ESCUELA DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA GENERAL QUÍMICA GENERAL II PRACTICA No. 3 EL ESTADO GASEOSO 1. INTRODUCCION: Las sustancias en Estado Gaseoso tienen propiedades físicas y químicas que las hacen diferentes de otras que se encuentran en un estado físico distinto. A través de la Teoría Cinética, de las Leyes de Boyle y de Charles, y basándose en las variables: Temperatura Absoluta, Presión y Volumen, es como se lleva a cabo el estudio del comportamiento físico de las sustancias gaseosas más conocidas como gases ideales, o simplemente gases. La PRESION ATMOSFÉRICA es otro factor incidente en este estudio, por ello, también debe ser considerada. Así, las llantas de un automóvil deben mantener el aire que encierran a una presión superior a la atmosférica, de lo contrario, no podrían soportar el peso del vehículo. Cuando una de estas llantas se pincha, el aire encerrado escapa y termina de hacerlo hasta que la presión interna de la llanta se iguala con la presión atmosférica. En la capital de Guatemala, esta presión tiene un rango que va de 640 a 644 milímetros de mercurio. El aire es el gas que será usado en las tres primeras partes de esta práctica. Dicho gas se encuentra encerrado en una jeringa hipodérmica, en un tubo grande de ensayo y en unas varillas que contienen agua para no dejarlo escapar. En las gráficas correspondientes a la segunda y tercera partes, se interpretará el comportamiento de dicho gas. Es muy importante que en esta práctica se atiendan las indicaciones que al respecto dará el Profesor de Laboratorio. 2. OBJETIVOS: PROVEER las condiciones para que el estudiante pueda: 2.1. Probar la validez de las Leyes de Boyle y de Charles, 2.2. Aplicar la ecuación del estado gaseoso, 2.3. Producir la sustancia gaseosa llamada anhídrido carbónico, 2.4. Calcular el peso molecular del gas producido, y 2.5. Calcular el % de error entre el peso calculado en base de la práctica y el teórico calculado con datos de la Tabla Periódica. 3. PRELABORATORIO: PRIMERA PARTE 3.1. Para el desarrollo de esta práctica, cada grupo de trabajo debe llevar al laboratorio: Regla graduada de 30 cm, jeringa graduada de 10 cm, una tableta de ALKA-SELTZER y un hilo. 3.2. Con ejemplos, explicar las siguientes propiedades de las sustancias que se encuentran en estado gaseoso: 3.2.1. Difusibilidad 3.2.2. Expansibilidad 3.2.3. Licuabilidad 3.2.4. Compresibilidad 3.2.5. Movilidad
3.3. Qué debe entenderse por cada uno de los términos y/o conceptos siguientes: 3.3.1. Condiciones normales o condiciones estándar 3.3.2. Gases ideales 3.3.3. Volumen molar normal 3.3.4. Condiciones críticas 3.4. Cuál es el enunciado de las leyes de: 3.4.1. Boyle 3.4.2. Charles 3.5. Qué Leyes están implicadas en cada una de las ecuaciones: 3.5.1. P 1 V 1 T 1 = P 2V 2 T 2 3.5.2. PV = nrt 3.6. Qué significan cada uno de los símbolos de las ecuaciones de la pregunta anterior? 3.7. Cuáles son los postulados de la teoría cinética que tienen relación con los gases? Enunciarlos. 3.8. Hay alguna/s diferencia/s entre los conceptos de: gas y vapor? Razonar la respuesta y ejemplificar. 3.9. Qué es la Presión Atmosférica? 3.10. Cuál es el volumen de un globo que se llena con 2 moles de hidrógeno, si la presión atmosférica es 725 torr y la temperatura de 35 C? 3.11. Investigar la toxicidad del dióxido de carbono, también conocido como anhídrido carbónico. 4. MATERIALES: 4.1.Equipo: Termómetro con tapón de hule Tubo de desprendimiento con tapón de hule 2 Pinzas universales Botella Manguera de hule Baño de María Soporte de metal Balanza Tapón de hule con varilla recta Tapón de hule con varilla doblada en ángulo de 90 grados. 4.2.Cristalería: 1 Tubo de ensayo grande Probeta de 100 ml Probeta de 10 ml Varilla capilar con agua 5. PROCEDIMIENTO: PRIMERA PARTE: 5.1. Propiedades Físicas de los Gases Las propiedades de las sustancias gaseosas son: difusibilidad, licuabilidad, movilidad, expansibilidad, compresibilidad. Observe cuales se manifiestan en el siguiente procedimiento: El aire será el gas en estudio. Página2
