Lei dos Gases Ideais

Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

1. Determinando a massa do líquido desconhecidoExpand

   De acordo com a lei dos gases ideais para uma determinada pressão, temperatura e volume, o número de moles de gás nesse volume é sempre o mesmo. Neste laboratório, você usará essa relação para calcular a massa molar de um líquido desconhecido. Você mergulhará um tubo Dumas contendo o líquido desconhecido em água fervente para vaporizar o solvente. Depois de esperar alguns minutos para que o vapor se equilibre com o ambiente, você deixará o vapor condensar e medirá a massa do líquido no tubo. A massa molar não muda com a fase, então a massa do líquido condensado é a mesma que a massa do vapor.

   Os líquidos desconhecidos são voláteis, tóxicos e podem ser inflamáveis, então você trabalhará em uma capela de exaustão. Seu instrutor distribuirá seu desconhecido atribuído em seu tubo Dumas para você. Mantenha sempre o tubo Dumas apontado para longe de você e dos outros. Esta seção do laboratório usa um bico de Bunsen para ferver a água. Tome cuidado para manter as mangas, o cabelo e o líquido desconhecido longe da chama e tenha cuidado ao trabalhar perto de líquidos quentes, vidro e metal.

   • Antes de iniciar o laboratório, coloque um jaleco, óculos de segurança e dois pares de luvas de nitrilo. nota: A acetona e os líquidos desconhecidos permeiam rapidamente as luvas de nitrilo, portanto, compre luvas novas se tocar em qualquer um desses líquidos. Deixe as luvas velhas secarem no capuz antes de jogá-las fora.
   • Conecte uma extremidade de um pedaço de tubo de látex à entrada farpada de um bico de Bunsen. Conecte a outra extremidade da tubulação ao jato de gás em seu exaustor. Confirme se o colar na base do bico de Bunsen está fechado.
   • Com o bico de Bunsen na base do suporte de laboratório, encaixe um anel de fixação no suporte de laboratório sobre o bico de Bunsen e ajuste os anéis de forma que fique centralizado 2 polegadas acima da chama. Aperte o clamp para fixar o anel na posição. Coloque um quadrado de gaze de arame no anel para fazer uma plataforma.
   • Em seguida, prenda um frasco Erlenmeyer de 500 mL na plataforma com um grampo de 3 pinos. Fixe um termômetro clamp acima do clamp de três pinos e gire para longe do frasco.
   • Assim que os grampos estiverem na posição, remova o frasco Erlenmeyer. Coloque várias lascas ferventes no balão e encha-o até a marca de 500 mL com água deionizada.
   • Encha um copo de 400 mL com água deionizada. Clamp o frasco cheio de volta no lugar na plataforma de arame.
   • Obtenha várias toalhas de papel. Rasgue uma toalha de papel em tiras da largura do pescoço alongado do tubo de Dumas. nota: Retire as toalhas de papel do caminho antes de acender o bico de Bunsen.
   • Certifique-se de que seu atacante de incêndio esteja ao seu alcance. Em seguida, abra o jato de gás, segure a extremidade de impacto perto da parte superior do bico de Bunsen e aperte rapidamente a alça móvel para acender uma faísca, que acenderá o gás.
   • Depois de acender a chama, gire o colar na base do cano para aumentar o fluxo de ar, o que tornará a chama mais quente. Gire a válvula de gás para aumentar a altura da chama para cerca de 4 a 6 polegadas. nota: Um aluno deve permanecer na estação de trabalho enquanto o bico de Bunsen estiver em uso.
   • Coloque o tubo Dumas em um béquer limpo de 100 mL e leve-o a uma balança analítica.
   • Tara o copo de plástico de 250 mL. Use um lenço de laboratório para remover vestígios de poeira e óleos de toda a superfície do tubo.
   • Segure o tubo limpo em um lenço de laboratório novo e transfira-o cuidadosamente para o copo de plástico. Registre a massa do tubo de Dumas vazio em seu caderno de laboratório.

     Tabela 1: Massa molar de líquido desconhecido

     Teste	MassDumas Tube + Desconhecido	MassTubo Dumas vazio	MassUnknown
     1
     2
     3
     4
     Massa MédiaDesconhecida
     desvio padrão

     Pressão (hPa)
     Temperatura (ºC)
     Temperatura (K)
     Tubo de massa cheio de água (g)
     Massade água (g)
     Densidadeda água (g / cm3)	1
     Volumede gás (cm3)
     Gás mol (n)
     Massa molardesconhecida (g/mol)
     Erro percentual (%)
     R teórico (hPa·cm3/mol·K)	8.314 × 104
     R calculado (hPa·cm3/mol·K)
     Diferença entre R teórico e calculado

