UNVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE HUMANIDADES Y CIENCIAS Y TECNOLOGIA LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

PRACTICA #1

DETERMINACION DE PESO MOLECULAR

Docente: Ing. Jenny Rojas Cspedes

Auxiliar: Marcelo Revollo Z.

Estudiantes: Camacho Z. Gabriel

Encinas Elmer

Gonzles O. Gabriel Antonio

Maldonado N. Paul

Tarquino Adrin

Fecha: 26 de marzo de 2007

Cochabamba - Bolivia

DETERMINACION DE PESOS MOLECULARES A PARTIR DE LA

DENSIDAD DE UNA SUSTANCIA EN ESTADO DE VAPOR

Objetivo general

Verificar si se cumpla la ecuacin de estado PV=nRT para los gases reales que trabajan

como ideales, es decir a temperaturas moderadas y presiones bajas.

Objetivos especficos

Determinar experimentalmente por el mtodo de dumas el peso molecular de un compuesto voltil (cloroformo)

Determinar experimentalmente por el mtodo victor meyer el peso molecular de un compuesto voltil (cloroformo)

Aprender a sellar el capilar de dumas con un mechero a gas.

Fundamento terico

En los gases ideales, estas variables incluyen la presin (p), el volumen (V) y la

temperatura (T). La ley de Boyle-Mariotte afirma que el volumen de un gas a

temperatura constante es inversamente proporcional a la presin. La ley de Charles y

Gay-Lussac afirma que el volumen de un gas a presin constante es directamente

proporcional a la temperatura absoluta. La combinacin de estas dos leyes proporciona

la ley de los gases ideales pV = nRT (n es el nmero de moles), tambin llamada

ecuacin de estado del gas ideal. La constante de la derecha, R, es una constante

universal.

La ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no se

comportan exactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Por

ejemplo, un gas ideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que se

enfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gases

ideales, pV = nRT. Una de ellas, muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de

estado de van der Waals (p + a/v2)(v - b) = RT, donde v = V/n, y a y b son parmetros

ajustables determinados a partir de medidas experimentales en gases reales. Son

parmetros de la sustancia y no constantes universales, puesto que sus valores varan de

un gas a otro.

La presion manomtrica miden la diferencia entre la presin del fluido y la presin

atmosfrica local, hay que sumar la presion atmosfrica local al valor indicado por el

manmetro para hallar la presin absoluta. Una lectura negativa del manmetro

corresponde a un vaco parcial.

Bibliografa:

Castellan, Gilbert. Fisicoqumica. Bogot: Fondo Educativo Interamericano, 1974.

Chang, Raymond. Qumica. Mxico: Editorial McGraw-Hill, 6 ed., 1998

Materiales

Balon de dumas (tapn, capilar) Vaso de precipitacin Lamina de amianto Termmetro Microtubo Mechero Estufa Pinzas Manmetro Cmara de vaporizacin Balanza analtica de Mettler Pipeta Propipeta

Reactivos

Cloroformo Agua destilada Etanol

Desarrollo experimental (dumas)

Pesamos el balon de dumas lo cual nos dar la masa 1 del experimento. Pipeteamos con la propipeta aproximadamente 0,5 ml de una muestra de

cloroformo y lo introducimos dentro del balon de dumas.

Durante la ebullicin del agua a una temperatura de 92,5 C introducimos el balon de dumas a bao maria con la ayuda de una pinza hasta evaporar la muestra de cloroformo.

Inmediatamente sellamos el capilar del balon con la ayuda de un mechero y una pinza metlica.

Pesamos el balon de dumas con el gas dentro lo cual ser la masa 2, posteriormente rompemos la punta del capilar sin hacer perder los fragmentos de vidrio

Llenar con agua el balon de dumas y evitar que halla burbujas de aire dentro, posteriormente pesar el balon de dumas con agua destilada, con esto podremos calcular la masa de agua que existe dentro, y con simples simplificaciones calcular el volumen de agua (VH2O=Vaire=Vcloroformo gas)

Con los datos de ASAANA, presin atmosfrica, temperatura ambiente y humedad relativa del aire; hallamos la presin baromtrica corregida, buscando los datos en tablas y diagramas

Con los datos obtenidos calculamos la masa de aire, podremos calcular la masa de vapor de cloroformo.

Con todos los datos obtenidos podremos encontrar experimentalmente el peso molecular del cloroformo.

