,1240
7305,769179,200
=
=
mmHgPcorregida 0063,55854,45463,562 ==
Una vez encontrado la maire reemplazando en la ecuacin (1) y (2) se encuentra la mcloroformo
Con la mcloroformo y el VH2O encontramos la cloroformo
==
=
lg
Vm
cloroformo
OH
cloroformocloroformo
3647,44986,124
5434,02
Despejando los datos encontrados en la formula siguiente encontrar el peso molecular experimental:
( )( )( )( )
( )( )( )( )
( )( )
=
+=
+=
molgM
KK
KmmHgKmmHg
mmHgKM
TT
TPTP
PRTM
x
molKmmHgl
lg
x
ebull
crit
ebullcrit
critcorr
corr
ebullxx
4197,175
5,36553661
5,365760*541285360063,55891*
0063,5585,3654,623647,4
61128
91*
2
2*
2
2
===
==
=
molgEEE
errorE
EEE
E
realabsoluto
real
real
41,561194197,175
%41,47100*119
1194197,175%
100*%
exp
exp
[ ] cloroformocloroformo
cloroformobalon
airebalon
mgm
mmmm
==+
+=+=
5434,01178,07305,761561,77
)2(1561,77)1(7305,76
DATOS (victor meyer)
Conociendo la masas del microtubo encontramos la masa del cloroformo con la ecuacin (1)
[ ]gmm
cloroformo
cloroformo
0311,03769,04080,0
==
Encontrar el volumen de gas cloroformo
( ) ( )[ ]32
2
3878,54
147,0
cmV
V
hDVV
cloroformo
cloroformo
cloroformocilindro
==
==
Teniendo el volumen y la masa del cloroformo calculamos la densidad
==
=
lg
Vm
cloroformo
cloroformo
cloroformocloroformo
7723,53878,50311,0
Hallar los mmHg que se forman por la presin ejercida por el cloroformo
( )( )( )
[ ]mmHghh
hh
ghgh
Hg
Hg
Hg
OHOHHg
OHOHHgHg
7754,315,13
4309976,0
22
22
==
=
=
La presin neta del cloroformo viene a ser dada por la formula:
( )( )( )
[ ]mmHgPP
Ph
PP
cloroformo
cloroformo
OHvap
Hg
OHOHatmcloroformo
9254,571
4,225,13
4309976,055,562
222
=+=
+=
Despejando los datos encontrados en la formula siguiente encontrar el peso molecular experimental:
( )( )( )( )
( )( )( )( )
( )( )
=
+=
+=
molgM
KK
KmmHgKmmHg
mmHgKM
TT
TPTP
PRT
M
x
molKmmHgl
lg
x
crit
crit
critcorr
corr
xx
9138,180
29753661
297760*541285369254,57191*
9254,5712974,627723,5
6112891*
2
2*
2
2
[ ][ ]
[ ] [ ][ ]
[ ] [ ]OmmHcmHmmHgP
KCtgm
gm
OHvap
cloroformogas
cloroformot
t
21
1
43043
4,22
15,29724
4080,0
3769,0
2
1
1
===
===
=
)2(
)1(
22
11
ghgh
mmm
OHOHHgHg
tcloroformotcloroformo
==
===
==
=
molgEEE
errorE
EEE
E
realabsoluto
real
real
91,611199138,180
%02,52100*119
1199138,180%
100*%
exp
exp
Figuras y tablas
Grafica 1. carta psicromtrica para 1 atm (Unidades SI)
Observaciones En el mtodo de dumas: el capilar del balon de dumas al ser sellado y posteriormente
fraccionado se perdi una cantidad significante de masa que posteriormente fue pesada.
Al medir la presin del manmetro hubo error al calcular la presin neta del cloroformo
ya que anteriormente ya exista restos cloroformo gaseoso de los grupos anteriores
dentro el tubo para cuando nosotros calculamos la presin.
Discusiones y conclusiones
Dumas:
Segn el experimento obtuvimos un peso de 175,4197 molg el cual difiere un poco del
peso experimental terico para el cloroformo que es de 119 molg , por lo cual concluimos
que hubo errores en desarrollo experimental como las siguientes:
Hubo retraso en el sellado de la punta del capilar con el mechero por lo tanto escapo el gas de cloroformo.
