Ley de los Gases Ideales

Fuente: Smaa Koraym de la Universidad Johns Hopkins, MD, EE.UU.

1. Determinación de la masa del líquido desconocidoexpandir

   De acuerdo con la ley de los gases ideales para una presión, temperatura y volumen dados, el número de moles de gas en ese volumen es siempre el mismo. En este laboratorio, utilizará esa relación para calcular la masa molar de un líquido desconocido. Sumergirá un tubo Dumas que contiene el líquido desconocido en agua hirviendo para vaporizar el solvente. Después de esperar unos minutos para que el vapor se equilibre con su entorno, dejará que el vapor se condense y luego medirá la masa del líquido en el tubo. La masa molar no cambia con la fase, por lo que la masa del líquido condensado es la misma que la masa del vapor.

   Los líquidos desconocidos son volátiles, tóxicos y pueden ser inflamables, por lo que trabajará en una campana extractora. Su instructor dispensará su desconocido asignado en su tubo Dumas por usted. Mantenga siempre el tubo Dumas apuntando lejos de usted y de los demás. Esta sección del laboratorio utiliza un mechero Bunsen para hervir el agua. Tenga cuidado de mantener las mangas, el cabello y el líquido desconocido lejos de la llama y tenga cuidado cuando trabaje cerca de líquidos calientes, vidrio y metal.

   • Antes de comenzar el laboratorio, póngase una bata de laboratorio, gafas de seguridad y dos pares de guantes de nitrilo. nota: La acetona y los líquidos desconocidos penetran rápidamente en los guantes de nitrilo, así que consigue guantes nuevos si tocas alguno de estos líquidos. Deja que los guantes viejos se sequen en la capucha antes de tirarlos.
   • Conecta un extremo de un trozo de tubo de látex a la entrada de púas de un mechero Bunsen. Conecte el otro extremo del tubo al chorro de gas en su campana. Confirme que el collar en la base del mechero Bunsen esté cerrado.
   • Con el quemador Bunsen en la base del soporte del laboratorio, coloque un accesorio de anillo en el soporte del laboratorio sobre el quemador Bunsen y ajuste los anillos para que quede centrado a 2 pulgadas por encima de la llama. Apriete la abrazadera para fijar el anillo en su posición. Coloca un cuadrado de gasa de alambre en el anillo para hacer una plataforma.
   • Luego, sujete un matraz Erlenmeyer de 500 ml en la plataforma con una abrazadera de 3 clavijas. Fije una pinza de termómetro por encima de la pinza de tres puntas y gírela lejos del matraz.
   • Una vez que las abrazaderas estén en posición, retire el matraz Erlenmeyer. Coloque varias virutas hirviendo en el matraz y llénelo hasta la marca de 500 ml con agua desionizada.
   • Llene un vaso de precipitados de 400 ml con agua desionizada. Vuelva a sujetar el matraz lleno en su lugar en la plataforma de alambre.
   • Consigue varias toallas de papel. Corta una toalla de papel en tiras del ancho de aproximadamente la longitud del cuello alargado del tubo de Dumas. nota: Aparta las toallas de papel antes de encender el mechero Bunsen.
   • Asegúrese de que su percutor de incendios esté al alcance de la mano. Luego, abra el chorro de gas, sostenga el extremo de impacto cerca de la parte superior del mechero Bunsen y apriete rápidamente el mango móvil para encender una chispa, que encenderá el gas.
   • Una vez que hayas encendido la llama, gira el collar en la base del cañón para aumentar el flujo de aire, lo que hará que la llama se caliente más. Gire la válvula de gas para aumentar la altura de la llama a aproximadamente 4 a 6 pulgadas. nota: Un estudiante debe permanecer en la estación de trabajo mientras el mechero Bunsen está en uso.
   • Coloque el tubo Dumas en un vaso de precipitados limpio de 100 ml y llévelo a una balanza analítica.
   • Tare el vaso de plástico de 250 mL. Use una toallita de laboratorio para eliminar los rastros de polvo y aceites de toda la superficie del tubo.
   • Sostenga el tubo limpio en una toallita de laboratorio nueva y transfiera cuidadosamente al vaso de plástico. Anota la masa del tubo vacío de Dumas en tu cuaderno de laboratorio.

