E.A.P. INGENIERIA DE MINASTEMA: DIFUSION DE GASES

PROFESOR : Ing. Gudelia Canchari S.

CURSO : FisicoquimicaNOMBRE : Rene Flores Ore

CICLO : III

Introduccin

La difusin siempre procede de una regin de mayor concentracin a otra menos concentrada. A pesar que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusin de gases toma un tiempo relativamente grande para completarse.Por ejemplo, cuando en un extremo de la mesa de laboratorio se abre una botella de una disolucin concentrada 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 molcula experimenta numerosas colisiones mientras se est en moviendo desde un extremo al otro de la mesa.Por ello la difusin de los gases siempre sucede en forma gradual, y no en forma instantnea, como parece sugerir las velocidades moleculares. Adems puesto que la raz de la velocidad cuadrtica media de un gas ligero es mayor que la de un gas ms pesado, un gas ms ligero se difundir a travs de un cierto espacio ms rpido que un gas ms pesado.OBJETIVOS

Demostrar la ley de difusin de gases (Ley de Graham). Comparar la difusin de gases con la de los lquidos.

MATERIALES

TUBOS DE ENSAYO

TUBO CON CODO

CORCHOS

TUBO DE VIDRIO

REGLA

CRONOMETRO

JERINGAS

SOPORTE UNIVERSAL

FUNDAMENTO TEORICO

La difusin gaseosa es la dispersin gradual de un gas en el seno de otro. De este modo las molculas de una sustancia se esparcen por la regin ocupada por otras molculas, colisionando y movindose aleatoriamente. Este es un proceso muy rpido, y no es necesario un cuerpo por el que difundirse, ya que se difunde tambin por el vaco. La efusin es la fuga de un gas hacia el vaco por medio de un pequeo orificio o de una membrana porosa, debido a que las molculas del gas colisionan con ms frecuencia con el poro donde la presin es ms alta. De este modo, hay ms molculas que pasan de la zona de alta presin a la de baja que al contrario. En 1860, Thomas Graham, un qumico escocs demostr que la velocidad de efusin y difusin de los gases es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su masa molar

de esta ley se deduce que si la velocidad de efusin o difusin es inversamente proporcional al tiempo que tarda en escapar una determinada cantidad de gas, implica necesariamente que el tiempo de efusin necesario para la efusin de un cierto nmero de moles de molculas es directamente proporcional a la raz cuadrada de la masa molar

Aplicaciones

La difusin gaseosa fue una de las varias tecnologas para la separacin de istopos de uranio desarrolladas por parte del Proyecto Manhattan para producir uranio enriquecido forzando que el hexafluoruro de uranio (nico compuesto del uranio gaseoso) atraviese membranas semi-permeables. Esto produce una ligersima separacin entre las molculas que contienen uranio-235 y uranio-238. Mediante el uso de una gran cascada de muchos pasos, se pueden conseguir grandes separaciones. Actualmente ha quedado obsoleta ante la nueva tecnologa de centrifugadoras de gas, que requiere mucha menos energa para conseguir la misma separacin.De las varias tecnologas de separacin ltimamente utilizadas por el Proyecto Manhattan, la de difusin gaseosa fue probablemente la ms significativa. Los edificios de proceso construidos para las cascadas fueron en su momento los ms grandes jams construidos. La preparacin de la materia a tratar, el hexafluoruro de uranio (conocido en el mercado como hex ) fue la primera aplicacin para la fluorina producida comercialmente, y los problemas generados por el manejo tanto de la fluorina como del hex como gases corrosivos fueron significativos.Se construyeron grandes plantas de difusin gaseosa en los Estados Unidos, la Unin Sovitica, el Reino Unido, Francia y China. La mayora de ellas ahora estn cerradas o en espera de serlo, incapaces de competir econmicamente con las nuevas tcnicas de enriquecimiento. No obstante, alguna de la tecnologa utilizada en bombas y membranas sigue siendo secreta, y algunos de los materiales utilizados continan sujetos a controles de exportacin como una parte del esfuerzo continuo para controlar la proliferacin nuclear.Ley de Graham

