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DETERMINACION DE PESOS MOLECULARES METODO DUMAS DE GASES . Miguel Angel Castro Negrete, Ronaldo Julio Villegas, Juan David Dager Ruiz, Fabian… Emiro López Arrieta (Ing. Alimentos) Universidad de córdoba Facultad de ingeniería Ingeniería de Alimentos 2017

RESUMEN

METODO DE DUMAS” es un método de determinación cuantitativa de sustancias químicas. En este laboratorio se implementó este método para calcular el peso molecular de un líquido volátil, para lo cual se siguió paso a paso el procedimiento correspondiente descrito en las guías de práctica del laboratorio de Físico-química. Siguiendo con lo descrito en la guía de práctica se tomó un Erlenmeyer, un pedazo de papel aluminio, se determinó su peso y luego se introdujo el líquido volátil al Erlenmeyer para empezar con el montaje correspondiente con los siguientes materiales: el soporte universal, pinzas para Erlenmeyer, mechero de gas, Beacker y lámina de asbesto. Luego de realizar este montaje se introdujo agua Beacker de volumen 600ml y se prendió la llama de gas del mechero, después de esperar un tiempo para que el agua de beacker se caliente introdujo el matraz aforado que contiene la sustancia volátil, se hizo un pequeño agujero a la lámina de aluminio, después de un tiempo se midió la temperatura con el termómetro con el fin de que estuviera a 100ºC para sobrecalentar el Erlenmeyer durante 5 minutos para luego ser retirado del soporte, y luego de enfriarse medir su peso final con el líquido volátil y sin aire en su interior.

TEORÍA RELACIONADA La masa molecular (gramos por mol) de un compuesto es una de las variables más importantes necesarias para identificar y caracterizar un reactivo. La masa molecular de un compuesto desconocido permite determinar la fórmula molecular del compuesto. La fórmula molecular puede utilizarse para determinar la estructura y las posibles propiedades físicas y químicas

del compuesto. Uno de los métodos más antiguos para determinar la masa molecular de un compuesto es el Método Dumas. Este método utiliza un recipiente rígido de volumen determinado. Se mide la presión y temperatura de un líquido volátil y se utiliza la Ley de los gases Ideales para determinar el número de moles de la sustancia

Dumas demostró que la masa molecular de ciertos compuestos orgánicos es directamente proporcional a la densidad del vapor del compuesto y, a partir de este principio, ideó un valioso método para determinar las masas moleculares, especialmente de gases y líquidos con puntos de ebullición bajos. Formuló la teoría de la sustitución, después de observar que las propiedades de ciertos compuestos cambiaban muy poco cuando su hidrógeno era reemplazado por una cantidad equivalente de cloro. Dumas ideó también un método para la determinación cuantitativa del nitrógeno en sustancias orgánicas.

1 soporte Universal

El peso molecular se puede calcular usando la siguiente fórmula:

Lámina de papel de aluminio.

1 Aro metálico con nuca 1 malla de asbesto 1 pinza para bureta Hilo Termómetro de 100°C, calibrado en el intervalo de 1°C Vaso de precipitado de un litro alfiler 1 balón de fondo plano de 250 mL 1 Beacker de 600mL

Cloroformo o tetracloruro (cualquier otra sustancia volátil) Parafina

𝒎𝑻𝑹 𝑴= 𝑽𝑷

P= Presión del gas (vapor) M=Peso molecular T= Temperatura absoluta p= Densidad condiciones

del

vapor

a

estas

OBJETIVOS Determinar el peso molecular de un gas mediante la densidad del vapor, pasando directamente un volumen de este líquido evaporado. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO 1 Termómetros

Procedimiento Para realizar la práctica se procedió a armar el montaje como se ve en la figura:

Ya armado el montaje se procedió de la siguiente forma:

1. Se coloca el balón de fondo plano, con aire, es decir, a presión atmosférica (con parafina, el papel brillante y el hilo, que van a constituir la tapa de éste). 2. Se Introdujeron dentro del balón 10 mL, del líquido problema; CCI4 ó CH3COCH3 y tapo el balón con el papel aluminio y lo ata con hilo. Luego abra un pequeño orificio al papel, usando un alfiler. 3. Se coloca el balón que contiene el líquido problema en un baño de agua aproximadamente 80 ºC. Mantenga la temperatura y espere que se evapore todo el líquido. 4. Cuando termine la evaporación, cierre el orificio con parafina y retire el balón del baño. 5. Se dejo el balón a temperatura ambiente, séquelo y péselo. 6. Se Lleno el balón con agua destilada hasta el tope y lo pesa, determine su volumen con la ayuda de las tablas de densidad del agua.

