Narkys Romero. Carnet: 10-10645Caracas, 20 de Mayo de 2013Densidad de los gases: Determinacin del peso molecular

Resumen

Con el fin de conocer la masa molar de una sustancia desconocida se utilizo el mtodo Dumas, dando como resultado una masa molar de 59,77 g/mol y un porcentaje de error de 19,22%, por el olor caracterstico a alcohol y otras constantes fsicas se puede asegurar que la sustancia utilizada fue el 1-propanol, a pesar de que difiere con el valor de la densidad de dicha sustancia, los resultados son exactos y precisos ya que para la veracidad de los mismos se repiti la experiencia varias veces. La disparidad entre las densidades se pueden deber al mtodo utilizado, o a errores cometidos por el observador. Con esta experiencia se pudo observar cmo se relaciona la densidad de vapor de una sustancia con su masa molar.

IntroduccinLa mayora de las sustancias pueden existir en cualquiera de los 3 estados de la materia: solido, lquido o gaseoso, los cuales a menudo son los que definen las propiedades fsicas de las sustancias. Los gases suelen ser ms simples que los lquidos y los slidos, su movimiento molecular es aleatorio y libre. Se denomina gas a una sustancia que normalmente se encuentra es estado gaseoso a temperatura y presiones ordinarias.(1)Durante muchos siglos se realizaron incontables experimentos de las propiedades fsicas de gases, hasta llegar a generalizaciones que se refieren al comportamiento macroscpico de los gases, mejor conocido como leyes de los gases que fueron contribuciones de Boyle, Jaques charles, Gay Lussac y Amadeo Avogadro , llevando finalmente a la ley de los gases ideales la cual describe matemticamente la relacin entre el volumen(V), el numero de moles(n) ,la presin(P),la temperatura(T) y la constante universal de los gases ideales(R) dando como resultado la siguiente ecuacin: PV=nRT.Esta ecuacin es muy til para el clculo de densidad y masa molar de sustancias gaseosas o lquidos voltiles desconocidos, ya que escribiendo la ecuacin anterior de la siguiente forma PV= y conociendo que = , finalmente se obtiene que = , entonces M=, esto viene dado por la aplicacin de un procedimiento conocido como el mtodo Dumas, quien demostr que el peso molecular de algunos compuestos orgnicos era directamente proporcional a la densidad de vapor del compuesto.(2) La densidad de vapor se define como el peso de un volumen de vapor o gas puro (sin aire presente) comparado con el peso de un volumen igual de aire seco a la misma temperatura y presin. Una densidad de vapor menor a 1 indica que el vapor es ms ligero que el aire y que tender a elevarse, si es mayor a 1 indica que el vapor es ms pesado que el aire y tender a descender hacia el suelo.

Procedimiento ExperimentalLavar, secar y pesar los instrumentos. Agregar a la fiola 2 ml del lquido desconocido y taparlo con papel de aluminio y una liga. Realizar el montaje de la figura 1, agregar perlas de vidrio y calentar, esperar a que desaparezca la fase liquida, desmontar y pesar.

Figura 1

Resultados:

Los resultados obtenidos se muestran en las siguientes tablas:Tabla 1.Condiciones del Bao

Exp. 1Exp. 2Exp. 3Promedio(x)Desviacin

Masa equipo 0,01g74,2274,2374,2274,220,01

Masa papel de Al+liga 0,01g0,60,60,590,590,01

Masa equipo+gas condensado 0,01g74,4974,4874,4874,480,01

Gas condensado 0,02g0,270,250,260,260,01

Temperatura del bano 1 C969795961

Presion atmosferica 0,1 mmHg676,2676,2676,2676,20

Densidad de Vapor1,83461,69881,76691,76670,07

Tabla 2.Condiciones para volumen de la fiola

Exp.1Exp.2Exp.3PromedioDesviacin

Masa de la fiola0,01 g73,6473,6373,6473,630,01

Masa de la fiola+ Agua0,01 g220,5220,5220,5220,50

Masa de Agua0,02 g146,86146,87146,86146,860,006

Temperatura del Agua1 C23222222,660,6

Volumen de la Fiola0,147170,147160,147150,147160,00001

Densidad del agua0,997860,998020,998020,997960,0001

Tabla 3.Propiedades de las sustancia en estudio

Punto de ebullicin961C

Densidad de Vapor1,77 0,07 g/L

Masa Molar(M)59,77 0,19 g/mol

% Error19,22%

OlorAlcohol

ColorIncoloro

Los resultados obtenidos corresponden parcialmente con los valores tericos, segn el olor de la sustancia se podra decir que es un alcohol, e incluso el punto de ebullicin y la masa molar pertenecen a un alcohol, especficamente al 1-propanol, sin embargo existe discrepancias con la densidad, ya que el margen de error de la misma no hace que el resultado obtenido alcance el valor terico, esto no permite asegurar con exactitud que la sustancia estudiada haya sido el 1-propanol.