La Ley de Graham, formulada en 1829 por Thomas Graham, establece que las velocidades de efusin de los gases son inversamente proporcionales a las races cuadradas de sus respectivas densidades.Siendo v las velocidades, las densidades y las masas moleculares, respectivamente. Efusin es el flujo de partculas de gas a travs de orificios estrechos o poros.Se hace uso de este principio en el mtodo de efusin de separacin de istopos.Los diferentes procesos que se realizan en las plantas, como lo son: la efusin, la smosis y la imbibicin vegetal. Se encuentran ntimamente ligados con el transporte de agua y de soluciones desde el punto de origen hasta el medio donde sta es activada. Cada sustancia se difunde libremente de otras hasta que se difunden todas equitativamente. En la planta la velocidad de efusin depende del gradiente lo cual est determinado por la diferencia entre las concentraciones de las sustancias en las dos regiones y por la distancia que las separa.El fenmeno de efusin est relacionado con la energa cintica de las molculas. Gracias a su movimiento constante, las partculas de una sustancia, se distribuyen uniformemente en el espacio libre. Si hay una concentracin mayor de partculas en un punto habr ms choques entre s, por lo que har que se muevan hacia las regiones de menor nmero: las sustancias se funden de una regin de mayor concentracin a una regin de menor concentracin.Velocidad de difusin de los gasesDe los 4 estados de la materia, los gases presentan la mayor facilidad de efusin de sus respectivas molculas, como ocurre en el aire, ya que sus molculas tienen velocidades superiores. Las molculas de diferentes clases tienen velocidades diferentes, a temperatura constante, dependiendo nicamente de la densidadLey de difusin de Graham La difusin es el proceso por el cual una sustancia se esparce durante un proceso que se realiza uniformemente en el espacio que encierra el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presin es igual en ambos tanques. Tambin si se introduce una pequea cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rpidamente el gas A se distribuir uniformemente por todo el tanque. La difusin es una consecuencia del movimiento continuo y elstico de las molculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusin. Para obtener informacin cuantitativa sobre las velocidades de difusin se han hecho muchas determinaciones. En una tcnica el gas se deja pasar por orificios pequeos a un espacio totalmente vaco; la distribucin en estas condiciones se llama efusin y la velocidad de las molculas es igual que en la difusin. Los resultados son expresados por la ley de Graham. "La velocidad de difusin de un gas es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su densidad."En donde v1 y v2 son las velocidades de difusin de los gases que se comparan y d1 y d2 son las densidades. Las densidades se pueden relacionar con la masa y el volumen porque ( ); cuando M sea igual a la masa (peso) v molecular y v al volumen molecular, podemos establecer la siguiente relacin entre las velocidades de difusin de dos gases y su peso molecular:Y como los volmenes moleculares de los gases en condiciones iguales de temperatura y presin son idnticos, es decir V1 = V2, en la ecuacin anterior sus races cuadradas se cancelan, quedando:Es decir: la velocidad de difusin de un gas es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su peso molecular.Ejemplo 1Qu gas tiene mayor velocidad de difusin, el nen o el nitrgeno?SolucinPrimero se necesita conocer las densidades de los gases que intervienen. Como un mol de gas ocupa 22,4 L a C.N. sus densidades sern (peso molecular/volumen).Nen = 20/22,4 = 0,88 g/l Nitrgeno = 14/22,4 = 0.625 g/lSea v1 = velocidad de difusin del nitrgeno y v2 = velocidad de difusin del nen.Debido a que la velocidad de difusin es inversamente proporcional a las densidades, tendr mayor velocidad de difusin el menos denso.PROCEDIMIENTODifusin de gases

1. Limpiar y secar el tubo de difusin antes de realizar el experimento.2. Colocar el tubo de difusin en forma horizontal sobre una cartulina negra.3. Cerrar hermticamente cada extremo del tubo con un corcho,

4. Medir el tubo de difusin de extremo a extremo5. Adicionar simultneo el HCl (aq) y el NH3 (aq) respectivamente en cada orificio y taparlo inmediatamente con algodn.

6. Observar cuidadosamente la formacin de un halo de NH3Cl, el cual determina el punto de contacto de ambos gases. 7. Marcar en la regla el punto donde se vio que se empezaba a formar el halo.

8. Medir las distancias entre el punto de contacto y los extremos del tubo de difusin.

Tabla de Datos Experimentales

Experimento 1Experimento 2Experimento 3

HClNH4OHHClNH4OHHClNH4OH

Longitud del tubo en cm57

Distancia recorrida en cm20.536.519.237.820.836.2

Tiempo inicial en s000

Tiempo final en s268250253

Tiempo empleado4 min 28 s4 min 10 s4 min 13 s

Velocidad de difusin (cm/s)0.0760.1360.0780.1520.0830.143

Promedio de la distancia recorrida por el HCl en cm20.16

Promedio de la distancia recorrida por el NH4OH en cm36.84

Promedio del tiempo empleado por el HCl en s257

Promedio del tiempo empleado por el NH4OH en s257

Promedio de velocidad de difusin HCl en (cm/s)0.079

Promedio de velocidad de difusin NH4OH en (cm/s)0.144

Difusin de Lquidos

1. Poner un tubo de ensayo 5 ml de agua destilada y 5ml de amoniaco concentrado respectivamente.2. Al tubo que contiene agua aadir 2 gotas de fenolftalena y poner en contacto los dos tubos por medio de una varilla de vidrio doblada en ngulo recto (90 grados) conteniendo en cada extremo un tapn de caucho perforado, estos tapones deben ser hermticos.

