UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA 1

INFORME PROYECTO EXPERIMENTAL #2

CÁLCULO DE UNA PROPIEDAD DE TRANSPORTE (VISCOSIDAD DE UN

"GAS") MEDIANTE LA DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL PESO

MOLECULAR DE UN LÍQUIDO VOLÁTIL.

SÁNCHEZ VÁZQUEZ ENRIQUE

3154

PROF.: ING. MARIO BARROSO MORENO

19SEPTIEMBRE/2014

Resumen.

En este proyecto se calculó la viscosidad del acetato de etilo mediante la

ecuación:

µ=2.66X10-6 (PM*T) 0.5 /σ2 Ω1

Determinando experimentalmente el peso molecular del líquido volátil empleando

la ecuación:

PM= ɗ R*T/P

Se determinó experimentalmente la temperatura de ebullición, la densidad del

vapor del acetato de etilo y la presión, obteniendo un peso molecular de 418.1248

g/mol siendo este un error del 400%, posteriormente se calculó la viscosidad del

vapor del acetato de etilo obteniendo un valor de 2.4817X10-11 g*°K /mol*cm2

siendo un valor erróneo de manera que no pudimos comprobar nuestra hipótesis.

Abstract.

In this project, the viscosity of ethyl acetate was calculated by the equation:

µ=2.66X10-6 (PM*T) 0.5 /σ2 Ω1

Experimentally determining the molecular weight of the volatile liquid using the

equation:

PM= ɗ R*T/P

Boiling temperature, the vapor density of ethyl acetate and the pressure was

determined experimentally to obtain a molecular weight of 418.1248 g / mol being

that an error of 400%, then the viscosity of ethyl acetate vapor is calculated by

obtaining a value of 2.4817X10-11 g*°K /mol*cm2 being this a wrong value, so we

can´t prove our hypothesis.

Introducción.

Propiedades de transporte: es el movimiento de alguna de las propiedades de la

materia como masa, momentum o energía en una o varias direcciones bajo la

acción de una fuerza impulsora.

Son fundamentalmente tres propiedades

Difusión

Conductividad Térmica

Viscosidad

Viscosidad: La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones, es

debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos

presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una

aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene

viscosidad se llama fluido ideal.

Gas: Se denomina gas al estado de agregación de la materia en el cual, bajo

ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo

débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el

volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es,

expandirse, todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases

son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios

de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un

gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran

velocidad y muy separadas unas de otras

Masa molecular: La masa molecular es la masa de una molécula de un

compuesto. Se calcula sumando las masas atómicas relativas de todos los átomos

que forman dicha molécula. Se mide en unidades de masa atómica, representadas

como u, también llamadas unidades Dalton, representada como Da. Esta última

unidad es la indicada en el Sistema Internacional de Magnitudes.

Liquido volátil: La volatilidad de una sustancia es una medida de la facilidad con

que esta se evapora. A una temperatura dada, las sustancias con mayor presión

de vapor se evaporan más fácilmente que las sustancias con una menor presión

de vapor.

Cuanto menor sea la temperatura de evaporación de la sustancia se dice que es

más volátil.

Podemos determinar la viscosidad de un líquido volátil mediante la ecuación:

µ=2.66X10-6 (PM*T) 0.5 /σ2 Ω1

Donde PM=Peso molecular en g/mol

T=temperatura de ebullición en °K

σ=diámetro de colisión

Ω1=Integral de colisiones

Ley de los gases ideales: La ley de los gases ideales es la ecuación de

estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin

atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos.

Método de Dumas para PM: Jean Baptiste André Dumas demostró que el peso

molecular de algunos compuestos orgánicos era directamente proporcional a la

densidad de vapor del compuesto, y, usando este principio, creó un método para

determinar los pesos atómicos, especialmente de gases y líquidos con bajos

puntos de ebullición y cuyos vapores cumplen la ley de gas ideal: PV=nRT

El peso molecular se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Donde m = es la masa del vapor del líquido volátil en g

V= volumen del vapor del líquido volátil en L

R= Constante del estado gaseoso 0.082Latm/molK

T= Temperatura de ebullición del líquido volátil en °K

P= Presión atmosférica en atm

El   acetato de etilo : es un éster de fórmula CH3-COO-CH2-CH3 (véase figura 1.0),

es un líquido incoloro, característico de los ésteres, no residual. Es miscible con

hidrocarburos, cetonas, alcoholes y éteres y poco soluble en agua. Se emplea en

arte como disolvente universal.