Desarrollo experimental (victor meyer)

Montar el equipo victor meyer Pesamos el microtubo de ensayo con su tapn en la balanza analtica y asi

obtenemos la masa 1. Con la propipeta llenamos cloroformo a 32 del volumen del microtubo;

posteriormente pesamos en la balanza analtica y esta ser la masa1 con cloroformo.

Con los datos obtenidos anteriormente calculamos la masa de cloroformo dentro del microtubo

Tener el cuidado de que el agua destilada dentro de el manmetro tenga los niveles de agua iguales

Hacemos que el agua dentro de la cmara de vaporizacin llegue al punto de ebullicin

Colocamos dentro de la cmara de vaporizacin el microtubo sin su tapa y tapamos inmediatamente el manmetro.

Esperamos a que el cloroformo se evapore; posteriormente medimos la diferencia de altura que forma el agua destilada dentro del manmetro

Calculamos el volumen de gas de cloroformo que aumenta dentro del manmetro, mediante la diferencia de alturas entre el punto de equilibrio y el punto mas bajo de agua.

Calculamos la densidad de cloroformo con los datos ya obtenidos de masa y volumen.

Con la ayuda de un termmetro leemos la temperatura que tiene el gas de cloroformo dentro el manmetro.

Con todos los datos obtenidos anteriormente podremos encontrar experimentalmente el peso molecular del cloroformo.

mmHgatmmmhg

Paatm

hPaPahpa 5463,562

1760*

1013251*

1100*750 =

Clculos y resultados DATOS (Dumas)

Reemplazando los datos en las ecuaciones:

De la ecuacin (3) y (1)

Si:

[ ]airebalonOH

OH

OH

OHOH

OH

OHOH

VVV

mlV

mV

Vm

====

==

2

2

2

2

2

2

2

2

4986,1249975,01874,124

Una ves encontrado los factores f1 y f2 se puede hallar la densidad del aire a una presin de 558,0063 mmHg , una temperatura de 24C y una %HR =31%

( )( )

=

==

=

mlgE

lg

ff

aire

aire

aire

446,99460,0

73421,02885,121

Una vez ya obtenida la densidad del aire se halla la masa de aire

( )( )[ ]gm

EmVm

aire

aire

aireaireaire

1178,04986,124446,9

==

=

De la tabla I encontrar f1 con una temperatura de 24 C

=mlgf 2885,11

De la grafica I encontrar la temperatura de rocio a 24C y 31% HR

Ctrocio 8,13= De la tabla II con la temperatura de rocio encontrar la presin para as corregir la presin de 750Hpa

De la tabla III encontrar f2 con una presin de 558,0063 mmHg.

73421,02 = f

[ ][ ][ ]

[ ] [ ]

=

===

===

aire

OH

C

OH

aire

Kgkg

HR

mlg

KCtgm

gmgm

2

2

%31%

9975,0

15,297249179,200

1561,777305,76

23

3

2

1

OHbalon

cloroformobalon

airebalon

mmmmmmmmm

23

2

1

+=+=+=

)3(9179,200)2(1561,77

)1(7305,76

2OHbalon

cloroformobalon

airebalon

mmmmmm

+=+=+=

[ ] OHaire

aireOH

mgm

mm

2

2

1874,1240

7305,769179,200

=

=

mmHgPcorregida 0063,55854,45463,562 ==

Una vez encontrado la maire reemplazando en la ecuacin (1) y (2) se encuentra la mcloroformo

Con la mcloroformo y el VH2O encontramos la cloroformo

==

=

lg

Vm

cloroformo

OH

cloroformocloroformo

3647,44986,124

5434,02

Despejando los datos encontrados en la formula siguiente encontrar el peso molecular experimental:

( )( )( )( )

( )( )( )( )

( )( )

=

+=

+=

molgM

KK

KmmHgKmmHg

mmHgKM

TT

TPTP

PRTM

x

molKmmHgl

lg

x

ebull

crit

ebullcrit

critcorr

corr

ebullxx

4197,175

5,36553661

5,365760*541285360063,55891*

0063,5585,3654,623647,4

61128

91*

2

2*

2

2

===

==

=

molgEEE

errorE

EEE

E

realabsoluto

real

real

41,561194197,175

%41,47100*119

1194197,175%

100*%

exp

exp

[ ] cloroformocloroformo

cloroformobalon

airebalon

mgm

mmmm

==+

+=+=

5434,01178,07305,761561,77

)2(1561,77)1(7305,76

DATOS (victor meyer)