Aunque se cumple la relacin de los gases ideales PV=nRT de la siguiente forma a presiones bajas y temperaturas altas se encuentra una masa muy parecida a la
calculada:
[ ][ ]
[ ]
==
=
==
molgM
KTmolK
mmHglR
mmHgPmlV
cloroformo
cloroformo
OH
9138,180
5,365
*4,62
0063,558
4986,1242
( )( )( )( )
[ ]
( )( )[ ] cloroformo
cloroformo
cloroformoerimental
erimental
cloroformo
mgmE
mMnMm
n
molEn
n
nRTPV
nRTPV
==
==
==
==
5321,0
4197,175333,3
*
333,35,3654,62
1245,00063,558
exp
exp
Victor Meyer:
Segn el experimento obtuvimos un peso de 180,9138 molg el cual difiere un poco del
peso experimental terico para el cloroformo que es de 119 molg , por lo cual concluimos
que hubo errores en desarrollo experimental como las siguientes:
Al medir la presin del manmetro hubo error al calcular la presin neta del cloroformo ya que anteriormente ya exista restos cloroformo gaseoso de los
grupos anteriores dentro el tubo para cuando nosotros calculamos la presin.
Cuestionario
1.- En un experimento de determinacin de pesos moleculares se utilizo un bulbo de dumas que peso abierto al aire 21.473 g el bulbo se lleno con el vapor de un liquido orgnico y se sello a la presin baromtrica de 585 mmHg a una temperatura de 92.5 C a temperatura ambiente el bulbo peso 22.5430 g el bulbo se abri y se lleno con agua destilada a la temperatura ambiente, despus de lo cual peso 238 g toda las pesadas se hicieron a temperatura ambiente de 25 C determine el peso molecular del vapor orgnico tomando en cuenta que la densidad del aire a 25 C y a la presin atmosfrica es de 1.2935 g/l y la densidad del agua es 0.99707 g/ml. m1 = 21.473g m2 = 22.5430g m3 = 238g m1 = mbalon + maire m2 = mbalon + mvapor de liquido m3 = mbalon + mH2O mH2O = m3 - m1 mH2O = 238g - 21.473g vH2O = mH2O = 216.527g = 217.1633 ml H2O 0.99707g/ml vH2O = vaire = vvapor liquido maire = vaire*aire = 217.1633ml ( 1.2935g . 1l ) = 0.2809g l 1000ml mvapor de liquido = m2 - mbalon = m2 - m1 + maire = 22.5430g - 21.473g + 0.2809g = 1.3509g vapor de liquido = mvapor de liquido = 1.3509 g = 6.2207.10-3 g/ml vvapor de liquido 217.1633ml M = vapor de liquido * R * T = 6.2207 g/l * 62.32 mmHg*l /mol*K * 365.5 K P 585 mmHg M = 242.2134 g/mol
2.- Determine la altura en metros del liquido manomtrico Yogurt ILVA si a 20 C 30 ml de este liquido pesa 31.65 g para que ejerza una presin de 0.89 atmsferas P = gh = m = 31.65g = 1.055 g/ml v 30ml 1.055 g . 1.106 cm3 . 1Kg = 1055 Kg ml 1m3 1000g m3 0.89atm . 1.013.105 Pa = 90157 Pa 1atm h = P g h = 90157 Kg*m/m2*s2 = 8.72 m 1055 Kg/m3 * 9.8 m/s2 3.- Indique y explique brevemente que otros mtodos experimentales existen para la determinacin de pesos moleculares en laboratorio Otros mtodos experimentales que existen para la determinacin de pesos moleculares en laboratorio son:
Determinacin del peso molecular a partir del descenso de la presin de vapor. Puesto que n1 = w1/M1, y n2 = w2/M2, siendo w1 y w2 los pesos del disolvente y del soluto, y M1 y M2 los pesos moleculares de los dos constituyentes, la ecuacin
Puede expresarse del modo siguiente:
Hoy se usa, con frecuencia, el mtodo isopistico, para la determinacin precisa de presiones de vapor. En este mtodo, la disolucin cuya presin de vapor queremos determinar y una disolucin que contenga un soluto patrn, por ejemplo, cloruro potsico, se colocan en vasijas separadas y en un recipiente cerrado, como se muestra en la figura 1. Se hace el vaco y se coloca el recipiente en un termostato cuya temperatura se regula a 0,001 C. El vapor de la disolucin que posee la presin de vapor ms alta pasa a la que la tiene ms baja, hasta que las presiones de vapor de las dos disoluciones son iguales, es decir, hasta que dichas soluciones son isopisticas (del griego igual presin). Las muestras se pesan peridicamente y cuando se establece el equilibrio, o sea, cuando ya no hay variacin de peso, se analizan las disoluciones y se determinan sus concentraciones. Como las presiones de vapor de las disoluciones de cloruro potsico a diferentes concentraciones han sido medidas con precisin y en la
bibliografa se encuentran tablas con estos valores, la presin de vapor de la disolucin a ensayar, que es isopistica con la de cloruro potsico, se deduce con facilidad. Conociendo la presin de vapor del agua a esta temperatura, es muy sencillo el clculo del descenso de la presin de vapor de la disolucin.
FIG. 1. Dispositivo para el mtodo isopistico.
