Practica Líquidos Volátiles

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA

PRACTICA: Líquidos Volátiles

Ing. Maritza Fernández Cruz

Grupo: 3104

Fecha de Entrega: 10/09/2012

Suseth Fátima Bernal Herrera

Dante Ali Vílchez Sánchez

Introducción

En el presente experimento, calcularemos el peso molecular de un líquido volátil (alcohol) usando la fórmula del gas ideal y el método de Dumas. Se efectuó evaporando el alcohol en un matraz de 50ml con una tapa de papel aluminio, la cual poseía un pequeño orificio para dejar escapar el aire y que éste quedara lleno de gas de etanol.

Se midió la temperatura de ebullición a 585mmHg (es decir, la presión atmosférica en la Ciudad de México) y se calculó el volumen real del matraz con ayuda de una bureta.

Todos estos valores se sustituyeron en la fórmula del gas ideal un tanto modificada para que arrojara el valor del peso molecular.

Por desgracia, el experimento no fue satisfactorio debido a la inexperiencia al realizarlo, pero fue una experiencia grata debido a que hemos aprendido la forma correcta de realizar las mediciones y no cometer esos errores en lo sucesivo.

Marco Teórico

Un líquido volátil es aquel que se evapora fácilmente por tener una presión de vapor alta a temperatura ambiente. Presión de vapor es la presión que ejerce un vapor en equilibrio con su líquido, es una presión interna.

Dicho de otro modo: presión de vapor es la tendencia “escapista” que tienen las moléculas de pasar de líquido a gas, y ésta aumenta con la temperatura.

Este “escape” de moléculas del estado líquido al gaseoso se llama vaporización, pero en los líquidos volátiles se le denomina evaporación pues se produce por debajo del punto de ebullición.

De ahí sacamos dos características de los líquidos volátiles: poseen alta presión de vapor y bajo punto de ebullición. Recordemos que el punto de ebullición no es igual a la presión de vapor. Punto de ebullición es el equilibrio entre presión de vapor y presión atmosférica.

Ahora definamos otro concepto de nuestro interés: el peso molecular. El peso molecular es la suma de todas las masas atómicas de una molécula. Es lo que pesan 6.022x1023 moléculas de un compuesto en gramos. Pero, ¿cómo determinar la masa molecular de un líquido volátil? Como acabamos de ver, un líquido volátil se evapora y se convierte en gas. Existe una ley que nos permite calcular la presión, volumen, número de moles y temperatura de un gas: la “Ley de los gases ideales”.

PV=nRT donde P es la presión (atm), V el volumen (L), n el número de moles( mol), R es la constante de proporcionalidad (0.0821 Latm/molK) y T es la temperatura absoluta (K). Un gas ideal sería entonces áquel gas que se comporte exactamente con lo presentado por la teoría, por desgracia, es inexistente debido a las condiciones de temperatura y presión. Sin embargo, ésta fórmula de los gases ideales nos es muy útil ya que contiene un elemento del cual podemos sacar ventaja: el número de moles. Si recordamos la fórmula para obtener el número de moles, tendremos que éste es igual al cociente de la masa entre el peso molecular (n=m/PM). ¡Ajá! Entonces, si sustituimos ésta pequeña igualdad en la ley de los gases ideales y hacemos los despejes correspondientes tendremos una fórmula que nos dará el peso molecular de nuestro líquido volátil evaporado: PM=mRT/PV.

Aún nos quedan cabos sueltos por atar: la ley de los gases ideales pide la masa del gas, no del líquido. Y, ¿cómo determinar la masa de un gas? Por fortuna, no somos los primeros que queremos determinar el peso molecular de un gas, Victor Meyer diseñó un método para calcular el peso molecular de un gas, el cual consiste en un aparato que tiene un tubo de vidrio A, largo y estrecho pero ensanchado en su parte inferior, cerrada, y abierto aunque provisto de un tapón adecuado, en la parte superior. Cerca de éste extremo tiene dos tubuladuras laterales, una B, para llevar el aire desplazado a la campana de gases F, y otra C, en la que se adapta mediante un tubo de goma una varilla de vidrio que puede penetrar hasta tocar la pared del tubo A. Este tubo va colocado en el interior de otro mayor, D, también ensanchado inferiormente, en el cual se hace hervir agua u otro líquido adecuado para aumentar la temperatura del tubo interior por encima del punto de ebullición del líquido cuyo peso molecular quiere determinarse. Con el tubo A abierto y retirada la campana F, se calienta a punto de ebullición el contenido en D, cuyo vapor escapa por la parte superior. El aire contenido en A se dilata y sale por su extremo abierto. Cuando se ha establecido el equilibrio y ya no sale aire del tubo A, se cierra éste y si no salen burbujas por el tubo de desprendimiento, que tiene su extremo introducido en el agua de la cuba, se dispone sobre él la campana de gases llena completamente de agua.

Previamente se ha pesado en la balanza de precisión un poco de líquido contenido en una pequeña ampollita provista de tapón esmerilado. Se abre un momento el extremo del tubo A y se deja caer con cuidado la ampollita que quedará retenida por la varilla inserta en C. Se cierra el tubo A y se retira un poco la varilla para que la ampollita caiga al fondo del tubo A, protegida de posible rotura por una capa E de lana de vidrio. Al aumentar la temperatura del líquido la presión del vapor expulsa el tapón de la ampollita y el líquido se vaporiza bruscamente. Un volumen igual de aire es expulsado el tubo A recogiéndose en la campana de gases. Es necesario que el vapor de la sustancia no llegue en seguida a la parte superior del tubo A, mas fría, pues se condensaría, en cuyo caso la cantidad de aire desplazado sería menor. El volumen de aire recogido a la presión parcial que le corresponda y a la temperatura ambiente equivale al volumen que tendría el vapor de sustancia si pudiese estar en forma gaseosa en estas condiciones. Así, el cálculo del peso molecular es inmediato para ésta sustancia.

El método de Víctor Meyer no es el único. Dumas creó un método distinto, pero de igual exactitud para determinar el peso molecular de un gas. El método de Dumas es más sencillo, ya que en un matraz de vidrio que termine en un largo tubo capilar se introduce una pequeña cantidad del líquido cuyo peso molecular se quiere calcular. El matraz se coloca en un baño de agua, o en todo caso, de aire, a una temperatura invariable, unos 20ºc mayor a la del punto de ebullición del líquido, de manera que

...