Determinar la sustancia solo por la masa molar calculada sera un error, pues habra inconveniente decidir qu tipo de alcohol se estaba utilizando debido a que tanto como el isopropanol como el 1-propanol poseen la misma masa molar, pero si se toma en cuenta el punto de ebullicin se puede observar que existe una diferencia evidente, los otros tipos de alcohol se descartan, ya que las diferencias entre punto de ebullicin, masa molar y densidad son mucho mayores, en la siguiente tabla se muestran algunas contantes fsicas de algunos alcoholes:

(3)Tabla 4. Constantes fsicas de algunos alcoholes a 20C y 1 atm.

NombrePunto de ebullicin( C)Densidad relativa (agua=1) (g/L)Densidad de vapor relativa (aire=1)Masa molar (g/mol)

Metanol64,50,7931,1132,04

Etanol78,50,7891,5946,07

1-propanol97,80,8042,160,1

isopropilico82,30,7892,160,09

isobutilico1070,812,5674,1

sec-butilico99,50,82,674,12

terc-butilico82,40,782,5574,12

1-pentanol137,50,81388,15

Hexanol1570,813,5102,17

Ciclohexanol161,50,9623,5100,16

Aunque existen diferencias entre algunas de la constantes fsicas, en general se podra decir que la sustancia estudiada fue el 1-propanol, pues las desviaciones entre las medidas no representan valores grandes, lo que podra indicar que se realizaron medidas precisas, con el mnimo error al momento de realizarlas.

Discusin:

Los resultados obtenidos, a pesar de poseer rangos de error bajo, podran generar dudas, pues el valor de la densidad calculado no corresponde con el valor terico de la sustancia, estas diferencias se pueden deber a que los valores tericos fueron medidos en condiciones normales de temperatura y presin, 20C y 1atm respectivamente, en cambio en el laboratorio haba una presin de0,88 atm y 23C de temperatura. Aunque existen diferencias entre las densidades de la sustancia en estudio y el 1-propanol es de apenas 0,33 por lo que el valor obtenido no se aleja en gran escala de la realidad.Las medidas realizadas son exactas y precisas ya que la desviacin de las medidas luego de realizar el mismo procedimiento tres veces son pequeas, sin embargo pudieron haber fuentes de error, que afectaron directamente la masa de gas condensado y esto a su vez la densidad del gas, tal es el caso que al momento de retirar la fiola del calentamiento, se observaba que el liquido se haba evaporado completamente y en el fondo de la fiola no quedaba residuo de la sustancia, pero cuando se dejaba enfriar apareca de nuevo un poco de liquido en el fondo de la fiola, Adems tambin pudo generar error la aplicacin de mtodo utilizado, existen varias formas de emplear el mtodo Dumas para determinar la masa molar de un gas, una de ellas fue la utilizada en esta prctica, pues se realiza a partir de una fiola tapada con papel de aluminio que tena un agujero en el centro y presionada con una liga, pero esto en comparacin de un bulbo es menos preciso ya que no hay certeza de que el vapor quede realmente dentro de la fiola, haciendo que haya perdida del gas en estudio, lo que lleva a que en definitiva la masa del gas no sea la misma.

Conclusin:En vista de los resultados obtenidos, la realizacin de la prctica fue parcialmente exitosa, pues se pudo determinar cul fue la sustancia que se estaba estudiando (1-propanol), con una desviacin de las medidas pequea, pero el valor de la densidad calculado mediante el mtodo Dumas y el valor terico mostrado en la tabla 4 difieren, sin embargo se podra decir que la precisin y exactitud de los resultados es alta debido al bajo margen de error que muestran los clculos y medidas, aunque existen posibles fuentes de error, estas no afectan de forma notables los resultados obtenidos.Bibliografa (1) Raymond Chang, Quimica,4Edi,Mc Graw Hill,1992,pp166-185. (2) http://www.buenastareas.com/ensayos/Determinacion-Del-Peso-Molecular-De-Un/892124.html (3) Requena, L Vamos a estudiar Qumica Orgnica(2001) ,Ediciones ENEVA.

Anexos: Calculo de Volumen de la fiola:MasaH2O=146,86 g =147,16ml=0,14716 LH2O=0,99796 g/ml VH2O=V fiola ya que es el volumen que ocupa el agua. Calculo densidad del gas:Masagas: 0,26 g vapor= =1,77 g/LVfiola =0,14716L Calculo masa molar (M) de la sustancia desconocida:Presin atm:0,8897 atm M==60,22 g/molTemperatura: 396KR:0,082 L*atm/K*mol Calculo % error:M=0,19 g/mol%error=M*100%=19,22%