LABORATORIO #2ESTADO GASEOSO

1.1 RESUMEN

En este laboratorio se realizaron dos experimentos con el fin de encontrar la solubilidad del amoniaco en el agua y el flujo molar del aire respectivamente.

Para la realización de los experimentos se tomó todas las mediciones necesarias como temperatura, altura volumen y se calculó el número de moles y las presiones

Para el cálculo de la solubilidad se uso el método de la disminución de la presión, para el flujo molar del gas por diferencia de temperatura; para cuantificar la cantidad de gas que fluye por el conductor (masa de gas).

Se realizaron varios cálculos para obtener

SN H3=1.72∗10−4[molesml ]

QN=4.43∗10−4 [moless ]

1.2 INTRODUCCION.

Los gases tienen baja agregación molecular, esto permite calcular la posición de las moléculas dentro de un sistema, cuando están definidos las variables de estado, P, V, T, siempre que la masa sea considerada constante. Los gases que tienen comportamiento ideal obedecen a la ley general de los gases.

Las leyes del estado gaseoso basado en las variables de estado se aplica para:

o Explicar procesos termodinámicoso Determinar propiedades físicas y químicas

Una masa de gas que está presente en un sistema se define por ecuaciones de estado:

o La ecuación de estado de los gases idealeso La ecuación de Van der Walls

1.3 OBJETIVOS.

Determinar la solubilidad de un gas en líquido puro a temperatura y el volumen constante por el método de la disminución de la presión en el sistema.

Efectuar lecturas de las variables antes y después del flujo molar del gas por diferencia de temperatura; para cuantificar la cantidad de gas que fluye por el conductor (masa de gas).

1.4 FUNDAMENTO TEORICO.

Solubilidad

La solubilidad, de una sustancia en un disolvente, es la cantidad de esa sustancia contenida en cien gramos de disolvente, a una temperatura y presión dadas.

Una disolución está saturada a una determinada presión y temperatura cuando contiene disuelta la máxima cantidad de soluto posible a esa temperatura. La concentración de soluto correspondiente a su disolución saturada expresa el grado de solubilidad de la sustancia en un disolvente determinado y a una temperatura dada.

En general, la solubilidad de las sustancias sólidas en agua aumenta con la temperatura.Los gases se disuelven en los líquidos en una proporción que depende de la naturaleza de ambos. Las disoluciones de gases obedecen la ley de Henry, según la cual, a una temperatura dada, la masa de gas disuelto en una cantidad determinada de líquido es proporcional a la presión que el gas ejerce sobre la superficie del mismo.

Salvo excepciones, la solubilidad de los gases en agua disminuye al aumentar la temperatura.

Ley de Henry

Ley relativa a la solubilidad de gases en líquidos, formulada por el químico británico William Henry. La ley afirma que cuando se mantiene constante la temperatura, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión ejercida por el gas sobre el líquido. Por ejemplo, a una presión de 1 atmósfera y una temperatura de 20 °C, en 1 litro de agua se disuelven 0,0434 gramos de oxígeno; a una presión de 10 atmósferas, con la misma temperatura de 20 °C, la cantidad de oxígeno disuelta en 1 litro de agua es 10 veces mayor, es decir, 0,434 gramos. La ley de Henry no es válida cuando el gas es extremadamente soluble en el líquido.

“La solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución a una temperatura constante” esto es:

c = k * P

En esta expresión c es la concentración molar del gas disuelto, P es la presión en atmósferas del sobre la disolución, y para un gas determinado, k es una constante que depende solo de la temperatura.

1.5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Por la característica de la de la práctica experimental, se ha de diseñar una experiencia para la medida de la solubilidad y la expresión a usar será:

SN H3= ∆nV H 2O

Dónde: S es la solubilidad del gas

Los materiales y reactivos a usar son:EXPERIMENTO 1.

Materiales

Tubo capilar Tubo de vidrio Baso de precipitado Soporte universal Pinza recta Bureta Porta bureta

Reactivos:

Agua amoniaco

Pasos a seguir para la 1º Experimento

o Disponer del material que se encuentra en la figura o Inicialmente dentro de un matraz volumétrico limpio y seco se agregan 2.0 a 3.0 ml de amoniaco y se debe

esparcirlo por sus paredes sin dejar escapar el gas o Luego desde una bureta que tiene agua, de deben agregar un cierto volumen de agua al matraz. o Notara que el agua asciende lentamente a través del tubo de vidrio. o Debe observar lo que ocurre en el proceso hasta que se establece en el equilibrio, a la temperatura constante

T.

Con esta prueba podremos obtener la solubilidad de un gas en un líquido satisfactoriamente.

1.6 DATOS Y RESULTADOS

SOLUBILIDAD DE UN GAS.-

Se mide la temperatura T , que es la temperatura del sistema experimental de la figura.Se mide el volumen V H 2O, que es el volumen de agua que se coloca en el vaso de precipitados junto con el amoniaco, se lo mide en la bureta.La presión inicial P0 es igual a la presión atmosférica de la región donde se realiza el experimento.Se mide la altura h de la ascensión de agua por el tubo capilar.Se mide el volumen V matraz, que es el volumen del matraz y por ende el volumen que ocupa el gas.

Los datos medidos son:

T=14 [℃ ]=287.15 [° K ]V H 2O

=2 [ml ]P0=486.4 [mlhg ]=0.64 [atm ]h=28 [cm ]=0.28 [m ]V matraz=270 [ml ]=0.270 [ l ]

Resultados:

Calculo de la presión P1, (presión después de que el amoniaco se disuelve por completo).