En el laboratorio, el acetato de etilo es comúnmente usado en mezclas

para cromatografía líquida y extracción. Es raramente seleccionado como un

disolvente de reacción porque es propenso a la hidrólisis. El acetato de etilo es

muy volátil y tiene un bajo punto de ebullición. Debido a estas propiedades, puede

recuperarse de una muestra por calentamiento de la misma en un baño de agua y

ventilando con aire comprimido.

La problemática del proyecto experimental reside en la determinación y cálculo de

una propiedad de transporte mediante la determinación experimental del peso

molecular de un líquido volátil.

Específicamente en como calcular la viscosidad del vapor del Acetato de Etilo,

determinando experimentalmente el peso molecular de este.

La hipótesis planteada es que la viscosidad del vapor del Acetato de etilo es de

µ=1.2186X10-35 g*°K /mol*cm2

Fig. 1.0

“Formula desarrollada del acetato de etilo”

Diseño Experimental.

Materiales y reactivos

Metodología:

Densidad del vapor del acetato de etilo.

Para calcular la densidad se necesitan dos valores, la masa y el volumen, para

poder determinar la masa del vapor de acetato de etilo se pesó un matraz de 25

ml con aire, una liga y un pedazo de aluminio obteniendo así la M1,

posteriormente se vertió 1 ml del líquido volátil en el matraz y se selló con el

aluminio y la liga; se llenó un vaso de precipitados con agua y se puso a calentar

en una parrilla para conseguir un baño maría, posteriormente se colocó el matraz

dentro del baño maría haciéndole un pequeño orificio al aluminio para poder

expulsar el aire del matraz (véase fig. 2.0), una vez evaporado todo el líquido se

retiró del baño maría y se dejó condensar el líquido, se pesó nuevamente

obteniendo la M2, al final se restó la M2-M1 para así obtener la masa del vapor del

acetato de etilo.

Para calcular el volumen del matraz colocamos una bureta llena de agua

sostenida en un soporte universal y fuimos vaciándola hasta alcanzar a llenar la

totalidad del matraz, registramos el valor alcanzado por el agua en la bureta y

procedimos a determinar la densidad del vapor del acetato de etilo. Dividimos la

masa obtenida entre el volumen obtenido en las determinaciones, y convertimos

las unidades de g/ml a g/L.

Determinación de la presión en el laboratorio 421 de FES Zaragoza

Para calcular la presión utilizamos el método de Torricelli, con ayuda de un

mechero aforamos por un lado un tubo de vidrio de 80 cm de largo y 7mm de

diámetro sellándolo por completo de un lado y dejando libre el otro (véase fig. 4.0);

con ayuda de una jeringa y en una zona determinada de seguridad vertimos el

mercurio en el tubo dejando que este resbalara por un costado haciendo que por

el otro saliera el aire que se encontraba en el tubo, a pesar del cuidado puesto se

quedaron pequeñas burbujas dentro del tubo las cuales fueron eliminadas en su

mayoría golpeando la base del tubo contra una superficie plana, una vez lleno el

tubo de se deja caer una gota más de mercurio para lograr una pequeña curvatura

en la punta; se coloca un tubo de ensayo en la punta del tubo haciendo presión y

posteriormente se voltea el tubo de vidrio con el tubo de ensayo haciendo que la

Fig. 2.0

“Baño maría del acetato de etilo”

Fig. 3.0

“Llenado del matraz con agua”

presión atmosférica empuje el mercurio llenando hasta cierto punto el tubo de

ensayo y formando la columna de mercurio, finalmente se tomó la medida de esta

columna en mm, dándonos un resultado en mmHg que convertimos a atm.

Temperatura de ebullición del acetato de etilo

Para calcular la temperatura de ebullición del líquido volátil se vertió 1ml de

acetato de etilo en un tubo de ensaye, le agregamos pequeños trozos de vidrio ya

que al evaporarse muy rápido el líquido no es posible apreciar a primera vista

cunado este entre en ebullición así que con el vidrio podemos ver las pequeñas

burbujas que se forman a su alrededor, sellamos el tubo con aluminio y una liga y

le introducimos un termómetro de inmersión parcial, colocamos el tubo a baño

maría en un vaso de precipitados lleno de agua caliente, y esperamos hasta lograr

que el líquido entrara en ebullición y registramos la temperatura (véase fig. 5.0).

