PRACTICA N 3

PRACTICA N 3DENSIDAD DE UN GAS

OBJETIVOS: 1.- producir dixido de carbono (CO2) por la reaccin del bicarbonato de sodio con acido clorhdrico.2.- determinar la densidad del dixido de carbono en las condiciones que se desarrolla el experimento.

RESUMENMasa por unidad de volumen de un material. El trmino es aplicable a mezclas y sustancias puras y a la materia en el estado slido, lquido, gaseoso o de plasma. Las unidades comunes de la densidad son gramos por centmetro cbico y slugs o libras por pie cbico. La densidad relativa (gravedad especfica) de un material se define como la razn de su densidad a la densidad de algn material estndar, como el agua a una temperatura especificada, por ejemplo, 15.56C (60F), o bien, para los gases la base puede ser aire a la temperatura y presin estndar. Otro concepto relacionado es el peso especfico, que se define como el peso de una unidad de volumen del material.

La densidad de todas las sustancias depende de la temperatura; en el caso de los gases, de la temperatura y la presin. La temperatura utilizada como base para determinar o reportar valores de la densidad no es la misma para todas las sustancias. Para los slidos, 0C (32F) es la temperatura preferida; para muchos lquidos, la temperatura de referencia es 15.56C (60F), y para los gases, 32F y una presin de 0C y 760 mm Hg o 101.325 kilo pscales (29.921 in Hg) se utilizan para la mayor parte del trabajo cientfico y para las tablas de datos sobre gases.

La densidad () de un gas es una propiedad intensiva que se define como la masa por unidad de volumen y puede expresarse en kg/m3, g/cm3, g/L. = masa/ volumen = m/ v

Para los gases o vapores que se comportan idealmente, su densidad se puede calcular a partir de la ecuacin de gas ideal:

PV= nRT si n= (m/PM) entonces PV= mRT/PM, arreglando trminos m/V= P (PM)/RT o = P (PM)/RT

Donde = densidad del gas en g/L. P= presin del gas en Pa. PM= peso molecular del gas en g/mol. R= constante universal = 0.082 atm*L/ mol*K. T= temperatura del gas en unidades Kelvin.

La densidad del gas esta en proporcin directa a su presin y en proporcin inversa a su temperatura.

Tabla N 1 Densidad () de algunos gases a CNPT

Gas1 mol= PM en gramosVolumen en litros= m/ V en g/ L

H2222.40.089

NH21722.40.759

O23222.41.428

CO24422.41.964

La ley de Dalton se ve aplicada en este experimento porque se establece el hecho de que la presin total en una mezcla de gases es igual ala suma de las presiones parciales.Cunado un gas se recibe al pasar por agua, se considera que esta hmedo y es necesario conocer la presin de vapor que ejerce al agua en estas condiciones. Observar la siguiente tabla.

Tabla N 2 Presin de vapor de agua a diferentes temperaturas.

T en C171819202122232425

P en mmHg14.5315.4816.4817.5318.6519.8321.0722.3823.76

MATERIAL Y EQUIPO

1 vidrio reloj1 soporte de hierro con anillo y tela de asbesto1 pinza de tres dedos1 esptula chica1 balanza electrnica con precisin de 0.01 g1 bureta de gases de 100 mL1 matraz de dos bocas con dos tapones de hule y tubera de ltex1 vaso de precipitados de 2 L1 probeta corta (60 mL) o frasco gotero de 20 mL1 termmetro (-10 a 100 C)1 vaso de precipitados de 250 mL (por grupo)1 varilla de vidrio como agitador (por grupo)

REACTIVOSAcido clorhdrico 1 M (en frasco gotero)Tableta efervescente (que contengan bicarbonato de sodio)Agua de la llaveDisolucin de hidrxido de sodio 1 MIndicador de fenolftalena o papel Ph

