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Laboratorio de FisicoquímicaPrimera práctica: Difusión de Gases

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y Geográfica

Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas

TITULO: DIFUSION DE GASES Y LIQUIDOS

OBJETIVOS:Demostrar la Ley de Difusión de gases (Ley de Graham)Comparar la difusión de gases con la de los líquidos y sólidos.

Materiales.Dos tubos de ensayos Un tubo de vidrio doblado en ángulo rectoDos tapones de cauchoUn tubo de vidrio de 70 cmTres matraces de 125 cm3 de capacidadSoporte universalRegla graduadaCronometroDos jeringas de 1 ml descartable

Reactivos.Solución Cc de NH4OHSolución Cc de HClAgua destiladaPermanganato de potasio solidoIndicador fenolftaleína

INTRODUCCIÓN

Profesora: Ingeniera Godelia Canchari Silverio Página 1


A medida que el ser humano va descubriendo nuevos conocimientos se da cuenta que todo ello gira a su alrededor; es decir en torno a su experiencia dentro de la naturaleza que proporciona cada vez más nuevos descubrimientos. Es por ello el presente tema difusión de gases no es ajeno a nuestra realidad. La difusión siempre procede de una región de mayor concentración a otra menos concentrada. A pesar que las velocidades moleculares son muy grandes, el proceso de difusión 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 disolución concentrada de amoniaco, pasa un tiempo antes de que una persona que esté en el otro extremo de la mesa lo pueda oler.

La razón es que una molécula experimenta numerosas colisiones mientras se está moviendo desde un extremo al otro de la mesa. Por ello la difusión de los gases siempre sucede en forma gradual, y no en forma instantánea, como parece sugerir las velocidades moleculares. Además puesto que la raíz de la velocidad cuadrática

media de un gas ligero es mayor que la de un gas más pesado, un gas más ligero se

difundirá a través de un cierto espacio más rápido que un gas más pesado

PRINCIPIOSTEORICOS

La difusión gaseosa es la dispersión gradual de un gas en el seno de otro. De este modo las moléculas de una sustancia se esparcen por la región ocupada por otras moléculas, colisionando y moviéndose aleatoriamente. Este es un proceso muy rápido, y no es necesario un cuerpo por el que difundirse, ya que se difunde también por el vacío. La efusión es la fuga de un gas hacia el vacío por medio de un pequeño orificio o de una membrana porosa, debido a que las moléculas del gas colisionan con más frecuencia con el poro donde la presión es más alta. De este modo, hay más moléculas que pasan de la zona de alta presión a la de baja que al contrario. En 1860, Thomas Graham, un químico escocés demostró que la velocidad de efusión y difusión de los gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar

vα √1/Mmolar

de esta ley se deduce que si la velocidad de efusión o difusión es inversamente proporcional al tiempo que tarda en escapar una determinada cantidad de gas, implica necesariamente que el tiempo de efusión necesario para la efusión de un cierto número de moles de moléculas es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molar

t α √Mmolar



En el presente experimento vamos a comprobar que las velocidades con las que se difunden dos gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus pesos moleculares o de sus densidades, lo cual constituye la “Ley de Difusión de Graham”

v 1v 2

= √M 2 /M 1 = √d 2/d1 = t 2t 1

Donde:

v1 , M 1 , d1 representana la velocidad , pesomolecular y densidad del primer gas

v2 , M 2 , d2 representan ala velocidad , pesomolecular y densidad del segundo gas

El amoniaco y el acido clorhídrico, son gases que al ponerse en contacto reaccionan para formar otro compuesto, el cloruro de amonio que tiene color blanco, y es debido a esta característica que se puede identificarlo.Los líquidos difunden más lentamente que los gases, porque sus moléculas están más cerca entre si y no pueden apartarse sin chocar unos con otros.

Aplicaciones

La difusión gaseosa fue una de las varias tecnologías para la separación de isótopos de uranio desarrolladas por parte del Proyecto Manhattan para producir uranio enriquecido forzando que el hexafluoruro de uranio (único compuesto del uranio gaseoso) atraviese membranas semi-permeables. Esto produce una ligerísima separación entre las moléculas que contienenuranio-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 tecnología de centrifugadoras de gas, que requiere mucha menos energía para conseguir la misma separación.

De las varias tecnologías

de separación últimamente utilizadas por el Proyecto Manhattan, la de difusión gaseosa fue probablemente la más significativa. Los edificios de proceso construidos para las cascadas fueron en su momento los más grandes jamás construidos. La preparación de la materia a tratar, el hexafluoruro de uranio (conocido en el mercado



como hex) fue la primera aplicación para la fluorine producida comercialmente, y los problemas generados por el manejo tanto de la fluorina como del hex como gases corrosivos fueron significativos.