     Clique aqui para baixar a Tabela 1
   • Use um lenço de laboratório para transferir o tubo de volta para o copo de 100 mL.
   • Quando seu instrutor ligar para você, leve o tubo Dumas no copo até o capô de distribuição designado, onde seu instrutor adicionará um pequeno volume do desconhecido ao tubo.
   • Enrole o gargalo do tubo Dumas com toalhas de papel para ajudar a manter uma temperatura constante.
   • Assim que a água no frasco Erlenmeyer ferver, prenda o tubo Dumas no clamp do termômetro. Gire cuidadosamente o clamp para que o tubo fique alinhado com o gargalo do frasco Erlenmeyer e abaixe lentamente o clamp até que o corpo do tubo Dumas esteja totalmente imerso na água fervente. nota: Não toque no balão.
   • Assim que o tubo de Dumas estiver na posição, fixe o termômetro clamp no lugar e anote a hora.
   • Agora, espere que seu líquido desconhecido vaporize, o que deve levar de 3 a 5 minutos. nota: Complete a água no frasco sempre que o nível da água baixar.
   • Quando você não conseguir ver nenhum líquido no tubo, anote o tempo e espere mais 3 minutos para que a temperatura e a pressão do vapor se equilibrem com o ambiente.
   • Levante o termômetro clamp para levantar o tubo Dumas da água fervente. Gire o clamp para longe do frasco para que o tubo possa esfriar no ar ambiente.
   • Após 2 a 3 minutos, seque cuidadosamente a parte externa do tubo com papel toalha. nota: As gotas de água ainda podem estar quentes.
   • Aguarde o tubo esfriar até a temperatura ambiente para que o vapor se condense totalmente. Depois de resfriado, remova o tubo do clamp e seque quaisquer vestígios restantes de água no tubo antes de colocá-lo no copo de 100 mL. nota: A água residual adicionará massa.
   • Leve o copo até uma balança e limpe a parte externa do tubo com um lenço umedecido. Meça a massa. Registre isso em seu caderno de laboratório como a massa pós-teste.
   • Execute mais três tentativas da mesma maneira. Para encontrar a massa do desconhecido restante após cada tentativa, subtraia a massa do tubo de Dumas vazio de cada massa pós-tentativa.
   • Quando terminar a 4ª tentativa, desligue o gás para apagar o bico de Bunsen. Aguarde 5 minutos antes de desmontar o anel, a gaze e o bico de Bunsen do suporte do anel.
2. Determinando o volume do tubo DumasExpand
   • Encha um copo de 400 mL com água deionizada e obtenha algumas toalhas de papel.
   • Meça a temperatura da água e registre-a no caderno do laboratório.
   • No capô do instrutor, encha uma seringa de 20 mL com água do béquer e conecte uma agulha à seringa.
   • Insira cuidadosamente a agulha no tubo Dumas e empurre a água para dentro do tubo. nota: Evite formar bolhas de ar, pois todo o ar deve ser eliminado do tubo.
   • Quando a seringa estiver vazia, remova a agulha, encha novamente a seringa com água, reconecte a seringa e adicione a água ao tubo. Repita esse processo até que o tubo Dumas esteja cheio, sem bolhas de ar visíveis.
   • Seque bem a parte externa do tubo Dumas. Em seguida, pese o tubo cheio de água e subtraia a massa do tubo vazio para encontrar a massa da água.
   • Registre a pressão do ar na sala a partir do barômetro do laboratório.
   • Conecte o braço lateral farpado do frasco Büchner à bomba de vácuo ou aspirador doméstico usando um tubo de silicone.
   • Clamp o frasco do filtro na vertical no exaustor. Insira uma rolha de orifício único com um adaptador de tubo na boca do frasco de Büchner e encaixe uma extremidade de um pedaço de tubo de látex sobre o adaptador. Encaixe a outra extremidade do tubo de látex sobre a extremidade alongada do tubo Dumas.
   • Use o termômetro clamp para segurar o tubo Dumas de cabeça para baixo e, em seguida, abra a linha de vácuo para drenar rapidamente a água para o frasco do filtro. Quando o tubo de Dumas estiver vazio, feche a linha de vácuo e abra o frasco do filtro e o tubo de Dumas ao ar.
   • Coloque o tubo Dumas de volta no béquer de 100 mL e leve-o cuidadosamente ao seu instrutor, que dispensará 1 mL de acetona no tubo.
   • Agite o tubo até que todas as gotículas de água no tubo se misturem com a acetona e o interior do tubo pareça seco. Devolva o tubo seco ao seu instrutor. nota: Se algum líquido ainda estiver visível no tubo, segure o tubo de cabeça para baixo sobre um copo vazio até que a acetona evapore ou escorra para fora do tubo.
   • Desmonte o aparelho de sucção a vácuo e descarte os resíduos orgânicos e contaminados com organohalogenetos no recipiente apropriado. Despeje as sobras de água deionizada no ralo e lave seus copos de acordo com os procedimentos padrão do laboratório.
3. ResultadosExpandir
   • Determine a massa molar do seu composto desconhecido. Comece determinando os moles de vapor usando a lei dos gases ideais. Nota: Quando o vapor no tubo está em equilíbrio com o ambiente, ele tem a mesma pressão que a sala e a mesma temperatura que a água fervente.
   • Para o volume, determine a massa de água que encheu o tubo de Dumas. nota: A densidade da água é de cerca de 1 g / cm³.
   • Selecione o valor da constante de gás ideal com as unidades mais próximas das que você usou e converta quaisquer unidades incompatíveis, como temperatura.
   • Resolva para obter o número de mols de gás nessas condições.
   • Encontre a massa média do desconhecido nas quatro tentativas.
   • Calcule o desvio padrão para ver a consistência dos resultados. Divida a massa média pelo número calculado de moles para encontrar a massa molar aproximada do seu desconhecido.
   • Compare esse valor com as massas molares dos três candidatos para o seu desconhecido - tricloroetileno, 1,2-dicloroetano e 2-bromopropano.
   • Identifique o candidato com a massa molar mais próxima e calcule o erro percentual. nota: Os gases tendem a imitar o comportamento ideal à pressão atmosférica, portanto, você deve estar dentro de 10% do valor da literatura.
   • Agora que você sabe a massa molar real do seu composto, recalcule o número de moles a partir de sua massa média. Usando a mesma pressão, volume e temperatura de antes, resolva a constante do gás. A diferença entre a constante calculada e a constante universal representa o desvio do comportamento ideal do gás.