Determinación exacta de la masa molar de un gas

RESUMEN

En este experimento se ha determinado la masa molar de un gas desconocido mediante el método de las densidades límites, para esto se determinó previamente la densidad de dicho gas a distintas presiones.
El gas problema resultó ser nitrógeno, la masa molar determinada durante la experiencia fue de 28,88 g/mol que se aproxima a la nitrógeno molecular, con un error relativo de 3,00%PARTE EXPERIMENTAL

Método Experimental

Para el experimento, es necesario balón de vidrio de volumen conocido provisto de una llave, una red de vacío, una balanza de precisión, un barómetro y un termómetro.
Primero se conecta el balón a la red de vacio con el fin de extraer todo el gas de su interior, se cierra el mismo para impedir el reingreso de aire y se masa, luego se conectanuevamente el balón a la red de vacío y se deja entrar en él el gas problema y se vuelve a hacer vacio, con lo que el balón queda cebado. Con el balón ya cebado se deja entrar nuevamente el gas problema hasta que la altura de la rama de referencia del manómetro (incluido en la red de vacio) marque 28 cm, se cierra la válvula del gas y se anotan las alturas del manómetro (hx y hr), se cierra el balón yse masa con el gas dentro.
Se repite el procedimiento anterior reduciendo la altura de la rama de referencia de 5 en 5 cm para obtener así varios conjuntos de datos.
Durante la realización del experimento debe medirse la presión atmosférica y la temperatura para conocer las condiciones en que se esta trabajando


Datos Experimentales

- Temperatura ambiente: 26,0 0,5 ºC
- Presiónatmosférica: 761,3 0,1 mmHg
- Factor de corrección para 760 mmHg: 3,22
- Factor de corrección para 780 mmHg: 3,31
- Balón Nº: 18
- Volumen del balón: 284,67 0,01 mL
- Masa balón vacío: 144,0763 0,0001 g


Tabla Nº 1: Datos experimentales.

N°
Determinación hr 0,05 (cm)
hx 0,05 (cm)
masa balón + gas 0,0001 (g)

1 28,0 28,8 144,1610
2 23,0 23,8 144,2094
3 18,1 18,7144,2573
4 13,0 13,7 144,3077
5 8,0 8,4 144,3573
6 3,0 3,1 144,4065

Datos Bibliográficos
R = 0,082057 atm•L•K-1•mol-1 (Raymond Chang, “Química” 7° Edición, pág. 167)
Masa molar del N2: 28.0134 g•mol-1 (http://www.wolframalpha.com/input/?i=N2)


RESULTADOS
Magnitudes calculadas
- Temperatura: 299 K
- Factor de corrección para 761,3 mmHg 3,23
- Presión atmosférica corregida: 758,1mmHg
- (d/P)P→0 : 1,1769 g•L-1•atm-1
Masa molar del gas problema: 28.88 g/mol

Tabla Nº 2: Determinación de la presión del gas

N°
Determinación
masa gas 0,0001 (g) densidad gas
(g•L-1) presión gas (atm) d/P (g•L-1•atm-1)
1 0,0847 0,2975 0,2501 1,190
2 0,1331 0,4676 0,3817 1,225
3 0,1810 0,6358 0,5133 1,239
4 0,2314 0,8129 0,6462 1,258
5 0,2810 0,9871 0,7817 1,263
6 0,33021,160 0,9172 1,265

Gráfico N° 1: (d/P) v/s P



Ejemplos de Cálculo

Temperatura en Kelvin:

T = 26,0 °C + 273,15  T = 299,15 K≈299K

Factor de corrección
Utilizando los pares ordenados (760, 3,22); (780, 3,31); (765,8, y) pertenecientes a la misma recta se calcula el factor de corrección y:

m=((3,31-3,22))/((780-760)) =5,5×〖10〗^(-3)
3,22=5,5×〖10〗^(-3)×760+n
n=-0,96y=5,5×〖10〗^(-3)×761,3-0,96
y=3,22715≈3,23

Presión atmosférica corregida

P leída – f.c. = P corregida
761,3 mmHg-3,23=758,07 mmHg≈758,1 mmHg

Masa del gas: Utilizando los datos de la determinación N°1

masa (balón con gas)–masa(balón vacío) = masa del gas
144,1610 g – 144,0763 g =0,0897g

Densidad del gas: Utilizando los datos de la determinación N°1

Volumen(balón)=284,67mL=0,28467L

d = masa (gas)/ Volumen (balón)
d=(0,0897 g)/(0,28467 L)=0,2975g/L

Presión del gas: Utilizando los datos de la determinación N°1

Px=Pr-(hr+hx)
Px=758,1 mmHg-(280+288)mmHg
Px=190,1mmHg

conversion de mmHg a atmosferas: 190,1mmHg/(760,0 mmHg/atm)=0,2501 atm

Densidad/Presión: Utilizando los datos de la determinación N°1

(Densidad del gas)/(Presión del gas)=(0,2975...