jueves, 5 de abril de 2012

Determinación del peso molecular del dioxido de carbono

En esta oportunidad les presento una forma de determinar el peso molecular del dioxido de carbono que se produce de la reacción del acido clorhídrico sobre el marmol. Como esta reacción es exotermica, se genera además agua en forma de vapor y se libera cloruro de hidrogeno; por lo que los gases generados deben pasar por dos frascos lavadores, uno que contenga una solución de bicarbonato de sodio y otro con acido sulfúrico concentrado. El primero de los franscos reaccionará con el cloruro de hidrógeno y el segundo secará el dioxido de carbono ya que el acido sulfurico es higroscopico. Por sucesivas diferencias de pesada y conociendo la densidad del aire se puede calcular experimentalmente la masa molecular de este gas.

Objetivo: Determinar  el peso molecular del dióxido de carbono producido a partir de la descomposición del carbonato de calcio
Fundamento teórico
La ecuación de los gases ideales relaciona la presión del gas p con su volumen v, con la temperatura absoluta T y el número de moles n; siendo R la constante general cuyo valor es 0,082 l·atm/(mol·K)
        pv=nRT  (I)
El número de moles n del gas es igual a la relación entre la masa del gas m  y la masa molar M    n=m/M
Sustituyendo el valor de n en la ecuación I se obtiene  pv = mRT/M
Donde, despejando M resulta
                        M=mRT/(pv)                 (II)
Esta fórmula permite determinar el peso molecular si se conoce la masa m de un cierto volumen v de gas así como su presión y temperatura.
Si se conoce la densidad de un gas (absoluta) Da,     Da= M/22,4
o sea, la masa en gramos de un litro de este gas en condiciones normales, se puede determinar la magnitud del peso molecular M partiendo de la fórmula:            M=Da 22,4
Pero resulta mas conveniente utilizar la densidad relativa D de la sustancia gaseosa. La densidad relativa D de un gas (A) con respecto a otro (B) , es la relación de las masas de dos gases de volúmenes iguales en igualdad de condiciones:  M(A) = M(B) D
El peso molecular de una sustancia gaseosa es igual a su densidad, referida a la otra sustancia gase osa, multiplicada por el peso molecular de esta última.
La densidad relativa se determina habitualmente refiriéndola al hidrógeno o al aire. 
M = 2,016 D(H) = 2D(H)
M= 28,98 D(aire) = 29 D(aire)

Como las impurezas cambian la densidad del gas o vapor  y originan errores en los resultados de la determinación del peso molecular, es conveniente utilizar técnicas que permitan purificar los gases contaminantes.
Para eliminar el vapor de agua de un gas, éste último se hace pasar por un frasco lavador con acido sulfúrico concentrado, cloruro de calcio, cloruro de zinc, etc. Los gases no pueden ser secados con sustancias que reaccionen con ellos.
 Materiales y sustancias: kitasato, balón, 2 frascos lavadores, balanza, manguera de goma, trípode, tela metálica, mármol, ácido clorhídrico , bicarbonato de sodio en solución , probeta de 1 l de capacidad y ácido sulfúrico.
Procedimiento:
En la balanza se pesa el matráz seco lleno de aire y cerrado con un tapón (p1).  Colocar unos 10 gramos de mármol triturado dentro del kitasato. Conectar la manguera de goma a la tubuladura lateral del kitasato y conectarla al frasco lavador con solución de bicarbonato de sodio.  Luego unir éste a un segundo frasco lavador con ácido sulfúrico concentrado y de éste otra manguera de goma que se introduzca en el matraz seco y vacio pesado con anterioridad.
Verter 10 ml ácido clorhídrico sobre el mármol y tapar con rapidez.  Observar el burbujeo en ambos frascos lavadores. Dejar marchar la reacción durante 10 minutos. En caso de que se detenga agregar  ácido y tapar nuevamente el kitasato.  Transcurrido ese tiempo tapar el matraz con el tapón original y pesarlo (p2). Destaparlo y conectarlo nuevamente al frasco lavador de ácido sulfúrico y dejar trascurrir la reacción nuevamente durante 5 minutos más. Volver a pesar con tapón (p3), si los resultados de p2 y p3 son iguales se puede dar por terminada la experiencia; si no, repetir hasta obtener un peso constante. Anotar la presión y la temperatura al momento de la experiencia. Para determinar el volumen del matraz llenarlo con agua y volcarla en una probeta graduada.
Resultados del experimento


Peso del matraz con aire y tapón
Peso del matraz con CO2 y tapón
Volumen del matraz ml
Temperatura t ºC
Presión P mmHg
P1
P2
P3





Utilizando la ecuación de estado de los gases, reducir el volumen de gas en el matraz a condiciones normales (V0)
Sabiendo que en condiciones normales un litro de aire pesa 1,293, determinar el peso de aire en el matraz (p4)
Por la diferencia p1 – p4 calcular el peso del matraz vacio con tapón (p5)
Por la diferencia de los pesos p3-p5, determinar el peso del dióxido de carbono en el matraz p6. Por los pesos determinados p6 y p4, calcular la densidad relativa del dióxido de carbono referida al aire y el peso molecular (con precisión de 0,01 g). Determinar el error absoluto y relativo del experimento
Cuestionario:
1.       Escribir la ecuación de la reacción para la obtención de dióxido de carbono
2.       ¿Por qué el dióxido de carbono producido se lava al principio con solución de bicarbonato de sodio y después con ácido sulfúrico?
3.       ¿Qué datos experimentales son necesarios para determinar el peso molecular de un gas?
Bibliografía:
·         Semishin V. Prácticas de Química General Inorgánica. Editorial Mir 1967
·         Levitt. B.P.Química Física Práctica de Findlay. Editorial Reverté 1979

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada