INTRODUCCIONAunque vivimos inmersos en un gas, el aire que forma la atmósfera, pocas veces reparamos en él. Otro tanto ocurre con la mayoría de los gases que se nos presentan diariamente: el vapor de agua al cocinar, el dióxido de carbono que se forma en la combustión o el butano que sale de la cocina: normalmente no se ven y si uno se fija en ellos, al final se mezclan con el aire y parece que desaparecen. El primer científico que se fijó en los gases, e incluso inventó la palabra gas fue el filósofo belga Van Helmont. Una vez que se reconocieron los gases como sustancias materiales, se comenzó su estudio sistemático. FUNDAMENTO TEORICO CONCEPTOS BÁSICOS GAS: Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio. Su principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de atracción, haciendo que no tengan volumen y forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene. PROPIEDADES GENERALES DE LOS GASES Los gases tienen 3 propiedades características: (1) son fáciles de comprimir, (2) se expanden hasta llenar el contenedor, y (3) ocupan más espacio que los sólidos o líquidos que los conforman: COMPRESIBILIDAD: Una combustión interna de un motor provee un buen ejemplo de la facilidad con la cual los gases pueden ser comprimidos. En un motor de cuatro pistones, el pistón es primero sacado del cilindro para crear un vacío parcial, es luego empujado dentro del cilindro, comprimiendo la mezcla de gasolina/aire a una fracción de su volumen original. EXPANDIBILIDAD: Cualquiera que haya caminado en una cocina a donde se hornea un pan, ha experimentado el hecho de que los gases se expanden hasta llenar su contenedor, mientras que el aroma del pan llena la cocina. Desgraciadamente la misma cosa sucede cuando alguien rompe un huevo podrido y el olor característico del sulfito de hidrógeno (H2S), rápidamente se esparce en la habitación, eso es porque los gases se expanden para llenar su contenedor. Por lo cual es sano asumir que el volumen de un gas es igual al volumen de su contenedor. HUMEDAD: Medida del contenido de agua en la atmósfera. La atmósfera contiene siempre algo de agua en forma de vapor. La cantidad máxima depende de la temperatura; crece al aumentar ésta: Cuando la atmósfera está saturada de agua, el nivel de incomodidad es alto ya que la transpiración (evaporación de sudor corporal con resultado refrescante) se hace imposible la masa de vapor de agua contenido en un volumen de aire se conoce como humedad absoluta y se expresa en kg de agua por m ³ de aire seco. HUMEDAD RELATIVA: Es la razón entre el contenido efectivo de vapor en la atmósfera y la cantidad de vapor que saturaría el aire a la misma temperatura. Si la temperatura atmosférica aumenta y no se producen cambios en el contenido de vapor, la humedad absoluta no varía mientras que la relativa disminuye. Una caída de la temperatura incrementa la humedad relativa produciendo rocío. La humedad se mide con un higrómetro. TIPOS DE GASES: GASES IDEALES: Es un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos (conservación de momento y energía cinética). Experimentalmente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen que dan lugar a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por Émile Clapeyron en 1834. A temperatura constante: 1 2 2 1 V V µ µ = 2 2 1 1 P P µ µ = A presión constante: 1 2 2 1 V V µ µ = 1 2 2 1 T T µ µ = A volumen constante: 1 2 2 1 P T P T = Ecuación general de los gases ideales PV nRT = 1 1 2 2 PV PV = 1 1 2 2 V T V T = GASES REALES: El volumen ocupado por las propias moléculas, es significativo respecto del volumen total del gas. Además, se considera como factor importante la atracción intermolecular. El comportamiento de estos gases obedece a presiones altas y temperaturas relativamente bajas. Para estudiar el comportamiento de los gases reales, existen un conjunto de ecuaciones de estado, entre ellas la de berthelot, que corrige las desviaciones de la idealidad, esta ecuación es válida para presiones cercanas a 1atm. 2 2 6 9 1 1 ˆ 128 C C C T T m P PV TR P T T M ( | | = + ÷ ( | \ . ¸ ¸ Ecuación de Van Der Waals ( ) 2 2 n a P V nb RTn V | | + ÷ = | \ . DENSIDAD DE GASES: Es la relación que se establece entre el peso molecular en gramos de un gas y su volumen molar en litros. DENSIDAD ABSOLUTA: La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una magnitud intensiva. m V µ = DENSIDAD RELATIVA: La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades. ˆ PM RT µ = DETALLES EXPERIMENTALES MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES Soporte universal Pera de decantación Mechero de bunsen Trípode Rejilla de asbesto Bombillas de jebe Vaso de ensayo de 600ml Bureta Termómetro Ampolla