Guia Laboratorio Fisicoquimica Alka Selter

UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS

Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería

Ingeniería Agroindustrial

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA

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Laboratorio 1. RECOLECCIÓN DE GASES - DETERMINACIÓN DE BICARBONATO DE SODIO

A PARTIR DE LA GENERACIÓN CO2.

Elaborado por Daniel Antonio Aguilera

1. OBJETIVOS.

1.1. Determinar la cantidad de una sustancia química en una muestra por recolección de

gases sobre agua.

2. INTRODUCCIÓN.

Los gases conforman uno de los tres estados típicos de la materia y, aunque no se pueden ver su

importancia es tal que han servido para modelar el comportamiento de la materia o

inevitablemente para vivir (sin oxigeno no existiría la vida tal como la conocemos). En esta práctica

se utilizara el método de recolección de gases sobre agua mediante el desprendimiento y

recolección de un gas como el CO2 para determinar el porcentaje de NaHCO3 en una pastilla de

Alka-seltzer®, utilizando a su vez la ecuación de los gases ideales y la ley de las presiones parciales

de Dalton. Por otra parte se realizara el método por pérdida de masa para hacer la comparación

de estas dos metodologías experimentales.

2.1 LEY DE GAS IDEAL.

Un gas ideal es un invento humano como muchos modelos idealizados de la naturaleza, pero lo

sorprendente no es que sea irreal, sino que funciona. Cuando se habla de un gas ideal se piensa en

un gas que cumple las siguientes características:

 Sus partículas tienen volúmenes despreciables, es decir no se tiene en cuenta que ocupan

espacio. Sus choques son elásticos, es decir no intercambian energía entre sus partículas.

 Poseen un movimiento uniforme, con velocidades constantes para una partícula aunque

pueden ser diferentes entre estas.

 No existen fuerzas de atracción ni de repulsión entre partículas.

Cada cosa anterior es falsa, pero si el gas está a bajas presiones (1 atm se considera baja presión) y

a temperaturas moderadas (300 K) no tiene importancia cada característica anterior. Lo

interesante es que muchos gases se trabajan a esas condiciones y cumplen la ley del gas ideal:

PV = nRT

Donde P es la presión; V es el volumen del recipiente que contiene al gas; n es la cantidad de

moles de gas; R es la constante de los gases, 0,082 atm.L/mol K; T es la temperatura en la escala

Kelvin.

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2.2 PRESIÓN.

Para los antiguos fue muy difícil imaginar la existencia de los gases porque requería pensar en la

no continuidad de la materia, pues todo lo que se ve se puede palpar. La idea de gases fue

propuesta primero de forma científica por el matemático Daniel Bernoulli quien construyó una

teoría muy elaborada sobre el comportamiento de los gases, lo que conocemos hoy como teoría

cinética de los gases, TCG.

Si se considera una partícula en una caja con una masa m y una velocidad vx (ver figura 1), la

fuerza de choque de la partícula será F= P x A o también igual a F= m x a, igualando estas dos

ecuaciones se tiene que la presión es:

P= ma/A

Sustituyendo la aceleración por vx/t y considerando que la partícula posee un movimiento

uniforme con velocidadv:

vx= x /t,

se llega a:

P=ma/A

= mvx/tA

= mVx/(x/vx) A

= mvx

2/V,

Donde V es el volumen resultante del producto área (A) por distancia (x). La ecuación principal es:

Ecuación 1

Figura 1. Una partícula de gas en una caja

La presión es una variable microscópica, esto es, no se puede hablar de la presión ejercida por una

partícula, pero depende de dos variables macroscópicas, la masa de la partícula y la velocidad de

la partícula.

En términos moleculares, la presión se puede leer de la ecuación 1 como: efecto producido por el

choque de las partículas de un gas de una masa y velocidad determinadas sobre las paredes de un

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recipiente que las contiene. En otras palabras, es proporcional a su masa por su velocidad al

cuadrado (energía cinética) e inversamente proporcional al volumen del recipiente.

La unidad de presión en el sistema internacional es el pascal. Corresponde a: 1 Pa = 1N / 1m2.

Una unidad utilizada desde hace casi cuatro siglos es el Torricelli (torr). Por la contribución

realizada en 1.643 por Evangelista Torricelli con la construcción de un aparato para medir la

presión atmosférica denominado barómetro, se adoptó esta unidad en su honor. Un Torricelli es la

presión ejercida por 1mm de mercurio. La altura en mercurio que alcanza la presión atmosférica a

nivel del mar es de 76 cm o 760 mm, como se ve en el barómetro de la figura 2.

La presión barométrica (P) está representada por la ecuación: P = ρgh donde ρ es la densidad del

mercurio, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura de la columna de mercurio, expresada

en metros (m). Sustituyendo la densidad del mercurio por 13 600 kg/m3, la gravedad como 9,8

m/s2 y la altura por 0,76 m se obtiene la presión barométrica de la atmósfera:

P = 13 600 kg/m3 * 9,8 m/s2 * 0,76 m = 101300 Pa (kg/m*s2= N/m2)

En la actualidad, a la presión ejercida a nivel del mar por la atmósfera, se le da el valor de 1 atm

que, por definición, es igual a 760 torro Una atmósfera corresponde a 101 325 Pa, un poco

diferente a 101300 Pa, por ello 760 torr no se puede decir que sea igual a 760 mmHg, pero sí muy

parecidos.

2.3 TEMPERATURA.

Continuando con el desarrollo de la ecuación 1 y considerando la ley empírica de los gases ideales,

PV= nRT se puede llegar a:

P=nRT/V

y,

P=mvx

2/V

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Entonces:

nRT = mvx

2

vx

2puede ser considerada como v2 = vx

2+ vy

2+ vz

2; con las velocidades en las tres direcciones iguales

(vx= vy= vz), por lo que se tiene que:

v2= 3vx

2

así,

nRT = mv2/3

si se divide entre 2 a ambos lados se tiene:

3/2 nRT = mv2/2

Recuérdese que Ecinética= mv2/2, con lo cual:

Ec = 3/2 nRT Ecuación 2

La ecuación 2 es muy importante, ya que al leerla se ve que la energía cinética de una partícula,

aquí un conjunto n de partículas, depende de la temperatura, por ello la definición molecular de

temperatura puede ser:

“es una medida de la energía cinética de las partículas", esto es, una mayor temperatura refleja

que las partículas van a mayor velocidad promedio.

Figura 3. Representación molecular de la temperatura y el efecto de las diferencias.

La figura 3 resume la situación cuando la energía cinética da una explicación razonable de la

naturaleza de la temperatura. Para gases monoatómicos actuando como masas puntuales, una

alta temperatura simplemente implica, una alta energía cinética.las partículas más rápidas chocan

con las más lentas, en la frontera, en las colisiones elásticas se incrementa la velocidad de las

partículas lentas y se disminuye la velocidad de las partículas rápidas, transfiriendo energía de la

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región de alta temperatura a la región de baja temperatura. Con algún tiempo, las moléculas en

ambas regiones se aproximarán a la misma energía cinética promedio (misma temperatura) y, en

estas condiciones de equilibrio térmico, no se presenta ninguna transferencia de energía de un

objeto a otro.

Los análisis anteriores fueron realizados por Ludwig Boltzmann y Maxwell quienes dieron las ideas

para proponer los postulados de la TCG:

 Todo gas está formado por pequeñas partículas esféricas, llamadas moléculas.

 Las moléculas gaseosas se mueven a altas velocidades, en forma recta y desordenada.

 Los gases ejercen una presión continua al recipiente debido a los choques de las moléculas

con las paredes de éste.

 Los choques moleculares son perfectamente elásticos. No hay cambio de energía.

 No se toman en cuenta las interacciones de atracción y repulsión molecular.

 La energía cinética media de la translación de una molécula, es directamente proporcional

a la temperatura absoluta del gas.

Escalas de temperatura. El siguiente recuadro resume las tres escalas de temperatura más

utilizadas, comparando el valor de cada una para los puntos de fusión (p.f.) y ebullición (p.e.) del

agua.

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