DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL ESTADO TERMODINÁMICO DE UN SISTEMA GASEOSO

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA[pic 1][pic 2]

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICA

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I

(TERMODINAMICA QUIMICA)

TEMA:

DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL ESTADO TERMODINÁMICO DE UN SISTEMA GASEOSO

LICENCIATURA EN QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO

EQUIPO4:

MAESTRO: ARNULFO ROSAS JUAREZ

FECHA DE PRÁCTICA: 2 DE FEBRERO DEL 2018

FECHA DE ENTREGA: 9 DE FEBRERO DEL 2018

PUEBLA, PUE.                                                                 PRIMAVERA 2018

Objetivos

Medir experimentalmente los valores de las variables termodinámicas que fijan el estado de un sistema gaseoso. Determinar experimentalmente el rendimiento (%) de una reacción química. Aplicar el método de recolección de gases por desplazamiento de agua. Aplicar de forma experimental las leyes de los gases ideales. Interpretar el carácter fenomenológico de la termodinámica.

Hipótesis

Se tiene como hipótesis que el rendimiento de las reacciones no será del 100% aunque en la práctica se procurará tener sistemas bien realizados y que permitan llegar a un resultado eficaz en base a los cálculos teóricos. También se tiene como hipótesis que el error relativo será mayos a un 15% debido a las imprecisiones que pudiera haber en el manejo de los instrumentos volumétricos del laboratorio.

Introducción

Las condiciones termodinámicas de un sistema en estado gaseoso se define en término de cuatro propiedades macroscópicas características, a saber: presión, volumen, temperatura y composición. Para una determinada cantidad de materia, la presión, el volumen y la temperatura no son independientes entre si, sino que están relacionadas mediante una ecuación matemática denominada ecuación de estado. Se le llama Presión, a la reacción inmediata que ejerce un cuerpo sobre otro en relación de peso o fuerza.

La presión técnicamente se refiere a dos tipos fundamentales, opresión y compresión, la opresión es comúnmente asociada a la falta de libertad de un sujeto para movilizarse con plena independencia, y la compresión se refiere al esfuerzo o impedimento que realiza un cuerpo sobre otro impidiendo su salida de algún sitio. El volumen corresponde a la medida del espacio que ocupa un cuerpo. La unidad de medida para medir volumen es el metro cubico (m3), sin embargo generalmente se utiliza el Litro (L). El metro cubico corresponde a medir las dimensiones de un cubo que mide 1 m de largo, 1 m de ancho y 1 m de alto. La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.

Como lo que medimos en sus movimientos medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el cazo si alguna de estas variables cambia, el estado del sistema también cambiará.

Material  y reactivos

1 Frasco de 10 ml.

1 Matraz Kitasato de 500 ml.

1 Tapon de hule.

1 Bureta de 50 ml.

 1 Tubo de vidrio.

1 Vaso de precipitado de 400 ml.

1 Termómetro.

Tubo de hule e Hilo de coser.        

Ácido sulfámico

Nitrito de sodio

Agua destilada

Desarrollo experimental

Durante el experimento se realizó la reacción que se muestra a continuación para obtener nitrógeno (gas) mediante el método de desplazamiento de agua.

NaNO2 + HSO3NH2            NaHSO4 + N2 + H2O[pic 3]

En esta ecuación se puede observar que los coeficientes estequimétricos son 1, lo cual indica que con esta reacción de 1 mol de nitrito de sodio y 1 mol de ácido sulfámico formará un mol de bisulfato de sodio, 1 mol de nitrógeno y 1 mol de agua.

Para comenzar el experimento se pide preparar una solución de 0.4 g de nitrito de sodio en 40 ml de agua y otra solución de 0.6 g de ácido sulfámico en 100 ml de agua destilada:

Primer experimento

Primero se realizan los cálculos teóricamente para después llegar a la práctica.

        En el experimento se pide verter 10 ml de NaNO2 a 25 ml de NaHSO4 para obtener bisulfato de sodio, nitrógeno y agua; sin embargo en vez de 10 ml de nitrito de sodio se usaron solo 9 ml debido a que en el frasco que se usó en el experimento solo le cabía esa cantidad.  

Primero calculamos los moles de sustancia que corresponde a cada volumen indicado:

    9 ml de NaNO2  = (0.01 L)(0.1449M)    = 1.3041x10-3 mol

25 ml de HSO3NH2  = (0.025L)(0.06185M) =  1.5463x10-3 mol

Se puede observar numéricamente que en la reacción el reactivo limitante es el nitrito de sodio, y debido a que la relación de los coeficientes estequiométricos entre ambos reactivos es 1 a 1, entonces para usar 1.3041x10-3 mol de NaNO2 se usará la misma cantidad de moles de HSO3NH2, así como también resultará la misma cantidad de moles para cada producto. Entonces la reacción en estas proporciones quedaría de la siguiente manera:

[pic 4][pic 5]

Debido a que se pide calcular el volumen y número de moles del nitrógeno formado en la reacción, se usará la siguiente ecuación para realizar el cálculo:

PV=ԈRT

Se debe considerar que la presión en el lugar donde se realizó el experimento (Puebla) la presión atmosférica es de 611.6 mmHg (0.804 atm) y que experimentalmente se obtuvo que la temperatura del agua que tenía el sistema era de  8°C

Entonces los datos para ocupar la ecuación, son:

PV=ԈRT

P total = 0.804 atm

V = ?

Ԉ = 1.3041x10-3

R = 0.082 atm*L/ Ԉ*K

T = 8 °C = 281.15 K

Lo que queda hacer en la ecuación es despejar al volumen, que corresponde al volumen del nitrógeno:

V = ԈRT/P

Antes de ocupar esta ecuación, no se debe sustituir directamente a P por la presión de la atmosfera o total registrada, sino que se debe sustituir por la presión del gas que se está estudiando N2. Para calcular la presión del gas que se está utilizando se usa la siguiente formula:

P total = P del gas N2 + P del H2O

P del gas N2 = P total - P del H2O

Debido a que en el sistema no es la única presión que actúa, también se debe considerar la presión del agua a la temperatura que se encuentra en el momento del experimento. La temperatura del agua en ese momento fue de: 8°C

Entonces la presión del N2 será:

P del gas N2 = 611.6 mmHg -   8.0477 mmHg

Entonces la presión del gas N2 es de 603.5523 mmHg = 0.7949 atm

Ahora si se puede usar la fórmula para calcular el volumen que ocupa el gas nitrógeno formado en la reacción:

[pic 6]

Entonces teóricamente el volumen final del nitrógeno obtenido es de: 0.0378 L ó 37.8 ml; sin embargo en la experimentación se obtuvo un volumen diferente: 34 ml.

Entonces proseguimos a calcular el rendimiento de la reacción:

R reacción = (R experimental / R teórico) x100%

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