informe 7 difusión de gases

7/26/2019 informe 7 difusin de gases

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A medida que el ser humano va descubriendo nuevos conocimientos se dacuenta que todo ello gira a su alrededor; es decir en torno a su experienciadentro de la naturaleza que proporciona cada vez ms nuevosdescubrimientos. Es por ello el presente tema difusin de gasesno esajeno a nuestra realidad .La difusin siempre procede de una regin de maor

concentracin a otra menos concentrada. A pesar que las velocidadesmoleculares son mu grandes! el proceso de difusin de gases toma untiempo relativamente grande para completarse. "or ejemplo! cuando en unextremo de la mesa de laboratorio se abre una botella de una disolucinconcentrada de amoniaco! pasa un tiempo antes de que una persona que est#en el otro extremo de la mesa lo pueda olerlo. La razn es que una mol#culaexperimenta numerosas colisiones mientras se est en moviendo desde unextremo al otro de la mesa ."or ello la difusin de los gases siempre sucede enforma gradual! no en forma instantnea! como parece sugerir lasvelocidades moleculares.

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DIFUSIN DE GASES

I) ESTADO GASEOSO

Los gases! igual que los l%quidos! no tienen forma japero! adiferencia de #stos! su voumen tam!o"o es jo. &ambi#nson #uidos! como los l%quidos.En los gases! as fuer$as %ue mantienen unidas as !art&"uasson mu' !e%ue(as. En un gas el n'mero de part%culas por unidadde volumen es tambi#n mu peque(o.Las part%culas se mueven de forma desordenada! con choques entre

ellas con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explicalas propiedades de e!ansi*iidad "om!resi*iidadquepresentan los gases) sus part%culas se mueven libremente! de modoque ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene unl%mite! si se reduce mucho el volumen en que se encuentra con*nadoun gas #ste pasar a estado l%quido.Al aumentar la tem!eraturalas part%culas se mueven ms deprisa chocan con ms energ%a contra las paredes del recipiente! por lo queaumenta la presin.

II) +ON+E,TOS I-,O.TANTES

/0 Difusin

+


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La difusin gaseosaes la dispersin gradual de un gasen el senode otro. ,e este modo las mol#culas de una sustancia se esparcenpor la regin ocupada por otras mol#culas! colisionando movi#ndose aleatoriamente. Este es un proceso mu rpido! no esnecesario un cuerpo por el que difundirse! a que se difunde tambi#npor el vac%o. La efusines la fuga de un gas hacia el vac%o por mediode un peque(o ori*cio o de una membrana porosa! debido a que lasmol#culas del gas colisionan con ms frecuencia con el poro donde lapresin es ms alta. ,e este modo! ha ms mol#culas que pasan dela zona de alta presin a la de baja que al contrario.En $-/!&homas 0raham! un qu%mico escoc#s demostr que lavelocidad de efusin difusin de los gases es inversamente

proporcional a la ra%z cuadrada de su masa molar.

de esta le se deduce que si la velocidad de efusin o difusin esinversamente proporcional al tiempo que tarda en escapar unadeterminada cantidad de gas! implica necesariamente que el tiempode efusin necesario para la efusin de un cierto n'mero de molesde mol#culas es directamente proporcional a la ra%z cuadrada de lamasa molar.

A!i"a"ionesLa difusin gaseosa fue una de las varias tecnolog%as para laseparacin de istopos de uranio desarrolladas por parte del"roecto 1anhattan para producir uranio enriquecido forzando que elhexa2uoruro de uranio 3'nico compuesto del uranio gaseoso4atraviese membranas semi5permeables. Esto produce una liger%simaseparacin entre las mol#culas que contienen uranio5+67 uranio5+6-. 1ediante el uso de una gran cascada de muchos pasos! se

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https://es.wikipedia.org/wiki/Gashttps://es.wikipedia.org/wiki/Efusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/1860https://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Grahamhttps://es.wikipedia.org/wiki/Efusi%C3%B3nhttps://es.wikipedia.org/wiki/1860https://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Grahamhttps://es.wikipedia.org/wiki/Gas


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pueden conseguir grandes separaciones. Actualmente ha quedadoobsoleta ante la nueva tecnolog%a de centrifugadoras de gas! querequiere mucha menos energ%a para conseguir la misma separacin.