5.1.1. Halar el émbolo de la jeringa hipodérmica hasta la lectura máxima de la escala. Tapar con un dedo el extremo de la jeringa y empujar el émbolo. Entonces, se está ejerciendo presión sobre el gas en la jeringa. Anotar las observaciones. 5.1.2. Quitar el dedo del extremo de la jeringa y empujar hacia el fondo el émbolo, tanto como sea posible. Colocar el dedo nuevamente sobre la jeringa y tratar de sacar el émbolo. Anotar las observaciones. SEGUNDA PARTE 5.2. Volumen contra presión a temperatura constante (Ley de Boyle). Atender las instrucciones del Profesor de Laboratorio para armar el aparato que se muestra a continuación. Este experimento se realizará por mesa de laboratorio. 5.2.1. Llene un tubo de ensayo grande con agua del grifo hasta el borde. 5.2.2. En el lavadero, tape el tubo de ensayo con el tapón que contiene una varilla recta y una varilla en ángulo recto (90 grados). 5.2.3. Vacíe en una probeta de 100 ml el volumen de agua que contiene el tubo de ensayo y determine el volumen que es capaz de contener. 5.2.4. Mida 10 ml de agua con una probeta y trasváselos al tubo de ensayo. 5.2.5. Coloque el tapón que contiene las dos varillas nuevamente en la boca del tubo de ensayo, tapándolo. Revise que la varilla recta se sumerja en el agua. 5.2.6. Sujete el tubo de ensayo utilizando pinzas universales y coloque en posición vertical en un soporte. 5.2.7. A la varilla en ángulo recto, conecta una manguera de hule y el otro extremo de la manguera conéctelo a una jeringa sin aguja de 10 ml de capacidad, la cual deberá tener el émbolo midiendo 5 ml de aire. 5.2.8. Con su regla graduada mida en centímetros la altura desde la superficie del agua dentro del tubo de ensayo hasta la altura máxima que alcance en la varilla vertical. 5.2.9. Sus datos iniciales serán los siguientes: a. Presión inicial medida en cm de agua: la altura del agua dentro de la varilla. b. Volumen inicial de aire: el volumen de agua que es capaz de contener el tubo, menos los 10 ml de agua que contiene más los 5 ml que están en la jeringa. En este experimento considerará que la manguera es rígida, que el volumen de aire dentro de ella es constante y no afecta las mediciones. 5.2.10. Luego procederá a empujar el émbolo hasta que mida 4.6 ml, que corresponde a una disminución de 0.4 ml que tomará en cuenta para establecer su volumen número 2. 5.2.11. En este punto, debe medir la altura en centímetros del agua en la varilla vertical. Ésta será su presión número 2. 5.2.12. Realice otras 4 mediciones con disminuciones de 0.4 ml hasta que el émbolo marque 3 ml. 5.2.13. Con los datos obtenidos, construir una gráfica, colocando en el eje Y los valores del volumen en ml y en el eje X los valores de la presión medida en cm de agua. Presentar esta gráfica como parte del reporte, explicando la manera como se muestra que la ley de Boyle se cumple. Página3