En disoluciones muy diluidas, en las que w2/M2 es despreciable a w1/M1, puede suprimirse el segundo trmino del denominador y la ecuacin toma la forma:
El peso molecular del soluto M2 se obtiene despejando en la ecuacin:
La determinacin del peso molecular por el mtodo isopistico ha sido descrita por MASON y GARDNER 6.
Determinacin del peso molecular a partir de datos crioscpicos. El peso molecular de un soluto no voltil M2 puede determinarse por el mtodo del punto de congelacin, (Mtodo de equilibrio) Este mtodo constituye el procedimiento ms exacto para determinar puntos de congelacin. Para el disolvente puro, el punto de solidificacin se determina, de forma precisa, mezclando ntimamente disolvente en estado slido y lquido (hielo y agua) en un tubo crioscpico o en un vaso Dewar, y cuando se alcanza el equilibrio se lee la temperatura de la mezcla con un termmetro Beckmann o con un par termoelctrico mltiple y un potencimetro. Segn BALLARD y GOYAN, puede emplearse un termistor en lugar del par termoelctrico. Despus se coloca en el vaso la disolucin mezclada con el disolvente puro congelado y cuando se alcanza de nuevo el equilibrio se anota la temperatura. En el momento de esta lectura se extrae una muestra de la fase lquida y se analiza, para as determinar con exactitud la concentracin de la disolucin. La exactitud del mtodo se puede mejorar si se colocan simultneamente los dos extremos del par termoelctrico en dos vasos Dewar, uno de los cuales contiene el lquido puro y el otro la disolucin, ambos en equilibrio con el disolvente slido. De
esta forma puede determinarse la diferencia de los puntos de congelacin de los dos sistemas con la precisin de 0,00002 C. Y posteriormente empleando la ecuacin:
En la que w2 son los gramos de soluto disueltos en w1 gramos de disolvente, Se determina el peso molecular de un soluto no voltil M2
Tambin es importante mencionar que otros mtodos tambin importantes son el de Regnault y el de densidad al lmite 4.- La concentracin de monxido de carbono en el aire del 35 % en volumen produce la muerte en un breve espacio de tiempo el motor desajustado de un coche viejo con un desplazamiento de 4.85 L puede producir fcilmente hasta 0.6 moles de monxido de carbono por minuto como uno de los componentes de los gases de combustin si un garaje a 27 C si las medidas del cuarto son 6 metros de ancho 10 metros de largo y 2.5 metros de altura cuanto tiempo transcurrir antes que el garaje cerrado alcance la concentracin mortal de CO (Supngase que la presin total se mantiene constante a 1 atm y que no hay CO inicial) vgaraje = ancho * largo * alto =6m*10m*2.5m = 150m3 V1 = 150 m3aire . 35m3 CO = 52.5 m3 CO 100 m3aire v = 0.6 moles CO min PV = nRT V = nRT = 0.6 mol 0.082atm*l/mol*K 300 K = 12.3 L P 1atm 12.3 l . 1000ml . 1m3 = 0.0123m3 1l 1.106 cm3 v = 0.0123m3 CO min v = V1 t t = 52.5m3 CO = 4268.293 min 0.0123 m3 CO /min 5.- Se tiene un tubo simple en forma U que tiene abiertos los dos extremos se llena parcialmente con agua como muestra la figura en estas condiciones se agrega por uno de los lados de los brazos del tubo queroseno de densidad 0.82 g/ml formando una columna de 6 cm de altura cual es la diferencia h entre las alturas de los dos lquidos? Cual ser la presin que ejerce la columna de queroseno expresado en mm de mercurio y en atmsferas?
0.82 g . 1.106cm3 . 1Kg = 820 Kg ml 1m3 1000g m3 P1 = qgh1 = 820 Kg/m3 * 9.8 m/s2 * 0.06m = 482.16 Pa P2 =H2Ogh2 P2 = P1 h2 = P2 = 482.16 Pa = 0.0492 m H2O g 1.103 Kg/m3 *9.8 m/s2 h = h1- h2 h = 0.06m - 0.0492m = 0.0108 m q g hq = Hg g hHg hHg = q hq = 0.82g/ml*60mm = 3.6176 mmHg Hg 13.6g/ml 3.6176 mmHg . 1atm = 4.7601.10-3 atm 760mmHg
Bibliografa
Castellan, Gilbert. 1974 Fisicoqumica. Fondo Educativo Interamericano Bogot.
Chang, Raymond. 1998 Qumica. Editorial McGraw-Hill, 6 ed. Mxico. David R. Lide. 2005 CRC Handbook of Chemistry and Physics, Editor-in-Chief,
New York
Robert H. Perry. 1999 PERRYS CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK. Editorial McGraw-Hill, 7 ed. New york.