,e las varias tecnolog%as de separacin 'ltimamente utilizadas por el

"roecto 1anhattan! la de difusin gaseosa fue probablemente lams signi*cativa. Los edi*cios de proceso construidos para lascascadas fueron en su momento los ms grandes jams construidos.La preparacin de la materia a tratar! el hexa2uoruro de uranio3conocido en el mercado como hex 4 fue la primera aplicacin para la2uorine producida comercialmente! los problemas generados por elmanejo tanto de la 2uorina como del hex como gases corrosivosfueron signi*cativos.

8e construeron grandes plantas de difusin gaseosa en los Estados

9nidos! la 9nin 8ovi#tica 3incluendo una planta que ahorapertenece a :azajistn4! el eino 9nido! o obstante! alguna de la tecnolog%a utilizada enbombas membranas sigue siendo secreta! algunos de losmateriales utilizados contin'an sujetos a controles de exportacincomo una parte del esfuerzo continuo para controlar la proliferacinnuclear.

10 Efusin

La efusin es el proceso que ocurre cuando un gas que est bajopresin escapa de un recipiente hacia el exterior por medio de unaabertura. 8e sabe por medio de demostraciones que la velocidad deefusin es directamente proporcional a la velocidad media de lasmol#culas.

El fenmeno de efusin est relacionado con la energ%a cin#tica delas mol#culas. 0racias a su movimiento constante! las part%culas deuna sustancia se distribuen uniformemente en el espacio libre. 8i

ha una concentracin maor de part%culas en un punto! habr mschoques entre s% que se movern hacia las regiones de menorn'mero) las sustancias se efunden de una regin de maorconcentracin a una regin de menor concentracin.

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III) TEO.2A +IN3TI+O -O4E+U4A.

El estudio del comportamiento de los gases est basado en las leyes estudiadaspreviamente y se explica mediante la teora cintico molecular,la cual fue enunciada por

el fsico alemn Rudolf Clausius, que establece lo siguiente:

Los gases estn formados por partculas muy pequeasllamadas molculas

Las distancias entre ellas son muy grandes, en comparaci!n con sus dimetros, de

modo que se considera que las molculas poseen masa pero tienen volumen despreciable

Las molculas de un gas se mueven constantemente, en todas direcciones y al

azar, adems los c"oques o colisiones son elsticos #o todas las molculas se mueven

con la misma velocidad, las cuales son muy altas $or e%emplo, la velocidad media de una

molcula de "idr!geno, &', a '( )C es de *+- ms.*, casi /00 1m2"ora En consecuencia,

poseen energa cintica, Ec:

EC = m2

donde: mes la masa de la molcula gaseosa

es la velocidad promedio con la que se despla3a

No eisten !uerzas de atracci"n ni repulsi"n entre las molculas de un gas

ideal, ni entre stas y su recipiente $or lo tanto, cuando una molcula c"oca contra otra, laenerga se transfiere de una a otra pero la energa total de todas las molculas

permanece sin cambio

La energa cintica de las molculas es proporcional a la temperaturadel gas,

en grados 4elvin 5os gases cualesquiera a la misma temperatura, tendrn la misma

energa cintica

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#$servaciones

6l aumentar la temperaturadel gas, se incrementa la velocidadde las

molculas, por lo tanto aumenta la energa cintica,Ec, y se incrementa el n7mero de

colisiones o de c"oques

La energa cintica total de un mol de un gas cualquiera es:

donde: R es la constante de los gases ideales

8 es la temperatura absoluta

La velocidad molecular promedio o velocidad cuadrtica media es:

donde: R es la constante de lso gases ideales

8 es la temperatura absoluta

9 es la masa molar del gas

En consecuencia, a una misma temperatura, las molculas ms pesadas,

tendrn menor velocidad cuadrtica media

La presi"nes el resultado del c%oque de las molculas contra las paredesdel

recipiente, si aumenta el n&mero de c%oques, estar aumentando la presi"n

6l disminuir el volumendel recipiente, la distancia entre las molculas de un

gas se acorta, producindose los c%oques con mayor !recuencia


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I5) 4E6 DE G.A7A-

A pesar de que las velocidades moleculares son mu elevadas! elproceso de difusin o de efusin! requiere de cierto tiempo! debido alelevado n'mero de colisiones que experimentan las mol#culas enmovimiento.

En $-+@ T8omas Gra8amdetermin que cuando , ' T son"onstantes! la velocidad de difusin de las sustancias gaseosas esinversamente proporcional a la ra%z cuadrada de sus pesosmoleculares)

En otras palabras! bajo las mismas condiciones de " &! lasmol#culas de un gas ligero se desplazan con maor rapidez que lasde un gas pesado.