Fig. 4.0

“Aforado del tubo de vidrio”

Resultados del proyecto.

Determinación de la densidad promedio de un líquido volátil

Determinación Masa Volumen Densidad Densidad

Promedio

1ra 0.0835g 28.8ml 2.8913X10-3

g/ml

Σ=0.32740

g/ml

Σ/3=0.010924

g/ml

d= 0.010924

g/ml

(1000ml/1L)=

10.924 g/L

2da 0.1989g 31.7ml 6.2744X10-3

g/ml

3ra 0.7082g 30ml 23.6066X10-3

g/ml

Determinación de la presión atmosférica promedio P en el laboratorio 421 FES

Zaragoza por el método de Torricelli.

Determinación Presión (mmHG) Presión (atm) Presión Promedio

1ra 570 0.75 Σ=1.496atm

Σ/2=0.748atm2da 567 0.7460

Determinación de la temperatura de ebullición del acetato de etilo

Fig. 5.0

“Determinación de la temperatura de ebullición”

Determinación Temperatura °C Temperatura °K Temperatura de

Ebullición

1ra 76 349.15 349.15°K

2da 76 349.15

Determinación del PM del acetato de etilo

PM= ɗ R*T/P

PM= 10.924g/L* (0.082Latm/molK * 349.15K)/0.748atm

PM= 418.1248g/mol

Determinación del diámetro de colisión (σ)

Sustancia M (g/mol) σX10-8 (cm) Ε/Κ

86.178 5.949 399.3

Acetato de Etilo 88 5.415 343.443

119.378 5.384 340.2

Interpolación numérica

119.378−86.1785.949−5.384

= 119.378−885.949−X

5.949−X (33.2 )=(31.378)(0.565)

5.949−X=17.7285733.2

−X=0.533993072−5.949 σ=5.4150cm

5.949−5.384399.3−340.2

=5.949−5.415399.3−X

399.3−X (0.565 )=(0.5339)(59.1)

399.3−X=31.55890.565

−X=55.8566−399.3 Ε /Κ=343.4433

Determinación de la integral de colisiones

T= TeΕ/Κ

T= 350.15K343.44 Ε/Κ

T= 1.0195

Buscando Ω1 en Apéndice D-6b (Foust) (véase fig. 6.0)

Ω1=1.4

Determinación de la viscosidad del acetato de etilo (vapor)

µ=2.669X10-6 (PM*T) 0.5 / σ2 Ω1

Fig. 6.0

“Apéndice D-6b”

PM =418.1248 g/mol

T=349.15°K

σ= 5.4156X10 -8 cm

Ω1 = 1.4

µ=2.669X10-6 (418.1248g/mol * 349.15°K) 0.5 / (5.4156cm) 2 * 1.4

µ=1.019X10-3 / 4.106X10-15 µ=2.4817X10 -11 g*°K /mol*cm 2

Interpretación de resultados.

El cálculo de la densidad en nuestra tercera medición afecto de gran manera el

resultado en general del peso molecular (error del 400%), por lo tanto también el

cálculo de la viscosidad; aun corrigiendo ese cálculo, el resultado experimental

varía en casi el doble del valor teórico del peso molecular del acetato de etilo.

El valor de la temperatura obtenida es muy cercana al valor teórico, la presión se

encuentra alejada pero dentro del margen de error, pero el peso molecular

incrementa de manera exponencial la densidad.

Conclusiones.

Aunque la temperatura de ebullición es un cálculo que no se puede realizar de

manera 100% exacta, los valores que determinamos no fueron tan alejados de los

valores teóricos sin embargo el mal cálculo del peso molecular provoco un error en

la comprobación de la hipótesis.

La determinación de la presión mediante el método de Torricelli resulta en cierta

forma sencillo sin embargo debido a la inexperiencia y a las condiciones de trabajo

la medición de la presión no es la esperada.

Bibliografía.

Wade L., Química orgánica, Segunda edición, Editorial Prentice-Hall

Hispanoamericana S.A., México 1993.

Alan S. Foust, Leonard A. Wenzel, Curtis W. Clump, Louis Maus, L. Bryce

Andersen, “Principios de Operaciones Unitarias” 10a., Ed. Cecsa, México, 734-

735, 2006.

http://www.ackron.com.ar/conoco/conoco.html. Consultado 24/082014.

www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/

Ficheros/0a100/nspn0056.pdf. Consultado 27/08/2014.