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

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OBJETIVO

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

MARCO TEORICO

Los estados clásicos de la materia son el sólido, el líquido y el gaseoso. El primero se caracteriza por tener forma y volumen definidos, el segundo tiene volumen definido, pero adquiere la forma del recipiente que lo contiene y el tercero ocupa todo el volumen del recipiente donde está contenido. Además de los estados clásicos, existen otros como el pastoso y el plasma. El movimiento molecular y la gran separación entre las partículas en el estado gaseoso, permiten explicar propiedades tan importantes como la compresión, la difusión, la dilatación y la elasticidad.

EL gas ideal o perfecto

Se denomina gas ideal a un gas hipotético o imaginario que presenta las siguientes características:

1. Está constituido por moléculas pequeñísimas ubicadas a gran distancia entre sí; su volumen se considera despreciable en comparación con los espacios vacíos que hay entre ellas.
2. Las moléculas de este gas son totalmente independientes unas de otras, de modo que no existe atracción intermolecular alguna.
3. Las moléculas del gas ideal se encuentran en movimiento continuo, en forma desordenada; chocan entre sí y contra las paredes del recipiente, de modo que dan lugar a la presión del gas.
4. Los choques de las moléculas son elásticos, no hay pérdida ni ganancia de energía cinética, aunque puede existir transferencia de energía entre las moléculas que chocan.
5. La energía cinética media de las moléculas es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas; se considera nula en el cero absoluto.

Evitando las temperaturas extremadamente bajas y las presiones muy elevadas, se puede considerar que los gases reales se comportan como un gas ideal.

Ecuación de estado

Todas las leyes de los gases descritas anteriormente se pueden reunir en una sola expresión que relaciona las cuatro variables y que se conoce como ecuación general del estado gaseoso o ecuación de estado.

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donde R es la constante universal de los gases.

Ecuación de Van der Waals

Van der Waals introdujo correcciones que tenían en cuenta el volumen finito de las moléculas y las fuerzas atractivas que una molécula ejercía sobre otra a distancias muy cercanas entre ellas para gases reales.

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Donde:

n=Número de moles(g/mol)                        P=Presión del gas (atm)

V=Volumen del gas(litro)                              

R=Constante general de los gases ideales (0.082atmlitro/molºK)

T=Temperatura(°K)                                       a, b=Constantes de Van der Waals

La ley del gas ideal puede ser vista como el resultado de la presión cinética de las moléculas del gas colisionando con las paredes del contenedor de acuerdo con   las   leyes   de   Newton.  

Pero   también   hay   un   elemento   estadístico   en   la determinación de la energía cinética media de esas moléculas. La temperatura se considera proporcional a la energía cinética media; lo cual invoca la idea de temperatura   cinética. Una   mol   de   gas   ideal   a TPE (temperatura   y   presión estándares), ocupa 22,4 litros.

Ecuación de Berthelot

Una vez que Van der Waals presentó su ecuación corrigiendo para gases reales diferentes científicos se dieron a la tarea de desarrollar ésta y a obtener nuevas ecuaciones tratando siempre de aumentar la exactitud, así como de poder cubrir ciertos intervalos de trabajo para los cuales la ecuación de Van der Waals no arrojaba resultados adecuados.

Es la ecuación de Van der Waals modificada para tomar en cuenta la dependencia de las fuerzas de atracción con la temperatura. Se expresa de la siguiente manera:

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Donde:

n=Número de moles(g/mol)                                P=Presión del gas (atm)

Pc= Presión critica del gas (atm)                       V=Volumen del gas(litro)

R=Constante general de los gases ideales (0.082atmlitro/molºK)

T=Temperatura(°K)                                             Tc=Temperatura critica del gas (°K)

Esta ecuación permite una mayor exactitud a bajas presiones y temperaturas.

CUESTIONARIO

1. Anote sus resultados experimentales obtenidos:

Nota: Los valores de la tabla fueron modificados con respecto a los proporcionados en el laboratorio debido a que los anotados anteriormente tenían errores (el cual consiste en que colocábamos mal el frasco con la sustancia)

1. Considerando comportamiento ideal, calcule el peso molecular de la sustancia problema:

P= 585 mmHg – Pvapor del agua

P = 585 mmHg – 30.1 mmHg

P = 554.9 mmHg

T °K = T ºC + 273

TCCl4 = 29 + 273

TCCl4 = 302 °K

TCHCl3 = 29 + 273

TCHCl3 = 302 °K

Vlitros = Vcm3 * [pic 19]

VCCl4 = 8cm3 *  [pic 20]

VCCl4 = 0.008 litros

VCHCl3 = 5.6cm3 *  [pic 21]

VCHCl3 = 0.0056 litros

M= RT[pic 22]

MCCl4= x62.32 x 302 °K[pic 23][pic 24]

MCCl4 = 317.97 [pic 25]

MCHCl3 = x62.32 x 302 ºK[pic 26][pic 27]

MCHCl3 = 484.53 [pic 28]

1. A partir de los pesos atómicos determine el peso molecular de la sustancia problema.

Peso Atómico:

         CCl4                                                                      CHCl3

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