     Tabla 1: Masa molar de un líquido desconocido

     Trial	>Tubode Dumas de Masa + Desconocido	>Tubo de Dumas Vacío en Masa	MassUnknown
     1
     2
     3
     4
     Masa mediadesconocida
     desviación estándar

     Presión (hPa) Temperatura (ºC) Temperatura (K) _{Tubo de masa lleno de agua} (g) _{Masa de agua} (g) Densidad_{del agua} (g/cm³) 1 Volumen_{de gas} (cm³) _Gas moles (n) Masa molar_desconocida (g/mol) Error porcentual (%) R teórico (hPa·cm³/mol·K) 8.314 × 10⁴ R calculado (hPa·cm³/mol·K) Diferencia entre R teórico y calculado Haga clic aquí para descargar la Tabla 1
   • Utilice una toallita de laboratorio para transferir el tubo de vuelta a su vaso de precipitados de 100 ml.
   • Cuando su instructor le llame, lleve el tubo Dumas en el vaso de precipitados a la campana dispensadora designada donde su instructor agregará un pequeño volumen de lo desconocido al tubo.
   • Envuelve el cuello del tubo Dumas con toallas de papel para ayudar a mantener una temperatura constante.
   • Una vez que hierva el agua en el matraz Erlenmeyer, asegure el tubo Dumas en la abrazadera del termómetro. Gire con cuidado la pinza para que el tubo quede alineado con el cuello del matraz Erlenmeyer y baje lentamente la pinza hasta que el cuerpo del tubo Dumas esté completamente sumergido en el agua hirviendo. nota: No toque el matraz.
   • Una vez que el tubo de Dumas esté en posición, fije la pinza del termómetro en su lugar y anote la hora.
   • Ahora, espera a que tu líquido desconocido se vaporice, lo que debería tardar de 3 a 5 minutos. nota: Rellene el agua del matraz cada vez que baje el nivel del agua.
   • Una vez que no puedas ver ningún líquido en el tubo, anota la hora y espera otros 3 minutos para que la temperatura y la presión del vapor se equilibren con su entorno.
   • Levante la pinza del termómetro para levantar el tubo Dumas del agua hirviendo. Gire la pinza lejos del matraz para que el tubo pueda enfriarse con el aire ambiente.
   • Después de 2 – 3 minutos, seca cuidadosamente el exterior del tubo con toallas de papel. nota: Es posible que las gotas de agua aún estén calientes.
   • Espera a que el tubo se enfríe a temperatura ambiente para que el vapor se condense completamente. Una vez enfriado, retire el tubo de la pinza y seque los restos de agua en el tubo antes de colocarlo en el vaso de precipitados de 100 ml. nota: El agua residual agregará masa.
   • Lleve el vaso de precipitados a una balanza y limpie el exterior del tubo con una toallita de laboratorio. Mide la masa. Registre esto en su cuaderno de laboratorio como la masa posterior al ensayo.
   • Realiza tres ensayos más de la misma manera. Para encontrar la masa de la incógnita restante después de cada prueba, resta la masa del tubo de Dumas vacío de cada masa posterior al juicio.
   • Cuando termines la 4ª prueba, apaga el gas para apagar el mechero Bunsen. Espere 5 minutos antes de desmontar el anillo, la gasa y el mechero Bunsen del soporte del anillo.
2. Determinación del volumen del tubo Dumasexpandir
   • Llene un vaso de precipitados de 400 ml con agua desionizada y obtenga unas cuantas toallas de papel.
   • Mide la temperatura del agua y registra la temperatura en tu cuaderno de laboratorio.
   • En la capucha del instructor, llene una jeringa de 20 ml con agua del vaso de precipitados y conecte una aguja a la jeringa.
   • Inserte con cuidado la aguja en el tubo Dumas y empuje el agua dentro del tubo. nota: Evite formar burbujas de aire, ya que todo el aire debe eliminarse eventualmente del tubo.
