tRABAJO PRACTICO    GASES IDEALES

Introducción

Este trabajo práctico, consta de dos partes y sus objetivos son: la identificación de las variables de estado del sistema gaseoso en estudio, la relación las variables vistas entre sí, de acuerdo a las leyes de los gases ideales, el cálculo de la constante universal de los gases para poder comparar el comportamiento ideal de un gas, con respecto del experimental y  la determinación de el volumen molar y volumen molar normal de un gas.

Las variables estudiadas son: presión, volumen, temperatura y número de moles.

La parte A se realiza cualitativamente, es decir, se observa el comportamiento de diferentes sistemas modificando o manteniendo constantes las variables posibles, de acuerdo a las leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac y Avogadro.

La parte B por otro lado, imita el comportamiento de la acidez, y mediante el mismo se logra cuantificar el gas producido.

El objetivo de este trabajo es verificar las relaciones entre las variables y las constantes de los gases ideales, reconocer si el comportamiento experimental coincide con el teórico y mediante reacciones identificar el estado de agregación de los productos.

 

CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS:

·       Magnitudes y sus equivalencias en otras unidades: presión, temperatura, volumen y número de moles.

·       Leyes de los gases, Boyle, Charles, Gay Lussac y Avogadro.

·       Ecuación general de los gases: P.V = n.R.T

·       Definición de solución, concentración, solvente, soluto, densidad.

·       Formas de expresar la concentración, m/m%, m/v%, v/v%, concentración molar, fracción molar.

·       Tipo de elementos a utilizar y su correcto uso.

Procedimiento parte a:

               Lo primero que se realiza es registrar los valores de la presión atmosférica y temperatura del día, en este caso 1023 hPa y 16°C.

            En el ítem 4.2, se colocan 750 mL de agua fría de la heladera en el vaso de precipitado de 1000 mL, y se registra la temperatura del agua, se infla un globo a la mitad de su capacidad y se lo sumerge en el agua con una pinza, cuidando que el volumen del agua y el globo aumente, por el volumen del globo y no por algún agente externo, como pueden ser los dedos si se sumerge el globo con la mano. Luego de dos minutos se revisa el tamaño del globo y se coloca el vaso sobre la manta calefactora y se calienta el agua hasta 60°C y se vuelve  registrar el tamaño del globo.

            Para el ítem 4.3, en un kitasato de 500 mL, se colocan globos sin inflar demasiado, se pone el tapón al kitasato y se lo conecta a la bomba bomba de vacío. Se registra el comportamiento de los globos antes y después del uso de la bomba de vacío.

             En el caso del ítem 4.4, se colocan aproximadamente 5 mL de HCl 4mol/L en un tubo de ensayo, por otra parte se coloca una granalla de zinc dentro de un globo. Se coloca la boca de la bombucha en la parte abierta del tubo de ensayo, cuidando de que no esté inflada y se deja caer la granalla de zinc, y se observa la reacción entre la granalla y el HCl.

Resultados:
Parte A:

4.1) Expresión de la presión atmosférica en diferentes unidades.

1 hPa à 100 Pa                                    101325 Pa à 1 atm

         1023 hPa à102300 Pa                102300 Pa à 1,009 atm

 

            1 atm à 760 mmHg                 1 atm à 760 torr

        1.009 atm à 767,313 mmHg                  1.009 atm à 767,313 torr

 

            1 atm à 1,013 Bar

        1,009 atm à 1,022 Bar 

4.2) Relación entre volumen y temperatura.

            Durante la experiencia se vio que  a presión constante (1023 hPa), a medida que aumentaba la temperatura del agua donde fue colocado el globo, el volumen del mismo aumentaba. Cumpliendo con la ley de Charles, que dice “el volumen y la temperatura son directamente proporcionales.”.

            Siguen la siguiente fórmula:

                        Si P= cte.;        P = V1/T1 = V2/T2

4.3) Relación entre temperatura y presión.

            En un recipiente de V = cte., como lo es el kitasato, se disminuyó tanto la presión como la temperatura con bomba de vacío y se pudo ver que el volumen de los globos dentro del mismo aumentó, tendiendo a  tomar el volumen del kitasato. Por eso se ve aplicada la ley de Gay-Lussac, que enuncia que “el cociente entre la presión y la temperatura siempre tiene el mismo valor.”.

            Siguiendo la siguiente fórmula:

                        Si V= cte.;        V= P1/T1 =P2/T2

4.4) Relación entre el volumen y el número de moles.