Im9genes iustrativas:
http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/history/graham.htmlhttp://chemed.chem.purdue.edu/genchem/history/graham.html


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-


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E;,E.IEN+IA NO.ATO.IO

I) -ATE.IA4ES 6 .EA+TI5OS1ateriales) 9n tubo de difusin de vidrio de dimetro uniforme de unadeterminada longitud! huape! tapon de goma! una regla graduada!goteros! cocinilla el#ctrica! pinza de madera! pisceta! cronometro.

eactivos) B=l concentrado! >B?CB concentrado.

II) ,.O+EDI-IENTO E;,E.I-ENTA4 Antes de realizar la experiencia asegurarse que el tubo de difusin

este completamente limpio! seco a temperatura ambiente. Dnstalar el equipo de acuerdo a la *gura siguiente)

@


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=on un tapn de goma! corcho o guaipe cerrar herm#ticamente cadaextremo del tubo de difusin.

Adicionar simultneamente cinco gotas de B=l >B?CBrespectivamente en cada ori*cio superior taparlos inmediatamentecon un poco de guaipe. Anotar el tiempo inicial.3a partir de la 'ltimagota4.

Cbservar cuidadosamente la formacin de un halo de >B ?=l! el cualdetermina el punto de contacto de ambos gases. 1arcar el punto anotar el tiempo *nal.

1edir las distancias con la regla entre el punto de contacto losori*cios superiores.

Lavar! limpiar secar el tubo de difusin. epetir el experimento doso tres veces. &ener en cuenta la temperatura ambiental.

III) +?4+U4OS:

8e sabe que el cido clorh%drico B=l desprende vapores de cloruro dehidrogeno B=l que el hidrxido de amonio >B?=l desprendevapores de >B6.

Establecer la relacin experimental 3e4.

$/

.eferen"ia !ara e "9"uo de 5eo"idades :

v Hcl

v NH3 2 MHcl

M NH3 236,5

17

$!?


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$$

e(HCl)t

.e @V NH3

V NH3 @ @20,3

9,3 @

10/Be(NH3)

t

C Error @1,462.18

1,46 @ 0 @

0

e(HCl)t

.e @V NH3

V NH3 @ @17.8

11,8 @

/0e(NH3)

t

C Error @1,461.5

1,46 @ 01= @

01=

e(HCl)

t

.e @V NH3

V NH3 @ @17,5

12,1 @

/0

e(NH3)

t

C Error @1,461.44

1,46 @ 0/H @

0/H


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La relacin de vol'menes 3F$GF+4 espacios son iguales 3Hreatransversal constante! por ser el dimetro uniforme4.

=alcular la relacin experimental promedio.

Establecer la relacin terica 3t4

1$ masa molecular del >B6.

$+

e 3$ I + I 64G6

F$ 3>B64

t JJJJJJJJJJJJJJJJ 2M2/M1

F+ 3B=l4


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1+ masa molecular del B=l.

DES+.I,+IN 6 DIS+USIN

I Antes de realizar la experiencia! asegurarse que el tubo de

difusin est# completamente limpio! seco a temperaturaambiente."ara ello necesitamos de la auda de un cable de cobre losu*cientemente largo para cruzar extremos del tubo dedifusin! mientras se va deslizando una bolita de algodnque limpiar secar completamente la super*cie internade este material.

II DD. Dnstalar el equipo de acuerdo a la siguiente *gura

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III =on un &apn de goma! corcho! o huape! cerrarherm#ticamente cada extremo del tubo de difusin9na vez limpio seco el tubo! nos tenemos que asegurarque se encuentre totalmente cerrado para que no haigafuga de gases a usar. "or ello! lo usual es colocar tapones a

los extremos de este tubo. &al como se muestra en laimagen)

I5 En lo posible colocar el tubo de difusin sobre una super*cieoscura 3negra o azul4.

,ado que queremos visualizar el fenmeno con claridad!necesitamos recostar el tubo en una planilla oscura! puedeser una cartulina! tambi#n que se encuentre aproximada aun nivel horizontal para evitar ventaja de gravedad.