3. Observe las reacciones que ocurren, anote el tiempo en que ocurren los cambios y explique los resultados.

Cuestionario1. Por qu el tubo de vidrio debe estar completamente limpio y seco?El tubo debe estar completamente limpio y seco para poder darse adecuadamente el experimento ya que si hubiese molculas de agua interfiere con la difusin del gas y tendramos un error en los clculos segn la teora. 2. Describa las propiedades ms importantes de los gases utilizadosPropiedades del HCl

Es un gas incoloro de olor picante, corrosivo, fumante alairea consecuencia de su avidez por el agua y formacin de un hidrato. Su disolucin saturada a 0C tiene una concentracin de 37% y una densidad es de 1,19 g/cm3. Por el calor y las chispas elctricas se disocia. Es muy soluble en el agua y al disolverse desprende gran cantidad de calor. El cido clorhdrico posee las propiedades qumicas caractersticas de los cidos. Estas propiedades se deben a la presencia de los tomos de hidrgeno en la molcula del cido.Propiedades del NH4OH

Es un gas incoloro de olor irritante, corrosivo y es un lcali fuerte. El hidrxido de amonio tambin puede eliminar gas amoniaco al aire. Es un disolvente ionizante. Es muy poco conductor de la electricidad, mucho menos que el agua. Se emplea para la obtencin de sale amoniacales, utilizadas como abono.3. Escriba la reaccin qumica que ocurre cuando se ponen en contacto los dos gasesAl ponerse en contacto los dos vapores de gases se llega a formar un nuevo compuesto que es el cloruro de amonio.

Reaccin:

HCl + NH4OH ClNH4 + H2O (vapor) 4. Los resultados estn de acuerdo con la teora? Porque?Los resultados o clculos obtenidos de acuerdo en la teora tienen un pequeo margen de error.

Porque al momento de empezar la difusin el tubo pudo estar un poco hmedo, tambin pudo ser por no echar las gotas simultneamente y otros factores.5. Qu gas difunde ms rpido? Porque?El gas que se difunde ms rpido es el Hidrxido de Amonio (NH4OH).

Porque segn la Ley de Graham se cumple que la velocidad del gas es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su masa molecular es por eso que el Hidrxido de Amonio recorre ms distancia.6. Dos globos del mismo material y tamao estn llenos con hidrogeno y oxgeno a la misma temperatura y presin, el oxgeno escapa a 65ml/h Con que rapidez escapara el hidrogeno?V1*(M1 = V2 *(M2V1 * (2 = 65ml/h * (32

V1= 260ml/h

7. Cul de los gases de las alternativas se difundir con mayor rapidez, si se encuentran todos ellos a 20C y 4 atm, atraves de iguales orificios? a) C12 (M=144)

b) C3H8 (M=44)

c) NO2 (M=30)

d) CH4 (M=16)La velocidad de difusin es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su peso formula.

V1M1= V2M2 = V3M3 = V4M4De la expresin matemtica se concluye que el gas ms liviano (CH4) se difundir ms rpido que el gas ms pesado (C12).

Entonces el orden con respecto a la difusin ser del siguiente orden creciente

C12 < C3H8 < NO2 < CH4

8. Cul es la masa molar de un compuesto que tarda 2.7veces ms tiempo en fundir a travs de un tapn poroso que la misma cantidad de XeF2 a la misma temperatura y presin?

M2=M (XeF2)=169g

9.De cuatro ejemplos de difusin que Ud. Observa en su vida cotidianaEjemplos:

. Difusin del gas natural vehicular como combustible.

.Difusin del gas propano para la cocina.

.El gas natural utilizado para energa elctrica.

.El gas nen usado como alumbrado pblico.

Conclusiones

Se concluye que a medida que el gas sea ms liviano viaja mas distancia que el gas ms pesado es por eso que la aureola blanca se forma en la izquierda.

EMBED MSPhotoEd.3

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