            En un tubo de ensayo con P= atm (cte.) y T= atm (cte.), se observó que el volumen del globo colocado en el extremo aumentó, por el cambio de estado de los moles de H2 gaseoso generados por la siguiente reacción:

Se determina que la ley asociada a este fenómeno es la ley de Avogadro, que dice “el volumen del gas será proporcional a la cantidad de número de moles presentes.”.

            Siguen la siguiente fórmula:

Si P= atm y T=atm;                P.V = n . R . T

Procedimiento parte b:

               Se comienza la experiencia con los mismos datos del entorno, presión  y temperatura (1023 hPa y 16°C).

            En primera instancia se verifica tener todos los elementos necesarios en condiciones, en este caso debemos sellar el cuello de la piseta con teflón para que el gas producido por la reacción no escape. Luego de eso se llena con agua hasta su marca de fill level y se registra la temperatura.

            En un tubo de ensayo se colocan entre 7 y 10 mL de HCl acuoso y se coloca la cápsula de antiácido dentro del mismo, y antes de que comience a reaccionar se pesa, y se mete dentro de la piseta, cuidando que no se vuelque el contenido en el agua, se cierra y se espera a que reaccione.

            Se coloca la probeta donde corresponde para recolectar el agua desplazada por el gas formado por la reacción. Cuando esta termina, se saca el tubo de ensayo, se seca y se vuelve a pesar, también se vuelve a medir la temperatura del agua dentro de la piseta.

            El volumen de agua contenido dentro de la probeta es la cantidad de gas producida por la reacción, y se registra.

Parte B:
DATOS REGISTRADOS:

·       Masa del sistema antes de la reacción: 22,3228 g

·       Masa del sistema después de la rección: 22,2473 g

·       Volumen de agua obtenido: 41 mL

·       Presión atmosférica: 1023 hPa

·       Temperatura del sistema: 16 °C

·       Temperatura final del sistema: 20,5 °C

CALCULOS:

Masa de CO2 desprendida = Masa inicial del sistema – Masa final del sistema

Masa CO2 =  22,3228 g – 22,2473 g = 0,0755 g

 

Volumen molar de CO2  experimental:

 [CO2] = 44 g

44g CO2 à1 mol                               1,7159 x10^-3 mol à 41 mL

     0,0755g CO2 à 1,7159 x10^-3 mol         1 mol à 23,89 L à Vol. molar experimental.

Volumen molar teórico:

PV=RnT

1,009 atm x V = 0,082 AtmL/MolK x 1,71x10ˆ-3 mol x 289,15 K

V= 0,04 Litros = 40 mL

1,71x10ˆ-3 mol CO2 à 40 mL

1 mol CO2 à 23,39 L                                                        

Densidad de CO2 teórica:

 = PM/RT

 = (1,009 atm x 0,0755 g/mol)/(289,15 K x 0,082 atml/molk) = 3,2129x10ˆ-3 g/ml

Densidad de CO2 practica:

 = 0,0755 g / 41 ml = 1,84x10ˆ-3 g/ml

Volumen molar normal de CO2

Teórico = 22,4 L

Practico = 23,89 L

Constante de los gases:

Teórica: R = 0,0820

Experimental:

1,009 atm x 0,04 L = R x 1,71x10ˆ-3 mol x 289,15 K

R = 0,0816

Error relativo porcentual:

·       Volumen molar normal:

23,89 – 22,4 = 1,49 à ERROR ABSOLUTO

1,49/23,89 = 0,06 à 6% Error relativo porcentual.

 

·       Constante de los gases:

0,082 – 0,0816 = 4x10ˆ-4 à ERROR ABSOLUTO

4x10ˆ-4 / 0,0816 = 0,49% Error relativo porcentual.

·       Densidad del CO2:

3,2129x10ˆ-3 g/ml - 1,84x10ˆ-3 g/ml = 1,3729x10ˆ-3 à ERROR ABSOLUTO

1,3729x10ˆ-3/1,84x10ˆ-3 = 0,74 à 74% Error relativo porcentual.                   

Posibles fuentes de error:

·       Escape de CO2 previo a ser sumergido en la piseta.

·       Error volumétrico a la hora de leer el “fill level” y la probeta.

·       Aproximación volumétrica a la hora de colocar el HCl acuoso en el tubo de ensayo.

·       Tubo de ensayo mojado a la hora de pesar la masa final del sistema.