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5 Adicionar simultneamente + gotitas de B=l >B?CBrespectivamente en cada ori*cio superior taparlosinmediatamente con un poco de guaipe. Anotar el tiempoinicial 3a partir de la 'ltima gota4.>ecesariamente! para verter estas gotas se necesita de

mucha coordinacin con el compa(ero de apoo! a que undesbalance ocasionar%a incremento en el porcentaje deerror. Adems! necesitamos de un instrumento de precisinpara dejar caer exactamente dos gotas! as% queemplearemos goteros que contienen cada uno losrespectivos gases. Dnmediatamente! taparemos los ori*ciossuperiores por donde caeron las gotas.

5I Cbservar cuidadosamente la formacin e un halo de >B?=l!

el cual determina el punto de contacto de ambos gases.1arcar el punto anotar el tiempo *nal.

=uando ambos gases se encuentren se empezar a formar un halo.8er mu fcil de observarlo! puesto que tiene un color blanco contrasta con la super*cie. En el punto de encuentro dejaremos unamarca e indicaremos el tiempo transcurrido. =abe mencionartambi#n que al ser simultaneo el desplazamiento! al relacionarvelocidades! el tiempo en com'n no in2uir. 8in embargo! es

recomendable calcular el tiempo! para saber cuntas pruebas mspodemos realizar en el tiempo que se nos otorga.

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5II 1edir las distancias! con la regla! entre el punto de contacto los ori*cios superiores.La distancias a relacionar sern medidas con una regla!dichas distancias son las que van en la cartulina! a la alturade los ori*cios superiores! hasta la marca que se hizo.El cociente debe aproximarse al valor terico.

5III Lavar! limpiar secar el tubo de difusin. epetir esteexperimento dos o tres veces. &ener en cuenta latemperatura ambiental.En cada intento adicional! notaremos que los resultados seaproximan o alejan al valor terico. Ello se debe a que lascondiciones en las que se realiza la prueba no son las

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adecuadas. Existen errores tanto materiales como humanos!por eso resulta mu complicado llegar a obtener unporcentaje de error mu peque(o.

$. K=ul de los gases de las alternativas se difundir con maor rapidez! si seencuentran todos ellos a +/ = ? atm! a trav#s de iguales ori*ciosM

a4 =$+ b4 =6B- c4 >C+ d4 =B?

"ara la solucin tendr%amos que determinar laM el del menor peso

molecular ser%a el de maor rapidez por lo que es liviano.

M 3=$+ 4 $??M 3=6B-4 ??M 3>C+ 4 ?

M 3=B?4 $

=$+ >C+ =6B-=B?

$

CUESTIONARIO

1E>C1ANC


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+. K=ul es la masa molar de un compuesto que tarda +! veces ms tiempoen efundir a trav#s de un tapn poroso que la misma cantidad de Oe< +a lamisma temperatura presinM

v1

v2=

M

2M1

d

t1 t2

t1=

M

2M1

d

t2

t

2.8 t=

243.29

x x $@/.6@

6. 9n hidrocarburo de formula emp%rica =+B6tarda 6?@ s en emanara trav#s de un tapn poroso; en las mismas condiciones de temperatura presin! el mismo n'mero de mol#culas de argn emana en +$/ s. K=ul es lamasa molar la formula molecular del hidrocarburoM


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velocidad de / cmGmin en un determinado aparato de difusin K=ul ser lavelocidad de BQr en el mismo aparato a la misma presin temperaturaM

v1

v2 d 2

d 1 /cm

min

1min

60 s 3.60

0.714

F+

F+/.7+ cmGs

$@

RECOMENDACIONES


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El tubo de difusin debe estar en una posicin horizontal! sino

el clculo ser%a errneo. &ratar de colocar la misma cantidad de concentrados dentro deltubo de difusin

&apar inmediatamente el tubo de difusin no dejar huecos por los queel gas escape.

El alumno que sostiene el tubo de difusin! debe tratar de no mover eltubo porque eso mezclar%a los concentrados antes de tiempo.

Estar atento a la hora de la formacin del halo que se formara! siel halo empieza a trasladarse el experimento tendr que repetirse.

1arcar de manera rpida el momento justo de la formacin del

halo durante el experimento! para as% reducir el margen deerror durante los clculos respectivos.

>I>4IOG.AF2A

+/


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DLC. Ru%mica general. Editorial Amaru Editores8.A.&ercera edicin $@-7.

=E"E 8A> 1A=C8. Ru%mica. Editorial 8an 1arcos. Dmpreso

en Lima5"er'. Abril de +//+. =BA>0! amond. Ru%mica. Editorial 1c0raSBill. Cnceava

edicin! +/$6.

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