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Llene al vaso de precipitados con agua de la llave, poco antes del borde.2.- Introduzca la bureta para gases de tal manera que se llene con 70-72 mL de agua. Anote ese dato.3.- Prepare el matraz de dos bocas soportado sobre un anillo y tela de asbesto, sujeto al soporte con la pinza de tres dedos.4.- Conecte la bureta al matraz con tapn y tubera ltex. Nota: no coloque el segundo tapn al matraz.5.- Prepare 20 mL de acido clorhdrico (HCl) 1 M en un probeta corta o en un frasco gotero y adicinelo al matraz de dos bocas.6.- Pese sobre el vidrio reloj, un trozo pequeo de tableta efervescente de 0.20 a 0.24 g.7.- Agregue el trozo de tableta al matraz y tape de inmediato con el tapn de hule.8.- Mantenga la bureta para gases en posicin vertical, de tal manera que el nivel de agua en su interior coincida con el nivel del agua en el vaso exterior, evitando as el factor por presin hidrosttica.9.- Una vez terminada la reaccin, lea el volumen ocupado por el gas y determine el volumen debido nicamente al desplazamiento por efecto de la reaccin. Anote ese dato.10.- Registre la temperatura en el agua.11.- Repita dos veces ms todo el procedimiento experimental con objeto de seleccionar el mejor de los resultados.Nota: no cambie el acido del matraz, ya que este reactivo esta en exceso y sirve para efectuar la reaccin con otros dos trozos de pastilla efervescente.12.- Anote sus observaciones y registre algunas imgenes antes de desmontar el equipo.13.- Desmonte el equipo cuidadosamente.14.- Colecte los residuos de acido en un matraz de 250 mL por grupo.15.- Antes de desecharlo, se neutraliza con hidrxido de sodio, agregando y agitando lentamente en presencia de unas gotas de indicador.16.- El agua del vaso de 2 L puede emplearse para efectos del lavado del material.

DATOS EXPERIMENTALESMasa del trozo de tableta efervescente 0.22 g Volumen total del gas en la bureta 36 mLPresin total del sistema.. 585 mmHgTemperatura.. 20 C

SECUENCIA DE CALCULOS

1.- Masa de bicarbonato de sodio (NaHCO3) que reacciona.

Masa total de la tableta es de 3.3 g (cido Acetilsaliclico 0.324g, Bicarbonato de sodio 1.976g, cido Ctrico 1.000g)Ahora debemos conocer el porcentaje de NaHCO3 que contiene la tableta con una regla de tres nos queda:

Cantidad de NaHCO3 =1.976 g

% de NaHCO3 = (1.976 g/ 3.3 g)* 100= 59.87 %

Ya conociendo el porcentaje de NaHCO3 en la tableta podemos conocer la masa (NaHCO3) contenida en nuestro trozo de pastilla que reacciono con el acido clorhdrico. Tenemos que:Masa del trozo= 0.22 g= 220 mg

0.22 x 0.5987= 0.1317 g NaHCO3

2.- Escriba la ecuacin de la reaccin qumica que ocurre entre el bicarbonato de sodio y el cido clorhdrico.

NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2

84g 44g 0.1317g X

Solo hacemos una regla de tres para conocer la masa de CO2 multiplicando la masa de NaHCO2 por el peso molecular de CO2 y despus lo dividimos entre el peso molecular del NaHCO3:

(0.1317 g)*(44 g/mol)/ (84 g/mol) = 0.068 g

Masa de CO2 = 0.0688 g

XCO2=0.069g

3- Presin parcial de CO2.

PCO2=?

PT=PCO2+PVH20

PCO2=585mmHg-17.53mmHg 20C

PCO2= 567.47mmHg=0.747atm

4.- Fraccin mol del CO2 Debido a que la fraccin mol es igual a la fraccin volumen calculamos.

XCO2= PCO2/PT

XCO2= 567.47mmHg/585mmHg

XCO2= 0.97= 97%

5.- Volumen CO2

VCO2 = XCO2 VT

VCO2 = 0.97 * (ml)

VCO2 = 0.97*36ml

VCO2 = 34.92ml= 0.03492L

6.- Densidad de CO2

a) Relacin directa:

= mCO2/ VCO2

=0.069g/ .03492L

= 1.98 g/L

b) Relacin indirecta:

=P (PM)/ (RT)

= (0.747atm)(44mol)/R(293.15K)

=1.37g/L

CUESTIONARIO1.- exprese los resultados experimentales de la densidad del CO2 en kg/ m3 (S.I.) Kg= 1000 g m3 = 1000 LConvirtiendo los valores nos queda:

A) CO2= 1.98 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.98x10-3 kg/ L CO2= 1.98x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.98 kg/ m3 B) CO2= 1.37 g/ L x 1 kg/ 1000 g= 1.37x10-3 kg/ L CO2= 1.37x10-3 kg/ L x 1000 L / 1 m3 = 1.37 kg/ m3

2.- transforme estos valores a CNPT.