T del agua

65°C

T de ebullición 60°C del metanol T del 31°C laboratorio W M teórico 32.04g/mol

338.15 K 333.15 304.15

CÁLCULOS DE RESULTADOS: Ecuaciones:  W gas = W(balón + gas) – [W(balón + aire) – W(aire)]; (1)  W aire = ƥ (aire) x V (balón); (2) donde ƥ es la densidad del aire. Para calcular la densidad del aire utilizamos la ecuacion de los gases ideales: Pv = nRT (3) Dónde: n= m/M (4) remplazando en (3)

Pv= (m/M) RT (5) De (5) tenemos que m/v = ƥ (6) ƥ es la densidad Remplazando (6) en (5) PM= ƥRT (7) despejando las ƥ tenesmos que ƥ = PM / RT (8) donde el peso molecular del aire M= 29 g/mol

RESULTADO Objeto Volumen del metanol Balón + aire + papel + parafina Balón + gas Volumen del balón P atmosférica del laboratorio

Remplazando datos tenemos de P y T del laboratorio:

3 ml 140 g

140.8 g 344 ml

ƥ = (0.965 atm) (29 g/mol) / (0.082 atm L/mol k) (304.15 K) 0.344 L

734 mm Hg 0.965 atm

ƥ = 1.122 g/L Densidad del aire

Conociendo la densidad del aire procedemos a calcular su peso en el balón de (2): W (aire) = ƥ (aire) x V (balón) W (aire) = (1.122 g/L) (0.344 L) W (aire) = 0.38 g Demostrando el volumen del balón de la ecuacion: Vb = W (agua) / (ƥ (agua) – ƥ (aire)) Vb = ((344 ml agua) (1g/ml)) / (1000g/L – 1.122 g/L) Vb = 0.344L Calculando el peso del aire procedemos a calcular el peso del gas contenido en el balón, de (1): W (gas) = W (balón + gas) – [W (balón + aire) – W (aire)] W (gas) = (140.8 g) – [(140 g – 0.38g)] W (gas) = 1.18 g

Obtenidas todas las variables que nos relacionan la ecuacion Pv= (m/M) RT (5), despejamos la variable que nos interés M (peso molecular del metanol). De (5): Pv = (m/M) RT; despejando M tenemos: M = mRT / Pv Dónde: M= peso molecular del metanol m= masa del metanol P= presión del laboratorio

T= temperatura del baño de maría v= volumen del metanol igual al volumen del balon R= constante de los gases Remplazando variables tenemos que: M = [(1.18 g) (0.082 atm L/ mol K) (333.15 K)] / [(0.965 atm) (0.344 L)] M = 97.10 g/ mol Donde M es el peso molecular calculado experimentalmente sabiendo que el peso molecular teórico del metanol es 32.04 g/ mol

Análisis de resultado y conclusiones 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. En la siguiente practica se efectúo un experimento que consistió en determinar la masa de un compuesto químico por el método de vapor condensable, tuvimos un líquido volátil problema, al cual se le determino su peso molecular mediante el método de Dumas. El líquido problema se convertirá en un “gas ideal” pudiendo así determinar el peso molecular. Utilizando La ley de los gases ideales que 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 (conservación de momento y energía cinética). Los gases reales que más se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatómicos en condiciones de baja presión y alta temperatura. La razón fundamental por la que podemos aplicar la ley de los gases es que, a pesar de la sustancia es un líquido, a la temperatura de ebullición del agua, es un gas. Si se quiere determinar el peso molecular de un líquido que ebulla a una temperatura mayor que la del agua, hay que buscar otro que sea de mayor temperatura que la del líquido a examinar para el baño. En la anterior práctica no se pudo comprobar el método de dumas. Ya que el porcentaje de error obtenido fue del 203 % que no es favorable teniendo en cuenta que en la práctica se cometen muchos errores. Podemos concluir que no se pudo comprobar dicho método para calcular el peso molecular del gas (metanol) debido a que nosdio un margen de error muy alto el cual pudo ser por errores al realizar el experimento. PREGUNTAS: 1. Como se determina el peso molecular de un líquido de punto de ebullición por encima de 100 °C. Si se quiere determinar el peso molecular de un líquido que ebulla a una temperatura mayor que la del agua, hay que buscar otro que sea de mayor temperatura que la del líquido a examinar para el baño.

% E = [(M teórico – M experimental) / M teórico] x 100 % E = [(32.04g/mol – 97.10 g/mol) / 32.04g/mol] x 100 % E = 203 % se puede observar que él % error del experimento es muy alto lo que significa que el método no se cumple. 3. cuáles podrían ser las causas de error en este experimento.  Errores a la hora de pesar el bulbo, por adhesión de impurezas o balanza descalibrada.  El aire contenido al cerrar la ampolleta.  Imprecisión en la toma de datos y medidas.  Inadecuado uso del material de trabajo.  No se tomó suficiente muestra o tal vez más de lo que se debía.  Medidas de temperaturas 4. A partir de la ecuacion de estado determine la presión del aire a las condiciones del laboratorio M= 28,8 g/mol Sabemos que la densidad del aire calculada a condiciones de laboratorio es 1.122 g/L y con un peso molecular de 28.8 g/mol, aplicando la ecuacion Pv=nRT determinamos la presión del aire a condiciones de laboratorio. PM= ƥRT despejando P tenemos: P = ƥRT / M de esta ecuacion calculamos la presión del aire Remplazando:

2. compare el valor experimental con el peso molecular teórico. Calculando error experimental:

P = [(1.122 g/L) (0.082 atm L/mol K) (304.15 K)] / (28.8 g/mol)

P = 0.971 presión del aire en el laboratorio. BIBLIOGRAFÍA http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m7/Man ual%20Practicas_laboratorio_termodinamica _2017_1.pdf http://www.geocities.ws/ttpmodulo2/TP_1 2_PM_Dumas_2006.pdf https://www.studocu.com/es/document/u niversidad-autonoma-del-estado-demorelos/termodinamica-ieiis/practica/practicas-1-12-laboratorio-determodinamicapdf/282800/view?has_flas hcards=0