Matraz 200ml REACTIVOS Etanol ( ) 2 5 C H OH PROCEDIMIENTO Instalar el equipo como se muestra en la fig. 01 Medimos la temperatura ambiental Abrir la lleve de la bureta y llenar agua por la pera hasta que tengan el mismo nivel de agua, leer la bureta esta será 0 X fig02 (se observó el descenso y ascenso de nivel de agua al subir y bajar la pera. Colocar el matraz vacío dentro de vaso (debe tener al menos 1/3 2 H O de su volumen), hacer hervir el agua. Pesar el capilar ( cap w ) y luego llenar 2 gotas de ( ) 2 5 C H OH y pesar nuevamente ( t w ). Cerrar todas las llaves e introducir el capilar contenido de ( ) 2 5 C H OH dentro del matraz, dejar que hierba por aproximadamente 30s. Abrir y cerrar la llave de acceso bureta-vaso 3 veces y luego dejarla cerrada. Bajar la pera hasta un punto en el que el nivel de agua sea diferente (leer la bureta) esta será 1 X Entonces para determinar el volumen del gas hallaremos el volumen de aire desplazado. Medimos la temperatura de ebullición del agua fig03. CALCULOS Y RESULTADOS Peso de etanol. 0.1915 cap w g = 2 5 C H OH t cap w w w = ÷ 0.203 t w g = 2 5 0.2034 0.1915 C H OH w g g = ÷ 2 5 0.0119 C H OH w = Volumen de aire desplazado. 2 5 aire C H OH V V = ¨ 2 5 C H OH X V A = 0 24.1 X ml = 2 5 0 1 C H OH V X X = ÷ 2 5 24.1 2.5 C H OH V ml ml = ÷ 2 5 0.0216 C H OH V L = Corrección de la presión barométrica. 100 100 R b b H P P F ÷ | | ' = ÷ | \ . 100 37.4269 546 15.48 100 b P mmHg mmHg ÷ | | ' = ÷ | \ . 15.48 F mmHg = 546 b P mmHg = 536.314 b P mmHg ' = 37.4269 R H = b P = Presión de vapor de agua en el punto de ebullición. F = Presión de vapor de agua a temperatura ambiental. R H = Humedad relativa. 1 2.5 X ml = Presión de ( ) 2 5 C H OH 2 5 C H OH b P P F ' = ÷ 2 5 536.314 15.48 C H OH P mmHg mmHg = ÷ 2 5 520.834 C H OH P mmHg = Corrección del volumen de aire desplazado a condiciones normales 2 5 2 5 C H OH C H OH CN CN CN AMBIENTE P V P V T T = ( ) ( ) 520.834 21.6 273 291 760 o CN o mmHg ml K V K mmHg = 2 5 2 5 C H OH C H OH CN CN AMBIENTE CN P V T V T P = 0.013887 CN V L = Determinación de la densidad experimental de ( ) 2 5 C H OH 2 5 2 5 2 5 C H OH C H OH C H OH W V µ = 2 5 0.0119 0.0216 C H OH g L µ = 2 5 0.551 C H OH g L µ = Densidad teórica de ( ) 2 5 C H OH ecuación de berthelot 2 5 2 5 2 2 9 6 1 1 128 CN C H OH C H OH C CN C CN CN C CN P M t T P T RT T P T µ = ( | | + ÷ ( | \ . ¸ ¸ ( )( ) ( )( ) ( ) ( ) 2 5 2 2 1 36 9 516 1 6 516 0.082 273 1 1 128 273 63 273 C H OH g atm mol t K atm K atmL K molK K atm K µ | | | \ . = ( | | | | ( + ÷ | | | \ . ( \ . ¸ ¸ 2 5 1.68 C H OH g t L µ = 2 5 36 C H OH g M mol = 63 C P atm = 516 C T K = CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Gracias a nuestra participación en esta primera practica de laboratorio, se lograron comprender los conceptos básicos referentes a los gases, resaltando de manera significativa las propiedades principales que influyen en la realización de esta práctica, así como, la densidad de gases, volumen, temperatura, presión, etc. Nuestro desempeño laboral dentro de las instalaciones del laboratorio de fisicoquímica fue de carácter responsable, pues aprendimos que al trabajar con cualquier material debe estar previamente limpio antes y después de la práctica, utilizar la cantidad requerida de reactivos para evitar el desperdicio de los mismos, evitar regresar excedentes de reactivo a sus respectivos frascos, mantener los frascos de reactivos tapados para evitar contaminación o vaporización de los mismos, etc. Según las expresiones matemáticas, señaladas ya en los cálculos y resultados, logramos calcular aproximadamente la densidad del gas mediante el uso del método de Víctor Meyer y cuyo valor es de: RECOMENDACIONES Es recomendable saber el punto de ebullición de los líquidos orgánicos volátiles a utilizar en el experimento. Al determinar la densidad de gases por el Método de Víctor Meyer se utilizó un líquido volátil, que era el cloroformo la cual tiene un punto de ebullición de 61.26oC; si hubiéramos utilizado por ejemplo el éter como liquido volátil, y lo introducíamos en el vaso después de haber calentado durante 10 minutos; el éter al tener un punto de ebullición de 34.6oC, y siendo este menor al del cloroformo, se habría evaporado más rápidamente. BIBLIOGRAFIA Química – Análisis de principios y aplicaciones” – Instituto de Ciencias y Humanidades – Segunda Edición – Abril del 2006 – Tomo II – 730 páginas – Lima Perú. “Físico-Química” – Castellán G. - 2da edición – 1987 - Edit. Mc. Graw-Hill Colombia. “Fisicoquímica” – Gastón Pons Muzzo – 3º Edición – Lima – Perú. FÍSICOQUÍMICA MANUAL DE LABORATORIO” – Ing. Alejandro BARBA REGALADO – Facultad de Ciencias – UNASAM – 2009 ANEXOS fig01 fig02 fig03