Propiedades De Los Gases

PRACTICA 3: LA MASA MOLAR DE UN GAS

UN METODO DE ESCALA REDUCIDA

Objetivos:

• Determinar la masa molar de un gas desconocido usando dos métodos, el primero a través de la ley de los gases ideales y el segundo usando la ley de Avogadro.

• Explorar el fenómeno de la flotabilidad en los gases.

Pre- Laboratorio:

En un experimento posterior, se estimó el número de Avogadro y se determinó el volumen molar del oxígeno. Para refrescar tu memoria, vamos a repasar la ley de Avogadro: Volúmenes iguales de gases contienen volúmenes iguales de moléculas. Cuando la ley de Avogadro fue publicada por primera vez en 1811, eso era tan solo una hipótesis. Tomó varias décadas para que pueda ser aceptado y sólo mucho más tarde hizo su declaración alcanzar el estatus de una ley científica (una que resume una serie de observaciones en la que no se saben sus excepciones). Esto significa que si en algún momento tomamos un número de Avogadro de moléculas de un gas en particular (lo cual es la definición de un mol), podemos esperar que el volumen del gas será el mismo que el volumen de un mol de cualquier otro gas. (Estas expectativas, por supuesto, están sujetas a las restricciones habituales que estos gases se comportan como gases ideales y que los volúmenes deben ser medidos a la misma presión y temperatura). La relación de las masas de las muestras de gas coincidirá con la relación de las masas moleculares de las moléculas del gas de acuerdo con la ley de Avogadro.

También podemos usar la ecuación de estados de los gases ideales y midiendo la masa, la temperatura, la presión y el volumen de un gas ideal podemos calcular su masa molar.

En este experimento, vamos a primero medir la masa y el volumen de una muestra de gas contenida en una jeringa de plástico a la temperatura y la presión de laboratorio. Esto es bastante simple para llevar a cabo utilizando el aparato de jeringa mostrado en la figura, ya que el experimento se lleva a cabo en la parte inferior de la atmósfera que las cajas de una fuerza de empuje sobre un contenedor, hay que pensar en el proceso de medidas cuidadosamente. A partir de estas mediciones y la ley de los gases ideales se puede calcular la masa molar de nuestro gas. También podemos comparar la masa molar de nuestro gas con la masa molar de un gas conocido. Esto nos permite calcular la masa molar de la muestra a partir de la ley de Avogadro. Podemos utilizar aire para nuestra comparación “gas conocido” y su masa molar media para calcular las masas molares de algunas otras muestras de gas.

Cuando los tanques de gases comprimidos están disponibles, que son convenientes, sino por la preparación de su propia muestra de gas que tendrán la oportunidad de aprender algo de química adicional. Instrucciones para la preparación de otras muestras de gas se puede encontrar en el sitio web de bruce Mattson enumerados en la bibliografía.

La densidad y flotabilidad

La densidad de un gas es igual a su masa dividida por el volumen que este ocupa a una determinada temperatura y presión. La densidad es directamente proporcional al peso molecular, como puede verse a través de una forma modificada de la ecuación de estado de los gases ideales. Observemos la ecuación de estado de los gases ideales

PV= nRT

Donde P es la presión, V es el volumen, n es el número de moles de gas, R es la constante de los gases y T es la temperatura absoluta (K). La masa molar de un gas o cualquier sustancia, M, es la masa de la muestra, m, dividida por su número de moles:

M=m/n ó n=m/M

Podemos sustituir m/M por n en la primera ecuación y reordenando la ecuación resultante obtendremos en esta la densidad; m/v :

d = m/v = PM/RT

De esta ecuación podemos observar claramente que la densidad es proporcional a la masa molar del gas; M.

Si llenamos un contenedor ligero, como un globo, con un gas en el que su densidad es mucho menor a la densidad del aire, podemos encontrar que cuando nosotros intentamos pesar el globo de gas sobre una balanza este podrá flotar o incluso subir hasta el techo si este no es detenido, Porque sucede esto?

La atmosfera es como un océano de aire, y cuando un objeto es inmerso en el aire se desplaza en este, al igual que tu cuerpo se desplaza en el agua cuando saltas a una piscina. Tal como se puede flotar en el agua, el globo se elevará en el aire si la masa combinada del globo y el gas en ella es menor que la masa del aire que se desplaza. Puesto que la presión ( y densidad) del aire decrece con la altitud (esto se puede observar en las ecuaciones anteriores), el globo se expandirá a medida que sube , o bien explotara o dejara de subir cuando se alcanza una altitud donde la masa de aire desplazada y la masa del globo más el gas son iguales. Puedes fácilmente observar este efecto de flotabilidad mediante el uso de un gas más ligero que el aire (como el gas natural, que es en gran medida metano) para soplar burbujas en una solución de jabón, y luego repetir el experimento con un gas más pesado que el aire (como el dióxido de carbono).

Los globos de aire caliente y más ligeros que el aire son capaces de disfrutar del libre movimiento, llenando sus globos con un gas menos denso que el aire. Los globos de aire caliente utilizan calentadores de propano en la base del balón para calentar el aire. El aire caliente es menos denso que el aire frio. Los globos más ligeros que el aire utilizan un gas con un bajo peso molecular, como el helio, para obtener la densidad más baja necesaria.

El efecto de flotabilidad también debe ser considerado cuando los pesos tan pequeños deben ser muy exactos, todas nuestras mediciones necesitan estar bastante precisas. Una muestra colocada sobre el platillo de la balanza desplaza una cierta cantidad de aire. Habrá un efecto neto de flotabilidad ( la masa aparente es menor que la verdadera masa) siempre que la densidad del objeto de ser pesados es menor que la densidad de las masas estándar que se utiliza para calibrar la balanza, porque una muestra con una densidad menor que las masas de calibración desplaza un volumen mayor de aire. Podemos compensar este error mediante la ponderación de una jeringa llena de un vacío. La diferencia en masa entre una jeringa al vacío y una jeringa llena con un gas dado la masa neta de los gases. La mayor parte de los pesajes que tu haces en el laboratorio, las correcciones de flotabilidad serán despreciables, pero si tu estas pesando muestras de gas, como en este experimento, el efecto de flotabilidad puede ser significativo y puede ser mayor que las masas de las muestras.

Si nosotros sustituimos la definición de masa molar, en la ecuación

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