Laboratorio de Química Aplicada Práctica No. 2: Determinación del peso molecular

Laboratorio de Química Aplicada

Práctica No. 2: Determinación del peso molecular

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

Determinar el peso molecular de un gas con datos experimentales a partir de la Ecuación General del Estado Gaseoso y la de Berthelot.

CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Pesos moleculares de los gases:

Son esenciales para todo tipo de cálculos. Para establecer el peso molecular se necesita el análisis químico y las mediciones físico-químicas. El análisis químico proporciona la composición y la formula empírica, y las mediciones físico-químicas dan el factor por el cual debemos multiplicar la fórmula empírica. Ejemplo:

El análisis químico nos dice que el etano está constituido por C e H en proporción 1 a 3 (CH3), y las mediciones de densidad señalan que su fórmula no es tal si no el múltiplo de la misma C2H6.

Hasta el año 1961 todos los pesos moleculares se basaban en la elección arbitraria del oxígeno (16.0000), entonces La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada adopto el isótopo (átomo de un mismo elemento) más abundante del Carbono C12 al que asigno el peso 12.0000. Así el peso del oxígeno cambio a 15.9994 y 31.9988. Ahora que se conoce el peso molecular del oxígeno podemos calcular los pesos moleculares restantes de los gases por métodos físico-químicos utilizando la hipótesis de Avogadro.

En físico-química la unidad empleada para la masa es el gramo, siendo el mol gramo el peso de una sustancia correspondiente al gramo molecular. Para calcular el peso molecular se utiliza la ley de los gases ideales:

PV=nRT=W/M RT -> M =WRT/PV

W = Peso del gas

n = Número de moles

M = Peso molecular

P = Presión

V = Volumen

R = La constante

T = Temperatura

p = Densidad =W/V

Sustituyendo p en la fórmula:

M =pRT/P

Método de Regnault para la determinación de los pesos moleculares:

Se utiliza para calcular el peso molecular de sustancias gaseosas a temperatura ambiente, y se realiza así:

Un matraz de vidrio de unos 300 a 500cc. de capacidad, provisto de llave, se evacúa y pesa, llenándolo a continuación con el gas cuyo peso molecular se busca a una temperatura y presión, procediendo a pesarlo de nuevo. La diferencia de pesos representa el del gas W en el matraz cuyo volumen se determina llenándolo y pesándolo con agua o mercurio, cuyas densidades se conocen. Con estos datos se calcula el peso molecular utilizando la formula anterior.

Método de Dumas para la determinación de las densidades de vapor:

Es el método para determinar el peso molecular en fase de vapor de los líquidos muy volátiles.

Se toma un bulbo de forma de retorta provisto de una pequeña abertura conectada a un tubo capilar y se pesa primero lleno de aire. Se coloca inicialmente dentro del bulbo frío, unos centímetros cúbicos del líquido y después se sumerge en un baño cuya temperatura es superior al punto de ebullición de ese líquido. Se hierve hasta que los vapores formados expulsan el aire del matraz y la vaporización es completa; entonces se sella el bulbo, se enfría a la temperatura ambiente y se pesa.

El volumen se determina por el método de Regnault. La presión del vapor durante el sellado es la atmosférica y la temperatura la del baño. El peso del vapor, después de las debidas correcciones se deduce mediante la ecuación

El valor de Waire se obtiene multiplicando el volumen del frasco por la densidad del aire, y si conocemos P, V, T y Wvapor, el peso molecular del líquido en la fase de vapor se calcula como antes.

Método de Victor Meyer para las densidades de vapor:

Al igual que el de Dumas sirve para las densidades de vapor pero es más simple y flexible.

Aparato de Meyer: consta de un tubo interior B, de 50cm rodeado de una camisa A, parcialmente llena con un líquido cuyo punto de ebullición es por lo menos 30° mayor que el de la sustancia en estudio. La función de A es mantener la temperatura del tubo interior constante. Dentro de B, existe otro tubo C, abierto en el fondo y por el cual pasa una varilla metálica o de vidrio sujeta con un tapón de hule en la parte superior y provisto de un anzuelo en el fondo. La salida de B comunica con una bureta de gas G, llena de agua, en cuyo caso es necesario hacer la corrección de presión del vapor acuoso, o bien se utiliza mercurio. L es un bulbo de nivel que permite el ajuste de presión del gas de la bureta en G, a la atmosférica.

El líquido a estudiar va encerrado en una ampolla diminuta P ya pesada. Después se extrae el líquido necesario para producir unos 40 o 60 cc de vapor y se sella el bulbo con cuidado con una llama, pesándose de nuevo. La diferencia de pesadas nos da el líquido a evaporar. La ampolla se cuelga en el anzuelo y el aparato queda dispuesto como lo muestra la figura.

Para hacer una medición, se hierve el líquido en A y se mantiene así. Al alcanzar el equilibrio térmico (niveles G y L iguales) se anotan los datos. A continuación se rompe la ampolla haciendo chocar su cuello contra la base de C, al mover, desde D, la varilla hacia arriba.

Entonces, se vaporiza el líquido y el volumen de aire se desplaza desde el fondo de B a la bureta de gas, en una proporción igual al de los vapores formados a la temperatura del tubo interior. En cuanto enfría a temperatura ambiente se mide el volumen. Si esta en equilibrio térmico la presión del aire es la atmosférica exterior a la bureta y la temperatura nos la proporciona el termómetro H.

Determinado el peso W de líquido y su volumen como vapor a la temperatura ambiente T y presión P, la densidad del vapor y su peso molecular se calculan fácilmente.

Determinación exacta de los pesos moleculares:

Utilizando la ley de los gases ideales los resultados de los pesos moleculares no son exactos. Si se quiere un dato exacto se basa en la

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