Ley de difusión gaseosa)

[pic 1][pic 2]

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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Equipo 2

Objetivo general:

Determinar las velocidades de difusion de distintos gases y comprobar la Ley de Difusión de Thomas Graham.

Marco teorico:

De acuerdo con la teoría cinética-molecular, la energía cinética promedio de cualquier grupo de moléculas de gas (1 2 𝑚𝑢2 ) tiene un valor específico a una temperatura dada. Entonces, un gas compuesto por partículas ligeras, como el He, tendrá la misma energía cinética promedio que uno compuesto por partículas mucho más pesadas, como el Xe, siempre que los dos gases se encuentran a la misma temperatura.

Los gases son fluídos que carecen de volumen definido y forma propia, por lo tanto se expanden hasta ocupar todo el volumen disponible. A esta expansión espontánea de una sustancia por toda una fase, se le llama difusión.

Se ha observado que en un recipiente cerrado al introducir varios gases, el más ligero (el de menor masa molecular) es el que tiende a difundirse con mayor rapidez.

La ley que gobierna tales difusiones fue enunciada por Thomas Graham en 1829 y dice:

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“A TEMPERATURA Y PRESION CONSTANTE, LAS VELOCIDADES DE DIFUSION DE DIFERENTES GASES VARIAN INVERSAMENTE A LA RAIZ CUADRADA DE SUS DENSIDADES O PESOS MOLECULARES”.

Su expression matematica es:

[pic 7]

De donde:

V1=Velocidad de difusión del gas 1

V2=Velocidad de difusión del gas 2

M1=Peso molecular del gas 1

M2=Peso molecular del gas 2

ρ1=Densidad del gas 1

ρ2=Densidad del gas 2

Esta ley también puede deducirse por la teoría cinética de los gases, cuando se encuentran a las mismas condiciones.

Lo cual nos permite decir que la relación teórica [pic 8] que se deduce a partir de la teoría cinética de los gases, esta de acuerdo con la ley experimental de los gases ideales PV=nRT. En consecuencia podemos deducir una ecuación que nos permite calcular las velocidades absolutas de difusión.

Si:

[pic 9] y PV=nRT

Entonces:

[pic 10]

Por lo tanto:

[pic 11]

Esta ecuación nos permite calcular la velocidad cuadrática media de un gas si se conoce la temperatura absoluta de un gas (T) y su peso molecular (M). Para ello la constante ‘R’ tendrá un valor de 8.314x107 Ergios/mol ºK.

Entre las aplicaciones conocidas de la difusión gaseosa de gran importancia industrial, se encuentra la difusión fraccionada de gases con objeto de separar distintos isótopos.

Obteniéndose mayor eficacia cuanto más grande es la diferencia de masa de los isótopos a separar.

MATERIAL, EQUIPO Y SUSTANCIAS:

Sustancias iniciales:

-Amoníaco   NH3”[pic 12]

-Ácido clorhídrico  “CHl”

Materales:

1 Tubo de vidrio

2 tapones de hule

2 Motas de algodón

1 Cronometro

1 Escala graduada

2 Alfileres

1 Pinzas

[pic 13][pic 14]

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

PROCEDIMIENTO:

1. En esta práctica se medirán las velocidades relativas de difusión de HCl y NH3.

1. En cada tapón se coloca con un alfiler una mota de algodón y se pone a cada una cantidades aproximadamente iguales (4 o 5 gotas) de HCl y NH4OH respectivamente.

3.Se coloca inmediatamente y a un tiempo los tapones en cada extremo del tubo, que deberá estar previamente limpio y seco.

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[pic 16]

4.En este preciso instante, se comienzan a tomar las mediciones del tiempo hasta que en el interior del tubo se observe la formación de un anillo opaco (producto de la reacción de los gases difundidos).

NH4OH → H2O + NH3

NH3 + HCl → NH4Cl

5.Se señala el centro de dicha capacidad anular antes de que sufra una expansión y con la escala graduada se toman las distancias que hay de dicha señal a cada una de las motas de algodón. Ver figura 2.

6.Se realizara la experiencia tres veces limpiando para cada una el interior del tubo con un papel desechable.

7. Anotar las lecturas en la tabla:

>>Conversión de minutos a segundos

[pic 17]             [pic 18]             [pic 19]

Promedio t(seg)=[pic 20]

[pic 21]

>> NH3 (“V1”) MEDICION 1,2,3

Caso 1

             [pic 22]

Caso 2

             [pic 23]

Caso 3

             [pic 24]

>> HCL (“V2”) MEDICION 1,2,3

Caso 1

             [pic 25]

Caso 2

             [pic 26]

Caso 3

             [pic 27]

Cálculos:

CUESTIONARIO:

1. Con los datos de la tabla obtenidos experimentalmente, demuestre si se cumple la Ley de Graham, es decir si [pic 28] =[pic 29]

Comprobacion:                                            [pic 30]

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