Conociendo la masas del microtubo encontramos la masa del cloroformo con la ecuacin (1)

[ ]gmm

cloroformo

cloroformo

0311,03769,04080,0

==

Encontrar el volumen de gas cloroformo

( ) ( )[ ]32

2

3878,54

147,0

cmV

V

hDVV

cloroformo

cloroformo

cloroformocilindro

==

==

Teniendo el volumen y la masa del cloroformo calculamos la densidad

==

=

lg

Vm

cloroformo

cloroformo

cloroformocloroformo

7723,53878,50311,0

Hallar los mmHg que se forman por la presin ejercida por el cloroformo

( )( )( )

[ ]mmHghh

hh

ghgh

Hg

Hg

Hg

OHOHHg

OHOHHgHg

7754,315,13

4309976,0

22

22

==

=

=

La presin neta del cloroformo viene a ser dada por la formula:

( )( )( )

[ ]mmHgPP

Ph

PP

cloroformo

cloroformo

OHvap

Hg

OHOHatmcloroformo

9254,571

4,225,13

4309976,055,562

222

=+=

+=

Despejando los datos encontrados en la formula siguiente encontrar el peso molecular experimental:

( )( )( )( )

( )( )( )( )

( )( )

=

+=

+=

molgM

KK

KmmHgKmmHg

mmHgKM

TT

TPTP

PRT

M

x

molKmmHgl

lg

x

crit

crit

critcorr

corr

xx

9138,180

29753661

297760*541285369254,57191*

9254,5712974,627723,5

6112891*

2

2*

2

2

[ ][ ]

[ ] [ ][ ]

[ ] [ ]OmmHcmHmmHgP

KCtgm

gm

OHvap

cloroformogas

cloroformot

t

21

1

43043

4,22

15,29724

4080,0

3769,0

2

1

1

===

===

=

)2(

)1(

22

11

ghgh

mmm

OHOHHgHg

tcloroformotcloroformo

==

===

==

=

molgEEE

errorE

EEE

E

realabsoluto

real

real

91,611199138,180

%02,52100*119

1199138,180%

100*%

exp

exp

Figuras y tablas

Grafica 1. carta psicromtrica para 1 atm (Unidades SI)

Observaciones En el mtodo de dumas: el capilar del balon de dumas al ser sellado y posteriormente

fraccionado se perdi una cantidad significante de masa que posteriormente fue pesada.

Al medir la presin del manmetro hubo error al calcular la presin neta del cloroformo

ya que anteriormente ya exista restos cloroformo gaseoso de los grupos anteriores

dentro el tubo para cuando nosotros calculamos la presin.

Discusiones y conclusiones

Dumas:

Segn el experimento obtuvimos un peso de 175,4197 molg el cual difiere un poco del

peso experimental terico para el cloroformo que es de 119 molg , por lo cual concluimos

que hubo errores en desarrollo experimental como las siguientes:

Hubo retraso en el sellado de la punta del capilar con el mechero por lo tanto escapo el gas de cloroformo.

Aunque se cumple la relacin de los gases ideales PV=nRT de la siguiente forma a presiones bajas y temperaturas altas se encuentra una masa muy parecida a la

calculada:

[ ][ ]

[ ]

==

=

==

molgM

KTmolK

mmHglR

mmHgPmlV

cloroformo

cloroformo

OH

9138,180

5,365

*4,62

0063,558

4986,1242

( )( )( )( )

[ ]

( )( )[ ] cloroformo

cloroformo

cloroformoerimental

erimental

cloroformo

mgmE

mMnMm

n

molEn

n

nRTPV

nRTPV

==

==

==

==

5321,0

4197,175333,3

*

333,35,3654,62

1245,00063,558

exp

exp

Victor Meyer:

Segn el experimento obtuvimos un peso de 180,9138 molg el cual difiere un poco del

peso experimental terico para el cloroformo que es de 119 molg , por lo cual concluimos

que hubo errores en desarrollo experimental como las siguientes:

Al medir la presin del manmetro hubo error al calcular la presin neta del cloroformo ya que anteriormente ya exista restos cloroformo gaseoso de los

grupos anteriores dentro el tubo para cuando nosotros calculamos la presin.