TERCERA PARTE: 5.3. Volumen contra temperatura a presión constante (Ley de Charles). 5.3.1. Colocar una varilla capilar con agua en posición vertical y anotar la altura de la cámara de aire. Altura cm = mm. 5.3.2. Atender las indicaciones del Profesor de Laboratorio y armar el aparato tal y como se muestra a continuación. Amarrar con un hilo el tubo con agua y el termómetro, cuidando que las bases de ellos estén en la misma altura. Sumergir en el tubo de ensayo que debe contener 50 ml de agua del grifo. 5.3.3. Sujete el tubo de ensayo utilizando pinzas universales y coloque en posición vertical en un soporte. 5.3.4. Anotar la temperatura que marca el termómetro dentro del tubo; esta lectura será la temperatura inicial. 5.3.5. Calentar el aparato lentamente. Efectuar lecturas del volumen (longitud de la cámara de aire), cada 10 grados centígrados, hasta completar un total de 5 lecturas, en un rango de 25 C hasta 70 C. 5.3.6. Con los datos obtenidos, construir una gráfica en papel cuadriculado colocando en el eje X las temperaturas absolutas y en el eje Y el volumen que le corresponde a cada una. Presentar esta gráfica en el reporte e interpretar la manera en que muestra el cumplimiento de la ley de Charles. Página4
CUARTA PARTE: 5.4. Determinación del peso molecular y la densidad del anhídrido carbónico. 5.4.1. Armar el aparato tal y como se muestra en el siguiente esquema. 5.4.2. Tomar media tableta de ALKA-SELTZER. 5.4.3. Dentro del tubo de ensayo, coloque 5 ml de agua destilada, ciérrelo con el tapón y el tubo de desprendimiento. 5.4.4. Pesar conjuntamente el tubo así cerrado y la media tableta, sin introducir la tableta en el tubo. Anotar este peso. Introducir un extremo de la manguera dentro de la botella con agua. 5.4.5. Conectar el otro extremo de la manguera de hule al tubo de desprendimiento, destapar el tubo y depositar en él, la fracción de la tableta; antes de que se inicie la reacción cerrar herméticamente el tubo. 5.4.6. Cuando hayan transcurrido de 5-10 minutos, de reacción, puede tomar el tubo con la mano, presionando el tapón con los dedos índice y medio, agitar suavemente apoyando el codo en la mesa. 5.4.7. Al terminar la reacción, marque en la botella el nivel de agua. 5.4.8. Invertir la botella, ajustar la cantidad de agua hasta el nivel marcado. Luego, medir el agua, usando para ello una probeta graduada. Este será el volumen del gas que desplazó el agua en las condiciones del laboratorio. 5.4.9. Pesar nuevamente el tubo de ensayo con el tapón, el tubo de desprendimiento y el líquido que contiene; compare este peso con el obtenido en 4. La diferencia entre ambos, será el peso del volumen del anhídrido carbónico desprendido, en las condiciones del laboratorio. 5.4.10. En base de los datos anteriores, hacer los cálculos adecuados y obtener: a) Densidad del gas en las condiciones de laboratorio. b) El peso molecular del anhídrido carbónico calculado en base a la tabla periódica. c) El peso molecular del CO2 calculado según los datos experimentales. d) La diferencia entre el PM encontrado experimentalmente y el calculado: e) Porcentaje de error= Valor experimental-valor teórico ( ) 100 Valor teórico Página5
6. CUESTIONARIO: 6.1. Qué propiedades del aire se comprueban en la primera parte? 6.2. En la segunda parte del procedimiento: por qué puede considerarse que la presión es la medida de la altura de la columna de agua? 6.3. Cambia la masa del ALKA-SELTZER durante el experimento? Razonar la respuesta. 6.4. Qué razones hay para que el bulbo del termómetro quede a nivel de la cámara de aire en la tercera parte? 6.5. Gráficas: 6.5.1. Gráfica de la segunda parte 6.5.2. Gráfica de la tercera parte 6.6. Pudo probarse la validez de las Leyes de Los Gases? Razonar la respuesta, interpretando cada una de las gráficas. Página6