PRÁCTICA Nº 3 DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR.

PRÁCTICA Nº 3

DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR.

OBJETIVO:

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

MARCO TEÓRICO:

LA ECUACIÓN DEL GAS IDEAL.

La constante de proporcionalidad depende de la cantidad de sustancia gaseosa considerada. Cuando esta circunstancia se introduce en la ecuación ( ) , es decir se trabaja con un número de moles ( cantidad de sustancia gaseosa) distinto de uno resulta la expresión de la Ecuación del gas ideal:

Ecuación del Gas Ideal.

donde n es el número de moles de la muestra gaseosa considerada y R es la llamada constante de los gases perfectos igual a: 0,082 atm • K-1 • mol-1.

Cuando se opera con gases reales, los datos hallados experimentalmente no coinciden con los calculados usando las leyes volumétricas, particularmente cuando las presiones y temperaturas se apartan mucho de las habituales. Los gases reales cumplen con aproximadamente las leyes volumétricas.

El estudio del comportamiento real requiere ecuaciones físicomatemática complicadas. Por razones de simplicidad, se admite su comportamiento ideal, ajustado a las leyes volumétricas. Los resultados deducidos teóricamente difieren poco de los experimentales. En la mayoría de las aplicaciones comunes, los errores cometidos son tan pequeños que se desprecian.

Condiciones normales de presión y de temperatura. Constante general de los gases El volumen de un gas varía notablemente cuando se modifican la presión y la temperatura del sistema. En las comunicaciones científicas, la rápida comparación de las mediciones es facilitada por la adopción de las condiciones normales de presión y de temperatura. Se ha convenido en definir dos constantes:

La Presión normal:: Po 1 atm 760 mmHg

La Temperatura normal: To 0 ºC 273 ºK

El Volumen normal: Vo 22,414 lt

Tantas veces son citadas estas condiciones normales normales que se las indica abreviadamente con la sigla CNPT.

El valor de la constante general de los gases resulta entonces de aplicar la ley del gas ideal a un mol de cualquier gas ideal.

Ecuaciones vinculadas a la ecuación del gas ideal.

El número de moles de una sustancia se calcula a partir del cociente de la masa dividido su masa molar, por lo que se obtiene la siguiente expresión derivada de la ecuación de estado:

A la vez, si recordamos que la densidad es la masa de la unidad de volumen, y que se calcula dividiendo la masa por su volumen, tendremos:

También es posible calcular la masa molar de una sustancia a partir de:

LICUACIÓN DE LOS GASES.

Si se repite la compresión de un gas a temperaturas constantes pero cada vez más bajas, se observará que, por debajo de una determinada temperatura, la presión ascendente del gas se detiene a cierta altura y se mantiene allí invariable aunque continúe aumentando la compresión. Esto se debe a que el acercamiento entre las moléculas y la disminución de la energía cinética de las mismas, permite que predominen las fuerzas de Van der Waals, las que tienden a condensar el gas, es decir, a convertirlo en estado líquido.

Para que sea posible este proceso de licuación de un gas por compresión, es necesario descender su temperatura por debajo de cierto nivel, conocido como temperatura crítica. Se denomina presión crítica a la presión requerida para licuar un gas a nivel de su temperatura crítica.

Ningún gas puede ser licuado sin enfriarlo primero por debajo de su temperatura crítica, y la presión necesaria para su licuación será tanto menor cuanto más lejos de ese nivel se haya descendido la temperatura del gas. En los cilindros de gases comprimidos utilizados en medicina y en la industria, se encuentran en estado líquido aquellos gases cuyos valores de temperatura crítica son superiores a los valores ordinarios de temperatura ambiente. Tal es el caso del bióxido de carbono, óxido nitroso y del ciclopropano (este último ya no se emplea). Por otro lado, el aire atmosférico, el oxígeno, el helio y el nitrógeno con muy bajos valores de temperatura crítica, sólo pueden ser envasados en estado líquido en condiciones especiales que mantengan una temperatura muy baja.

Debe recordarse que la presión registrada en el cilindro de cualquier gas licuado no se modificará durante su consumo mientras quede una parte del gas en estado líquido. Por lo tanto, solamente pesándolo se puede conocer el contenido de un cilindro de un gas licuado.

GASES REALES.

Los gases reales no se cumplen con los siguientes postulados:

• Los gases se componen de moléculas cuyo tamaño es despreciable comparado con la distancia media entre ellas.

• Las fuerzas intermoleculares son débiles ó despreciables. Salvo en el momento de la colisión.

Ecuación de Van der Waals.

La ecuación de Van der Waals, fue presentada en 1873 como un perfeccionamiento semiteórico de la ecuación de gas ideal. La ecuación de estado de Van der Waals es:

La constante b es la corrección por el volumen ocupado por las moléculas, y el término es una corrección que toma en cuenta las fuerzas de atracción intermolecular. Como podría esperarse en el caso de una ecuación generalizada, las constantes a y b se evalúan a partir del comportamiento general de los gases. En particular estas constantes se evalúan observando que la isoterma crítica pasa por un punto de inflexión en el punto crítico, y que la pendiente es cero en ese punto.

Ecuación de Berthelot.

La ecuación de estado de Berthelot es ligeramente más compleja que la ecuación de Van Der Waals. La ecuación de Berthelot para presiones elevadas es difícil de manipular. La ecuación modificada de Berthelot a presiones bajas se reduce a:

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