Cuestionario

1.- En un experimento de determinacin de pesos moleculares se utilizo un bulbo de dumas que peso abierto al aire 21.473 g el bulbo se lleno con el vapor de un liquido orgnico y se sello a la presin baromtrica de 585 mmHg a una temperatura de 92.5 C a temperatura ambiente el bulbo peso 22.5430 g el bulbo se abri y se lleno con agua destilada a la temperatura ambiente, despus de lo cual peso 238 g toda las pesadas se hicieron a temperatura ambiente de 25 C determine el peso molecular del vapor orgnico tomando en cuenta que la densidad del aire a 25 C y a la presin atmosfrica es de 1.2935 g/l y la densidad del agua es 0.99707 g/ml. m1 = 21.473g m2 = 22.5430g m3 = 238g m1 = mbalon + maire m2 = mbalon + mvapor de liquido m3 = mbalon + mH2O mH2O = m3 - m1 mH2O = 238g - 21.473g vH2O = mH2O = 216.527g = 217.1633 ml H2O 0.99707g/ml vH2O = vaire = vvapor liquido maire = vaire*aire = 217.1633ml ( 1.2935g . 1l ) = 0.2809g l 1000ml mvapor de liquido = m2 - mbalon = m2 - m1 + maire = 22.5430g - 21.473g + 0.2809g = 1.3509g vapor de liquido = mvapor de liquido = 1.3509 g = 6.2207.10-3 g/ml vvapor de liquido 217.1633ml M = vapor de liquido * R * T = 6.2207 g/l * 62.32 mmHg*l /mol*K * 365.5 K P 585 mmHg M = 242.2134 g/mol

2.- Determine la altura en metros del liquido manomtrico Yogurt ILVA si a 20 C 30 ml de este liquido pesa 31.65 g para que ejerza una presin de 0.89 atmsferas P = gh = m = 31.65g = 1.055 g/ml v 30ml 1.055 g . 1.106 cm3 . 1Kg = 1055 Kg ml 1m3 1000g m3 0.89atm . 1.013.105 Pa = 90157 Pa 1atm h = P g h = 90157 Kg*m/m2*s2 = 8.72 m 1055 Kg/m3 * 9.8 m/s2 3.- Indique y explique brevemente que otros mtodos experimentales existen para la determinacin de pesos moleculares en laboratorio Otros mtodos experimentales que existen para la determinacin de pesos moleculares en laboratorio son:

Determinacin del peso molecular a partir del descenso de la presin de vapor. Puesto que n1 = w1/M1, y n2 = w2/M2, siendo w1 y w2 los pesos del disolvente y del soluto, y M1 y M2 los pesos moleculares de los dos constituyentes, la ecuacin

Puede expresarse del modo siguiente:

Hoy se usa, con frecuencia, el mtodo isopistico, para la determinacin precisa de presiones de vapor. En este mtodo, la disolucin cuya presin de vapor queremos determinar y una disolucin que contenga un soluto patrn, por ejemplo, cloruro potsico, se colocan en vasijas separadas y en un recipiente cerrado, como se muestra en la figura 1. Se hace el vaco y se coloca el recipiente en un termostato cuya temperatura se regula a 0,001 C. El vapor de la disolucin que posee la presin de vapor ms alta pasa a la que la tiene ms baja, hasta que las presiones de vapor de las dos disoluciones son iguales, es decir, hasta que dichas soluciones son isopisticas (del griego igual presin). Las muestras se pesan peridicamente y cuando se establece el equilibrio, o sea, cuando ya no hay variacin de peso, se analizan las disoluciones y se determinan sus concentraciones. Como las presiones de vapor de las disoluciones de cloruro potsico a diferentes concentraciones han sido medidas con precisin y en la

bibliografa se encuentran tablas con estos valores, la presin de vapor de la disolucin a ensayar, que es isopistica con la de cloruro potsico, se deduce con facilidad. Conociendo la presin de vapor del agua a esta temperatura, es muy sencillo el clculo del descenso de la presin de vapor de la disolucin.

FIG. 1. Dispositivo para el mtodo isopistico.

En disoluciones muy diluidas, en las que w2/M2 es despreciable a w1/M1, puede suprimirse el segundo trmino del denominador y la ecuacin toma la forma:

El peso molecular del soluto M2 se obtiene despejando en la ecuacin:

La determinacin del peso molecular por el mtodo isopistico ha sido descrita por MASON y GARDNER 6.