P1=P0−ρgh

P1=0.64 [atm ]−1000[ Kgm3 ]9.76 [ms2 ]0.28 [m ]

P1=0.64 [atm ]−2732.8 [ Nm2 ]P1=0.64 [atm ]−2732.8

[Pa ]∗1 [atm ]101325 [Pa ]

P1=0.61 [atm ]

Cálculo de la variación del número de moles ∆ n

∆ n=n0−n1

∆ n=P0V matraz

RT−P1V matrazRT

∆ n= 0.64∗0.2700.0821∗287.15

− 0.61∗0.2700.0821∗287.15

∆ n=3.43∗10−4 [moles ]

La solubilidad es:

SN H3= ∆nV H 2O

SN H3=

3.43∗10−4 [moles ]2 [ml ]

SN H3=1.72∗10−4[molesml ]

EXPERIMENTO 2.

Materiales

Tapón de goma Nanómetro Baño maría Manguera

Pasos a seguir para la 2º Experimento

o Disponer del material que se encuentra en la figura, armar el equipoo Se debe introducir el primer balón en el baño maríao Se espera q las moléculas lleguen al segundo balón debido al aumento de T.o Se observa la variación del líquido manométrico, se mide la diferencia de alturas.

1.6.1 DATOS Y RESULTADOS

FLUJO MOLAR

Se mide la temperatura T 0, que es la temperatura inicial del sistema experimental de la figura.Se mide el volumen V , que es el volumen que tiene el matraz y el gas en cada matraz.

La presión inicial P0 , es la presión en el estado inicial del experimento y es igual a la presión atmosférica de la región donde se realiza el experimento.Se mide la temperatura T 1, que es la temperatura después de someter al primer matraz a baño maría.Se mide la altura h de la diferencia de alturas en el manómetro.Se mide el tiempo t , que tarda en llegar a la termperatura T 1

Los datos medidos son:

T 0=15 [℃ ]=288.15 [° K ]V=500 [ml ]=0.5 [ l ]P0=486.4 [mlhg ]=0.64 [atm ]T 1=55 [℃ ]=328.15 [° K ]h=29 [cm ]=0.29 [m ]t=20.1 [s ]

Resultados:Calculo de la presión P1.

P1=Patm+ρ gh

P1=0.64 [atm ]+13600[ Kgm3 ]9.76[ms2 ]0.29 [m ]

P1=0.64 [atm ]+38493.44[ Nm2 ]P1=0.64 [atm ]+38493.44

[Pa ]∗1 [atm ]101325 [Pa ]

P1=0.26 [atm ]

Calculo de la variación del número de moles ∆ n.

∆ n=n0−n1

∆ n=P0V

RT 0

−P1V

RT 1

∆ n= 0.65∗0.50.0821∗288.15

− 0.26∗0.50.0821∗328.15

Δ n=8.91∗10−3 [moles ]

Cálculo del flujo molar:

QN=∆nT

QN=8.91∗10−3 [moles ]

20.1 [s ]

QN=4.43∗10−4 [moless ]

1.7 DISCUSIÓN

o Se debe tener cuidado en la manipulación de los equipos, como el balón del primer experimento para no dejar escapar el gas

1.8 CONCLUSIONES Y/O RECOMENDACIONES

Para el primer experimento se encontró la solubilidad del gas (amoniaco)

SN H3=1.72∗10−4[molesml ]

Para el segundo experimento se encontró el flujo molar del aire

QN=4.43∗10−4 [moless ]1.9 CUESTIONARIO

1. Explique el ascenso de agua a través del tubo de vidrio.

Esto sucede porque inicialmente el sistema se encuentra en equilibrio, pero después de a poco parte del gas amoniaco se disuelve en agua, entonces la presión en el matraz disminuya y a eso se debe el asenso del agua por el tubo.

2. Calcule la disminución de la presión de amoniaco en el interior del matraz en mm de Hg.

Pero como nos dice que habrá una disminución entonces esta tendrá que ser negativa.

ΔP = P – Po

ΔP = 0.27 atm – 0.64 atm = 0.61 atm

Entonces la disminución de presión es:

ΔP = 0.61 atm

3. Calcule el número de moléculas iniciales había en el matraz. Después del proceso, para el equilibrio calcule la disminución del número de moléculas de gas de amoniaco a la misma temperatura.

∆ n=n0−n1

∆ n=P0V matraz

RT−P1V matrazRT

∆ n= 0.64∗0.2700.0821∗287.15

− 0.61∗0.2700.0821∗287.15

∆ n=3.43∗10−4 [moles ]

4. Sugiera un método para determinar la constante k de la ley de Henry a temperatura constante.

Un método es el Método de Cooper En el cual se utiliza Carbonato de Sodio (Na2CO3)

5. Explique la solubilidad de un gas en función de los cambios de temperatura y las modificaciones de presión.

Resp. Como bien sabemos la solubilidad es directamente proporcional al número de moles disueltos y también sabemos que el número de moles es directamente proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura.

Entonces deducimos que:

A mayor presión, mayor número de moles y por tanto mayor solubilidad A menor presión, menor número de moles y por tanto menor solubilidad A mayor temperatura, menor número de moles y por tanto menor solubilidad A menor temperatura, mayor número de moles y por tanto mayor solubilidad

6. ¿Qué tipo de proceso se ejecuta para mover el gas de Bolivia a Argentina? ¿Qué volumen por día se mueve y cuánto cuesta mover un volumen de gas en millones de pie cúbicos?

La exportación es de 1.3 millones de metros cúbicos diarios y tiene un costo de 6 dólares el millón de BTU

1.10 BIBLIOGRAFIA.

Huanca Ibáñez Mario, Guía de Practicas de Laboratorio de Fisicoquímica, pag 16-22

n=PVRTS=

ndV H 2O

[molL ]