Formación de NH4Cl(S) a partir de la reacción de HCl(g) con NH3(g)

RESUMEN

El objetivo de este trabajo práctico consistió en determinar, mediante simples mediciones, cual de ambos modelos de difusión de gases, si el de Graham o el de Loschmidt, describe mejor la reacción entre dos gases muy concentrados de ácido clorhídrico y amoníaco. La reacción estudiada fue la siguiente:
HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl (s)
Se pudo identificar la formación del sólidoresultante de la reacción gracias a la formación de un halo blanco dentro del tubo. Esto nos permitió saber cuánto avanzaron cada uno de los gases y finalmente determinar que el modelo más adecuado, es decir, que presenta un menor error en relación con el resultado teórico es el modelo de Loschmidt.



RESULTADOS BRUTOS OBTENIDOS

Se realizó la manipulación de acuerdo a lo especificado en la guíadeterminándose previamente el largo y diámetro del tubo empleado así como las concentraciones de ácido clorhídrico y de amoníaco empleados. Se determinó el tiempo de aparición de halo y finalmente la distancia entre el halo y ambos extremos del tubo. Los datos determinados se encuentran en la siguiente tabla:


Tabla .- Resultados experimentales brutos
Concentración de HCl (M)
12,06Concentración de NH3 (M)
13,2
Largo del tubo (cm)
56,4
Diámetro del tubo (cm)
1,2
Tiempo de aparición del halo (s)
109
Distancia entre el halo y el depósito inicial de ácido clorhídrico (cm)
16
Distancia entre el halo y el depósito inicial de amoníaco (cm)
40,4



ANÁLISIS DE LOS DATOS

Determinaremos en primer lugar las velocidades promedio en que se desplazaron las moléculas de amboscompuestos gracias a la siguiente ecuación:






Donde v es la velocidad [m/s], d es la distancia respectivamente recorrida por cada compuesto [m] y t es el tiempo en el que recorrieron dicha distancia [s], lo que en este caso corresponde al tiempo de aparición del halo tal y como lo determina la Tabal 1.





De acuerdo con la Ley de Graham, es posible relacionar las velocidadespromedio de las moléculas con los respectivos pesos moleculares de los componentes de la siguiente forma:


Donde M corresponde a la masa molar [g/mol] de cada componente especificado. Por datos obtenidos de la literatura se sabe que estas son:

- MNH3= 17, 031 [g/mol]
- MHCl= 36, 460 [g/mol]


Entonces, con los datos obtenidos anteriormente, determinamos la razón entre las velocidadespromedio:





Podemos entonces aplicar la relación establecida por la Ecuación 2 obteniéndose el valor teórico de la razón entre las velocidades:



Sin embargo, existe otro modelo para la difusión de los gases que considera al aire como parte del sistema. Dicho modelo se denomina modelo de Loschmidt y establece la siguiente relación:



Donde J2 y J3 corresponden al flujo de NH3 y deHCl respectivamente, D12 y D13 representa el coeficiente de difusión tanto de NH3 como de HCl en presencia de aire, M1 representa la masa molecular del aire, M2 la de NH3 y M3 la de HCl y S12 y S13 representa una sección transversal referente a la colisión de las moléculas de aire y NH3 y de aire y HCl, respectivamente.

Adicionalmente, se ha establecido que la relación entre el cociente delos flujos de ambos gases es igual al cociente entre las velocidades promedio de ambos gases, por lo tanto relacionando esta premisa con la Ecuación (3), obtenemos la siguiente igualdad:



Si realizamos el cálculo de la razón entre las secciones transversales se obtiene:




Por lo tanto, la relación entre los coeficientes de difusión tiene un valor de:






DISCUSIÓN

Eneste trabajo práctico fue clave el análisis del sistema desde la perspectiva de dos modelos de difusión diferentes. El modelo de Graham considera que la relación entre las velocidades de difusión de dos gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la relación entre sus masas molares. En términos más simples, se podría decir que mientras mayor sea el peso molecular de un compuesto, menor...