PARTE EXPERIMENTAL

I .- DIFUSION DE GASES

1.- Armar el equipo de la figura 1.

2.- En el extremo derecho poner 3 gotas de hidróxido de amonio concentrado y de manera simultánea en el extremo izquierdo colocar 3 gotas de acido clorhídrico concentrado, tapar inmediatamente de manera hermética con papel para film.

3.- Poner el cronometro en cero, vigilar en el tubo la formación de un anillo de color blanco, que es el producto formado de cloruro de amonio, en este momento será el tiempo final anotar el tiempo transcurrido, este tiempo se considera el final de la reacción.

4.- Observe cuidadosamente el proceso de difusión anotando el tiempo transcurrido para que los dos gases se pongan en contacto, lo cual se notara debido a la formación del gas de color blanco aproximadamente a un tercio de distancia del lado izquierdo, coloque una marca en el lugar donde se formo el anillo blanco.

Nota: se debe de tener precauciones al manipular los reactivos químicos ya que son extremadamente cáusticos y corrosivos, evítese inhalar y el contacto con los ojos.

5.- Mida cuidadosamente las distancias que hay desde el centro del anillo donde aparecen los humos blancos hasta cada uno de los bordes de los



extremos del tubo tomando las mediciones de la distancia recorrida por cada gas.

6.- Repita los mismos procedimientos 2 veces más. Saque un promedio de los datos obtenidos.

II.- DIFUSION DE GASES EN LIQUIDOS

1.- Poner en un tubo de ensayo 5 ml de agua destilada y 5 ml de amoniaco concentrado respectivamente.

2.- Al tubo que contiene agua añadir dos gotas de fenolftaleína y poner en contacto los dos tubos por medio de una varilla de vidrio doblada en ángulo recto (90 grados) conteniendo en cada extremo un tapón de caucho perforado, estos tapones deben ser herméticos (ver figura 2)

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

III.- DIFUSION DE SOLIDOS EN LIQUIDOS

1.- Poner en un frasco o matraz 50 ml de agua destilada, tomar la temperatura.

2.- añadir 1g de permanganato de potasio solido

3.- medir el tiempo en que se difundirá completamente (disolverá)

4.- Realizar los mismos pasos pero a 50°C y a 80°C.



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

TABULACION DE RESULTADOS:Experimento N°1

Experimento N°2

Experimento N°3

HCl NH4OH HCl NH4OH HCl NH4OHLongitud del tubo en cmDistancia recorrida en cmTiempo inicial en sTiempo final en sTiempo empleadoVelocidad de difusión (cm/s)Promedio de la distancia recorrida por el HCl en cmPromedio de la distancia recorrida por el NH4OH en cmPromedio del tiempo empleado por el HCl en sPromedio del tiempo empleado por el NH4OH en s



Promedio de velocidad de difusión HCl en (cm/s)Promedio de velocidad de difusión NH4OH en (cm/s)

CUESTIONARIO

1.- ¿Por qué el tubo de vidrio debe estar completamente limpio y seco?2.- Describa las propiedades más importantes de los gases utilizados3.- Escriba la reacción química que ocurre cuando se ponen en contacto los dos gases.4.- ¿Los resultados están de acuerdo con la teoría? ¿Por qué?5.- ¿Qué gas difunde más rápido? ¿Por qué?

6.- Dos globos del mismo material y tamaño están llenos con hidrogeno y oxigeno a la misma temperatura y presión, el oxigeno escapa a 65 mL/h ¿Con que rapidez escapara el hidrogeno?

7.- ¿Cuál de los gases de las alternativas se difundirá con mayor rapidez, si se encuentran todos ellos a 20 °C y 4 atm, a través de iguales orificios?

a) C12 (M=144)b) C3H8 (M=44)c) NO2 (M=30)d) CH4 (M=16)

8.- ordenar los siguientes gases en forma creciente en función del tiempo que necesitan para difundirse a través de un orificio bajo condiciones similares:a.- 150 mL de COCl2

b.- 500 mL de H2

c.- 375 mL de CO2

9.- ¿Cuál es la masa molar de un compuesto que tarda 2,7 veces más tiempo en efundir a través de un tapón poroso que la misma cantidad de XeF2 a la misma temperatura y presión?

10.- De cuatro ejemplos de difusión que Ud. Observa en su vida cotidiana

GLOSARIO DE TERMINOS:



DIFUSION.- es el proceso de expansión a través del espacio llenándolo todo de manera homogénea por parte de los gases

EFUSION.- es el proceso de pasaje a través de pequeños poros o tabiques por parte del gas

Ciudad Universitaria, 03 abril de 2014


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