Para poder transformar la densidad experimental que obtuvimos podemos emplear la siguiente formula:a) 1/ 2= p1*T2/ p2*T1 solo debemos despejar 1 y nos queda as: 1= 2 (p1*T2)/ p2*T1 sustituimos valores y nos queda

nota: las letras que tienen subndice 1 son los datos de CNPT, y las letras que contiene el subndice 2 son nuestros datos experimentales.1= (1.98 g/ L)*(1 atm)*(293.15 K)/ (0.747atm)*(273.15 K)1= 2.8446 g/ L Y haciendo anlogamente este procedimiento con el segundo valor experimental nos queda:1= (1.37 g/ L)*(1 atm)*(293.15 K)/ (0.747 atm)*(273.15 K)1= 1.9683 g/ L 3.- compare el dato terico reportado en la tabla N 1 y exprese un comentario.Dato terico CO2= 1.964 g/ LDatos experimentalesa) relacin directa CO2= 1.98 g/ Lb) relacin indirecta CO2= 1.37 g/ L

Consideramos que no son iguales, pero semejantes; debido a que el dato terico es a CNPT y en el experimento que realizamos no fue as. Tambin influyen muchos errores; error sistemtico, error aleatorio, etc. por eso considero que nuestros valores obtenidos estn dentro de un buen rango de aceptacin con todo lo mencionado anteriormente.

4.- Qu aplicaciones industriales tiene el conocer el dato de la densidad de un gas o de un vapor?1. Todo producto terminado, de cualquier clase, tiene su densidad o su peso especfico, por lo cual, es parte de las variadas pruebas que se le hacen, antes de dar el visto de bueno por parte de CONTROL DE CALIDAD, para que salga a la venta al pblico.2. Para calcular el dimetro, grosor de tuberas que van a transportar un lquido.3. Para calcular la cantidad de HP que se necesita en la bomba de trasegar, para determinado lquido, dependiendo de la distancia y la altura a la cual se va a transportar.4. Para calcular el tamao del contenedor, donde se va a procesar dicha materia prima.5. Para calcular el poder de agitacin necesario del motor, que lleva el contenedor donde se va a procesar dicha materia prima.6. Para separar materias primas que por equivocacin o accidente, o como parte de un proceso industrial, se han mezclado.

5.- Que aplicaciones industriales tiene el CO2?

El CO2 se utiliza en bebidas carbonatadas para darles efervescencia. Se utiliza como agente extintor eliminando el oxigenoPara el fuego. Tambin en refrigeracin como lquido refrigerante en mquinas frigorficas como hielo seco.El Bixido de Carbono est ampliamente difundido en la soldadura MAG de metales ferrosos. Mediante el uso de este gas, se obtienen altas velocidades de soldadura, buena penetracin y buenas propiedades mecnicas de la soldadura. El Bixido de Carbono no es un gas inerte, bajo las condiciones de temperatura del arco se descompone en Monxido de Carbono y Oxgeno, el cual se utiliza para calentar el metal base, pero obliga al uso de soldadura con desoxidante.

CONCLUSIONES

Gracias a este experimento logramos ver de manera ilustrativa el desplazamiento del agua gracias a CO2. Esta prctica nos mostr la importancia de saber calcular la densidad de un gas de manera analtica.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA, CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

QUIMICA APLICADA

PRACTICA # 3:DENSIDAD DE UN GAS

PRACTICA N 3

EQUIPO N 5

CABRERA HERNANDEZ MARCO ALDAIR GARCA VILA NUBIA ANAHY

1IV25

PROFESOR: GALINDOMARTINE VIDAL P.