Determinacin del peso molecular a partir de datos crioscpicos. El peso molecular de un soluto no voltil M2 puede determinarse por el mtodo del punto de congelacin, (Mtodo de equilibrio) Este mtodo constituye el procedimiento ms exacto para determinar puntos de congelacin. Para el disolvente puro, el punto de solidificacin se determina, de forma precisa, mezclando ntimamente disolvente en estado slido y lquido (hielo y agua) en un tubo crioscpico o en un vaso Dewar, y cuando se alcanza el equilibrio se lee la temperatura de la mezcla con un termmetro Beckmann o con un par termoelctrico mltiple y un potencimetro. Segn BALLARD y GOYAN, puede emplearse un termistor en lugar del par termoelctrico. Despus se coloca en el vaso la disolucin mezclada con el disolvente puro congelado y cuando se alcanza de nuevo el equilibrio se anota la temperatura. En el momento de esta lectura se extrae una muestra de la fase lquida y se analiza, para as determinar con exactitud la concentracin de la disolucin. La exactitud del mtodo se puede mejorar si se colocan simultneamente los dos extremos del par termoelctrico en dos vasos Dewar, uno de los cuales contiene el lquido puro y el otro la disolucin, ambos en equilibrio con el disolvente slido. De

esta forma puede determinarse la diferencia de los puntos de congelacin de los dos sistemas con la precisin de 0,00002 C. Y posteriormente empleando la ecuacin:

En la que w2 son los gramos de soluto disueltos en w1 gramos de disolvente, Se determina el peso molecular de un soluto no voltil M2

Tambin es importante mencionar que otros mtodos tambin importantes son el de Regnault y el de densidad al lmite 4.- La concentracin de monxido de carbono en el aire del 35 % en volumen produce la muerte en un breve espacio de tiempo el motor desajustado de un coche viejo con un desplazamiento de 4.85 L puede producir fcilmente hasta 0.6 moles de monxido de carbono por minuto como uno de los componentes de los gases de combustin si un garaje a 27 C si las medidas del cuarto son 6 metros de ancho 10 metros de largo y 2.5 metros de altura cuanto tiempo transcurrir antes que el garaje cerrado alcance la concentracin mortal de CO (Supngase que la presin total se mantiene constante a 1 atm y que no hay CO inicial) vgaraje = ancho * largo * alto =6m*10m*2.5m = 150m3 V1 = 150 m3aire . 35m3 CO = 52.5 m3 CO 100 m3aire v = 0.6 moles CO min PV = nRT V = nRT = 0.6 mol 0.082atm*l/mol*K 300 K = 12.3 L P 1atm 12.3 l . 1000ml . 1m3 = 0.0123m3 1l 1.106 cm3 v = 0.0123m3 CO min v = V1 t t = 52.5m3 CO = 4268.293 min 0.0123 m3 CO /min 5.- Se tiene un tubo simple en forma U que tiene abiertos los dos extremos se llena parcialmente con agua como muestra la figura en estas condiciones se agrega por uno de los lados de los brazos del tubo queroseno de densidad 0.82 g/ml formando una columna de 6 cm de altura cual es la diferencia h entre las alturas de los dos lquidos? Cual ser la presin que ejerce la columna de queroseno expresado en mm de mercurio y en atmsferas?

0.82 g . 1.106cm3 . 1Kg = 820 Kg ml 1m3 1000g m3 P1 = qgh1 = 820 Kg/m3 * 9.8 m/s2 * 0.06m = 482.16 Pa P2 =H2Ogh2 P2 = P1 h2 = P2 = 482.16 Pa = 0.0492 m H2O g 1.103 Kg/m3 *9.8 m/s2 h = h1- h2 h = 0.06m - 0.0492m = 0.0108 m q g hq = Hg g hHg hHg = q hq = 0.82g/ml*60mm = 3.6176 mmHg Hg 13.6g/ml 3.6176 mmHg . 1atm = 4.7601.10-3 atm 760mmHg

Bibliografa

Castellan, Gilbert. 1974 Fisicoqumica. Fondo Educativo Interamericano Bogot.

Chang, Raymond. 1998 Qumica. Editorial McGraw-Hill, 6 ed. Mxico. David R. Lide. 2005 CRC Handbook of Chemistry and Physics, Editor-in-Chief,

New York

Robert H. Perry. 1999 PERRYS CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK. Editorial McGraw-Hill, 7 ed. New york.