   • Una vez que la jeringa esté vacía, retire la aguja, vuelva a llenar la jeringa con agua, vuelva a conectar la jeringa y agregue el agua al tubo. Repita este proceso hasta que el tubo Dumas esté lleno, sin burbujas de aire visibles.
   • Seca a fondo el exterior del tubo Dumas. Luego, pesa el tubo lleno de agua y resta la masa del tubo vacío para encontrar la masa del agua.
   • Registre la presión de aire en la habitación desde el barómetro del laboratorio.
   • Conecte el brazo lateral con púas del matraz Büchner a la bomba de vacío o al aspirador doméstico utilizando un tubo de silicona.
   • Sujete el matraz de filtro en posición vertical en la campana. Inserte un tapón de un solo orificio con un adaptador de tubo en la boca del matraz Büchner y coloque un extremo de un trozo de tubo de látex sobre el adaptador. Coloque el otro extremo del tubo de látex sobre el extremo alargado del tubo Dumas.
   • Utilice la abrazadera del termómetro para sujetar el tubo Dumas boca abajo, luego abra la línea de vacío para drenar rápidamente el agua en el matraz del filtro. Una vez que el tubo Dumas esté vacío, cierre la línea de vacío y abra el matraz filtrante y el tubo Dumas al aire.
   • Vuelva a colocar el tubo Dumas en el vaso de precipitados de 100 ml y llévelo con cuidado a su instructor, quien dispensará 1 ml de acetona en el tubo.
   • Agite el tubo hasta que todas las gotas de agua del tubo se hayan mezclado con la acetona y el interior del tubo parezca seco. Devuelva el tubo seco a su instructor. nota: Si todavía hay líquido visible en el tubo, sosténgalo boca abajo sobre un vaso de precipitados vacío hasta que la acetona se evapore o gotee fuera del tubo.
   • Desmonte el aparato de aspiración al vacío y deseche los residuos orgánicos y contaminados con organohélidos en el contenedor adecuado. Vierta el agua desionizada sobrante por el desagüe y lave su cristalería de acuerdo con los procedimientos estándar de su laboratorio.
3. Resultadosexpandir
   • Determina la masa molar de tu compuesto desconocido. Comience por determinar los moles de vapor utilizando la ley de los gases ideales. Nota: Cuando el vapor en el tubo está en equilibrio con su entorno, tiene la misma presión que la habitación y la misma temperatura que el agua hirviendo.
   • Para el volumen, determine la masa de agua que llenó el tubo de Dumas. nota: La densidad del agua es de aproximadamente 1 g/^cm3.
   • Selecciona el valor de la constante de gas ideal con las unidades más cercanas a las que usaste y convierte cualquier unidad que no coincida, como la temperatura.
   • Resuelve para obtener el número de moles de gas en esas condiciones.
   • Encuentra la masa media de lo desconocido de los cuatro ensayos.
   • Calcula la desviación estándar para ver qué tan consistentes fueron tus resultados. Divide la masa promedio por el número calculado de moles para encontrar la masa molar aproximada de tu desconocido.
   • Compare ese valor con las masas molares de los tres candidatos para su incógnita: tricloroetileno, 1,2-dicloroetano y 2-bromopropano.
   • Identifica al candidato con la masa molar más cercana y calcula el porcentaje de error. nota: Los gases tienden a imitar el comportamiento ideal a la presión atmosférica, por lo que debe estar dentro del 10% del valor de la literatura.
   • Ahora que conoces la masa molar real de tu compuesto, recalcula el número de moles a partir de tu masa promedio. Usando la misma presión, volumen y temperatura que antes, resuelva la constante de gas. La diferencia entre la constante calculada y la constante universal representa la desviación del comportamiento ideal del gas.