SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS Y FLUJO MOLAR

SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS Y FLUJO MOLAR

Resumen.

Esta prueba experimental se la realizo para comprender los efectos de la presión y la temperatura sobre la solubilidad de los gases en los líquidos y confirmar su influencia sobre los gases, los resultados obtenidos de la experiencia para la solubilidad fueron:

S=0.201[mol⁄L]

También se realizo la prueba experimental de flujo molar para observar que debido a un cambio de temperatura un gas puede fluir muy rápidamente variando la presión del sistema, el flujo de moles por efecto de la temperatura en la prueba experimental fue:

Q_N=2.203*〖10〗^(-5) [mol/s]

Introducción.

Se sabe que la materia se presenta en tres estados físicos o estados de agregación molecular: sólido, líquido y gaseoso. De ellos el mas simple para estudiar es el estado gaseoso, por su baja agregación molecular, es decir por la presencia de de moléculas muy dispersasen todo un sistema.

La diferencia entre los tres estados, atendiendo su agregación molecular, radica principalmente a que en los gases las moléculas son individuales, tiene una baja densidad, por tanto ocupan un volumen muy grande, tiene una baja viscosidad esto les permite fluir muy fácilmente con una diferencia de presión muy baja. Finalmente debido a la gran cantidad de espacio vacio entre las moléculas de gas un sistema de gas se puede someter a procesos de compresión y de expansión, en función de las variables de estado (P, V, T)

Objetivos.

Efectuar lecturas de presión, volumen, y temperatura de una masa de gas para estudiar la solubilidad a temperatura constante como HCl, O2, CO2, etc.

Determinar el cambio del número de moles de gas por efecto de calentamiento. (flujo molar de gases) a volumen constante, y representar este proceso en el diagrama presión volumen.

Fundamento Teórico.

Solubilidad de gases en líquidos

Para todos los propósitos prácticos, la presión externa o la atmosférica no tiene influencia sobre la solubilidad de los sólidos y líquidos; pero influye de manera importante en la solubilidad de los gases. La relación cuantitativa entre la solubilidad de un gas y la presión esta dad por la ley de Henry, establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre la disolución a una temperatura constante. Esto es:

c = k * P

En esta expresión c es la concentración molar (mol/litro) del gas disuelto, P es la presión en atmosferas sobre la disolución, y para un gas determinado, k es una constante que depende solo de la temperatura.

La solubilidad del amoniaco en agua es bastante alta. A 20 °C, 702L de amoniaco se disuelven en un litro de agua. Es por eso que uno se refiere a una absorción del gas en el solvente.

La mayoría de los gases obedecen a la de Henry, como es el oxigeno en agua, pero si el gas reacciona con agua resulta solubilidades o concentraciones mayores a las que predice la ecuación anterior. Asi la solubilidad del dióxido de carbono es mayor, por que reacciona con el agua: la siguiente ecuación química, este proceso químico a a una temperatura dada:

〖co〗_2(gas) +H_2 O => H_2 CO_3

La solubilidad es una propiedad física de los gases, que tienen de poder disolverse a temperatura y presión definida.

S (gas)= (n (gas)disuelto.)/(V (liq.)) [mol/(L.)]

La solubilidad de un gas es función de la temperatura y de la presión.

S =S ( T,P)

Flujo Molar

El flujo molar de un gas por diferencia de temperaturas ΔT.

El flujo molar es el movimiento de cantidad de gas en una unidad de tiempo.

Q_N=Δn/T [mol/(seg.)]

Procedimiento Experimental.

4. Procedimiento Experimental.

4.1. Solubilidad de gases en líquidos.

Considere el aparato que se muestra en la figura adjunta. Inicialmente dentro de un matraz volumétrico limpio y seco de 250 ml se agregan 2 o 3 ml de amoniaco líquido a la presión inicial de 486.40 mmHg cuyos gases expulsan todo el aire contenido en el sistema a la temperatura T constante del medio ambiente. Luego desde una bureta que contiene agua, se deben agregar un cierto volumen de agua al matraz. Notara que el agua asciende lentamente a través del tubo de vidrio. Debe observar lo que ocurre en el proceso hasta que se establece el equilibrio, a la temperatura constante T.

Esta experiencia puede realizarse de la misma manera esta vez usando ácido clorhídrico concentrado; se debe tener mucho cuidado al agregar ácido con una pipeta.

4.2. Flujo Molar

Primero: Se tapan los matraces con los tapones (El gas usado será el aire). Se conecta una manguera al matraz con dos salidas al manómetro y se miden las condiciones iníciales de P (mmHg), T (°C) y Volumen (ml).

A continuación el matraz con una salida se lo mete al baño maría con una temperatura de 40 a 50 °C, y se medirá el tiempo en que fluya el aire del matraz del baño maría hacia el conectado al manómetro hasta que la diferencia de altura este estable en el manómetro.

Datos y Resultados.-

Solubilidad de gases en líquidos.(gas utilizado amoniaco)

Los datos recopilados para esta prueba experimental son los siguientes:

TABLA 1

N° T (°C) V_(H_2 O) [ml] h_(H_2 O) [cm] V_matraz [ml]

1 15 1 20.6 250

Calculando La presión del sistema:

P_abs=P_atm+P_gas

P_gas=(ρ_(H_2 O)*h_(H_2 O))/ρ_Hg =(1[g⁄〖cm〗^3 ]*20.6 [cm])/(13.56 [g⁄〖cm〗^3 ] )=1.519 cmHg=15.19mmHg=0.0199 (atm)

Entonces: P=0.659 (atm)

Ahora calculando el número de moles en las condiciones de la tabla 1

De la ecuación general de los gases PV=nRT

n=PV/RT=(0.659[atm]*0.25[L])/(0.0821[(atm L)⁄(mol °K)]*288.15 [°K] )=6.964*〖10〗^(-3) [moles]

Para el cálculo de número de moles iníciales se puede recurrir a la ecuación: P_0/n_0 =P_i/n_i Por mantener la temperatura constante.

n_0=P_0/P_1 *n_1=0.64[atm]/0.659[atm] *6.964*〖10〗^(-3) [moles]=6.763*〖10〗^(-3) [moles]

Recurriendo a la ecuación S (gas)= (n (gas)disuelto.)/(V (liq.)) [mol/(L.)] hallaremos la solubilidad del gas de esta prueba experimental:

S=∆n/V_(H_2 O) =(6.964*〖10〗^(-3)-6.763*〖10〗^(-3) )[mol]/0.001[L] =0.201[mol⁄L]

S=0.201[mol⁄L]

Flujo Molar. (gas utilizado aire)

Los datos tomados para esta Experiencia fueron los siguientes:

P [atm] T [°C] V [ml] h_liq [cm]

Condiciones iniciales 486.4 15 605 0

Condiciones finales 61 605 32.4

En esta parte aplicaremos la ecuación: Q_N=Δn/T

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