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• Luis Enrique Cóndor Porras

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Química I 1 Gases

LABORATORIO N°5 - GASES I.

OBJETIVO Estudiar algunas propiedades de los gases y comprobar experimentalmente el cumplimiento de las leyes de los gases.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO En ciertas condiciones de presión y temperatura, es posible que la mayoría de las sustancias existan en alguno de los tres estados de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Por ejemplo, el agua puede estar en estado sólido como hielo, en estado líquido como agua o en estado gaseoso como vapor. Las propiedades físicas de una sustancia dependen a menudo de su estado. Los gases son en diversos aspectos mucho más sencillos que los líquidos y los líquidos. Sujetos a cambios de temperatura y presión, los gases se comportan en forma más previsible que los sólidos y los líquidos. Las leyes que norman este comportamiento han desempeñado una importante función en el desarrollo de la teoría atómica de la materia y la teoría cinética molecular de los gases. Volumen molar (Vm): Volumen que ocupa un mol de gas en condiciones normales, conocido como el volumen molar estándar, es casi siempre una constante para todos los gases. EI volumen molar de un gas ideal en condiciones normales es 22,4 L/mol. n = [VCN/Vm) n = # de moles m = masa en g M = masa molecular VCN = volumen a CN a determinar Condiciones Normales (C.N.) => Vm = 22,4 L/mol a P = 1 atm y T = 0°C

La Ley de Graham, formulada en 1829 por Thomas Graham, establece que las velocidades de efusión de los gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus respectivas densidades.

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III. EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS En este laboratorio se llevaron a cabo 4 experimentos, para el estudio de los gases. 

Experimento 1: Propiedades de los gases Gas 1 (Dióxido de carbono) Luego de la siguiente reacción:

Observaciones:  Al liberar el en el agua se observó la aparición de burbujas que ascendían sin disminuir su tamaño lo cual demuestra que no es soluble en agua.  Además al agregar fenolftaleína a la solución resultante notamos que se torna de un color violeta lo cual demuestra que la solución es básica.  Para el gas se notó que era incolora y tenía un olor ligeramente picante. Gas 2 (Hidrógeno) Luego de la siguiente reacción:

Observaciones:  Luego de liberar el en el agua se nota que las burbujas se van “co sumie do” e e gu o que demuestr que e g s es so ub e e e gu .  Además al agregar fenolftaleína a la solución que quedo en el tubo de ensayo notamos que no cambia de color lo cual demuestra que es acida.  Para el gas se notó que era incolora y tenía un olor desagradable.  También se notó que al acercar el gas al fuego empezó su combustión. Resultados GAS 1

GAS 2

¿Es soluble en agua?

No

Si

¿Es acida o básica la solución? Color

Básica Incoloro Ligeramente picante

Acida Incoloro

Olor ¿Es más liviano o más pesado que el aire? ¿Aviva la combustión?

Desagradable

Más pesado

Más liviano

No

Si

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

Experimento 2: Determinación del volumen molar

De la experiencia realizada se obtuvo los siguientes datos

Hallando la presión de la columna de agua Procedemos a transformar de mediante equivalencias

Hallando la presión del Mediante las siguientes ecuaciones hallamos la

De las dos ecuaciones se tiene

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Reemplazando

Hallando el volumen de H2 a CN Sea P, V y T: presión, volumen y temperatura respectivamente (valores cualesquiera). Para la cual para los gases ideales cumplen que

Pero para las condiciones normales

Reemplazando

Donde en nuestro caso

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

Experimento 3: Comprobación de la ley de Boyle-Mariotte Para este experimento se utilizó el equipo que muestra la figura:

El líquido manométrico usado fue el agua. Se tomaron datos de presión, temperatura y volumen en 3 casos:

 Niveles iguales  Nivel de la pera 50 cm más alto que la bureta  Nivel de la pera 50 cm más bajo que la bureta

Datos, cálculos y resultados experimentales: Datos:      

Volumen del gas a niveles iguales: Volumen del cuando la pera a 50 cm más alto: Volumen del cuando la pera a 50 cm más bajo: Temperatura del agua: Presión barométrica del laboratorio: Presión de vapor de agua a 20°C:

46,7 mL 44,8 mL 48,9 mL 20°C 752,1 mmHg 17,54 mmHg

Cálculos:  A niveles iguales: En este caso, la presión que ejerce el gas húmedo es igual a la presión barométrica del laboratorio, para hallar la presión del gas seco debemos restarle la presión de vapor de agua a 20°C a la del gas húmedo y siendo el volumen del gas seco igual al del volumen del gas húmedo, entonces:

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Hallando P.V, para el gas seco

 Nivel de la pera 50 cm más alto: En este caso, la presión que ejerce el gas húmedo es igual a la presión barométrica del laboratorio más la ejercida por los 50 cm de agua, entonces hallamos el equivalente de la columna de agua en mmHg: Sabemos:

Entonces reemplazando los valores respectivos H2O:

Se calcula la presión del gas seco como en el caso anterior, además el volumen varía:

Hallando P.V, para el gas seco

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 Nivel de la pera 50 cm más bajo: En este caso, la presión que ejerce el gas húmedo es igual a la presión barométrica del laboratorio menos la ejercida por los 50 cm de agua, entonces del caso anterior, el equivalente de la columna de agua en mmHg es:

Se calcula la presión del gas seco como en el caso anterior, además el volumen varía:

Hallando P.V, para el gas seco

Resultados

Nivel de la pera 50 cm más alto Niveles iguales Nivel de la pera 50 cm más bajo

Presión del gas húmedo (mmHg)

Presión del gas seco (mmHg)

Volumen del gas seco (mL)

P.V (Gas seco)

788,9

771,36

44,8

34562,304

752,1

734,56

46,7

34303,952

715,3

697,76

48,9

34120,464

Observaciones:  El valor de la presión de vapor de agua a 20°C es teórico puesto que no se considera la humedad relativa en la experimentación.  La tabla de resultados muestra valores muy similares en el producto de la presión y volumen para el gas seco, lo que comprueba la ley de BoyleMariotte.  Las variaciones de volumen son similares. Laboratorio N°5

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

Experimento 4: Difusión de Graham

Cálculos y resultados: Calculando la masa molar de HCl y NH3: HCl = 36.46 g/mol

NH3 = 17.031 g/mol

Aplicando la ley de Graham para el cálculo de la velocidad de difusión de cada uno de los gases. √

Tomando en cuenta una observación de la cinemática, calculamos el punto donde se produce el encuentro entre los dos gases.

T= = (4.12 k)

= 0.19m = 19 cm

= (6.03 K)

= 0.28m =28 cm

Observación: El anillo formado en el tubo en la comprobación de la ley de Graham es la sal NH4Cl (s) producto de la reacción de cloro gaseoso y amoniaco . Laboratorio N°5

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IV. PREGUNTAS

1.- Mencione las propiedades físicas y químicas más importantes del gas CO 2 obtenido en el laboratorio. El anhídrido carbónico o dióxido de carbono es un gas resultante de la combinación de dos cuerpos simples: el carbono y el oxígeno. Se produce por la combustión del carbón o los hidrocarburos, la fermentación de los líquidos y la respiración de los humanos y de los animales. Presente en proporción débil en la atmósfera, se asimila por las plantas, que por su parte devuelven oxígeno. En resumen, el CO2 es un gas de olor ligeramente picante, incoloro y más pesado que el aire. De estructura cristalina parecida al cuarzo. No es esencial para la vida. Solidifica a temperatura de -78,5°C, formando nieve carbónica. En solución acuosa el gas crea el ácido carbónico, muy inestable para ser aislado de forma sencilla.

2.- Mencione las propiedades físicas y químicas más importantes del gas H2 obtenido en el laboratorio. La molécula de hidrógeno, en condiciones usuales, es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es la molécula más pequeña que se conoce. Su densidad es = 273 Kg./L., y su densidad como gas es 76 Kg./m3. Tiene gran rapidez de transición de las moléculas a la fase gaseosa de ahí la ausencia casi total del hidrógeno en la atmósfera terrestre. También tiene gran facilidad de difusión y efusión, y buena conductividad calorífica. El Hidrógeno es altamente inflamable, muy ligero, no permite la vida y reacciona fácilmente con otras sustancia químicas.

3.- Al determinar el volumen molar con los datos obtenidos en el laboratorio ¿Cuál es el porcentaje de error cometido respecto al volumen molar teorico?.

%de error = % de error =

= 00.18 %

V. CONCLUSIONES  

Las propiedades de los gases son diversas y muy variadas dependiendo de qué elemento se trate. En la comprobación de la ley de Boyle-Mariotte se trabajó con datos con poca precisión en su medición por lo que de haber sido más precisos, se hubiese obtenido una mejor comprobación. Laboratorio N°5

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  

Luego de analizar el comportamiento de los gases concluimos que tienden a fluir de una zona de mayor a otra de menor presión. La velocidad de un gas es inversamente proporcional a su masa molar y densidad. Los gases pueden ser trasportados por un medio diferente a su estado físico como solido o líquido.

VI. APLICACIONES INDUSTRIALES Los gases industriales son un grupo de gases manufacturados que se comercializan con usos en diversas aplicaciones. Principalmente son empleados en procesos industriales, tales como la fabricación de acero, aplicaciones médicas, fertilizantes, semiconductores, etc. Pueden ser a la vez orgánicos e inorgánicos y se obtienen del aire mediante un proceso de separación o producidos por síntesis química. Pueden tomar distintas formas como comprimidos, en estado líquido, o sólido. Clases de gases industriales          

acetileno (C2H2) dióxido de carbono (CO2) monóxido de carbono (CO) cloro (Cl2) hidrógeno (H2) cloruro de hidrógeno (HCl) metano (CH4) óxido nitroso (N2O) propano (C3H8) dióxido de azufre (SO2)

VII. BIBLIOGRAFÍA 

Chang, Raymond. Química. México: Editorial McGraw-Hill, 6ª ed., 1998. Texto clásico de química general apropiado para los estudiantes de los primeros cursos de universidad. Describe los estados de la materia y sus propiedades de una manera muy didáctica.

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Petrucci, R. y Harwood, W. Química General. Principios y aplicaciones. Madrid: Editorial Prentice Hall, 7ª ed., 1998. Texto de consulta apropiado para los estudiantes de los primeros cursos de universidad.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_industrial

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