* Producir oxigeno por la
descomposición de bióxido de plomo
(PbO2).
* Calcular la densidad del oxigeno, a las condiciones a
las que se desarrolla el experimento.
* Corregir la densidad del oxigeno, de las condiciones
del experimento a la estandar de temperatura y
presión.
* Determinar el error relativo, comparando la densidad
experimental contra la densidad teórica del
oxigeno.
Para poder
determinar la densidad de un material, es necesario conocer el
peso especifico de cada material, es decir la relación que
existe entre (N/m3), esto es la masa multiplicada por
la gravedad entre el volumen que
ocupa; por otra parte es necesario mencionar que la densidad es
la relación que existe entre la masa de un material y el
volumen que ocupa y sus unidades son diferentes a las de el peso
especifico, ya que están dadas en (kg/m3).las
unidades de densidad y peso especifico se pueden expresar en la
unidades del sistema
ingles.
Para lo anterior tenemos lo siguiente:
Entonces de acuerdo a la formula anterior, podemos hacer
una relación con la formula de los gases ideales,
lógicamente sabiendo los principios de los
gases ideales se hace la siguiente relación, entonces
tenemos:
Entonces tenemos:
Pero trabajando con un sistema particular, en este caso
de gases, tenemos lo siguiente:
r = densidad
del gas; m =
masa del gas; V = volumen del sistema;
PM = peso molecular del gas;
R = constante universal de los gases; P =
presión del sistema y T = temperatura del sistema.
Todas las variables con
sus unidades correspondientes.
Además de esto sabemos que la densidad de un gas
esta en proporción directa a la presión e inversa a
la temperatura la densidad de los gases se puede rescribir de
presión inicial y presión final esto es:
Usando las formulas anteriores, podemos determinar la
densidad de un gas, a continuación se presentan una serie
de procedimientos,
que se realizan , para determinados experimentos,
estos tambien van ligados para la determinación de la
densidad de un gas.
Medición de densidad continuo
(Transmisor de densidad).
El medidor de densidad ha mostrado grandes ventajas e
insuperables cualidades, cuando se trata de procesos, que
por su complejidad necesita del monitoreo de la densidad con
altos índices de precisión; ya que al hacerlo en
línea se evita el uso de un laboratorio y
toda la cantidad de muestras que se deban tomar, que aunque se
tomaran a intervalos muy cortos, siempre tendríamos un
desfasamiento entre la medición efectuada y la densidad real
(actual) a través de la tubería, además que
el detector envía una señal de control. Este
tipo de medidores tienen gran demanda en la
industria de
la refinación de gasolinas y derivados del
petróleo, por lo crítico de sus procesos y lo
peligroso de las áreas donde se requieren, el procedimiento
anterior se emplea en procesos complejos.
Para realizar este experimento, utilizamos el siguiente
material.
DESARROLLO EXPERIMENTAL:
Actividad 1.- Pesamos en la balanza electrónica 0,5g de bióxido de plomo
(PbO2), el cual se metió al tubo de ensayo,
obtuvimos los siguientes datos:
- Masa del tubo de ensaye vacío:
22,30g - Masa de tubo de ensaye + (PbO2):
22,80g - Masa de (PbO2): 0,5g
Actividad 2.- Se monto el equipo de trabajo como
se muestra en el
(dibujo), cabe
mencionar que se hizo con bastante precaución para no
causar algún daño al
material; (en este caso no se uso al vaso de precipitados de
250ml
- Llenamos con agua el
frasco de boca ancha hasta donde un tubo de vidrio de
conexión quede fuera y el otro dentro del nivel del
agua. - Se colocaron los tapones en el tubote ensaye y en la
botella respectivamente. - Colocamos el tubo de ensayo con PbO2 al
otro extremo del tubo de conexión más
corto. - Colocamos la probeta vacía al otro extremo del
tubo de conexión más largo juntamente con el
termómetro de -20°C a
120°C. - Conectamos el mechero en la línea de
gas.
Actividad 3.- Una vez colocado el tubo de ensaye
en él tapón vi horadado, con (PbO2);
calentamos el tubo de ensaye de una manera uniforme.
Actividad 4 .- Pudimos percibir que el
(PbO2), empezó a reaccionar, es decir por la
transmisión del calor de la
flama el material se empezó a desintegrar, cambio de
color café
oscuro a un color entre naranja y rojizo, hasta finalmente
desintegrarse en su totalidad; se puede mencionar que por la
ley de la
conservación de la energia esto no
sucede y, esto se comprueba en que hubo una
reacción.
Actividad 5 .- Se empezó a generar un gas,
(O2), el cual produjo que hubiera un desalojo de agua
a traves del tubo que va hacia la probeta el cual es igual al
volumen del al gas en frasco de boca ancha.
Actividad 6 .- Suspendimos la flama que calentaba
el tubo de ensaye, cuando la sustancia que estaba contenida en el
desapareció, pues prácticamente nunca se llega a
desalojar la cantidad que en el muestrario señalaba
(75ml), cabe mencionar que se paso el mechero alrededor del tubo
casi cuando se había consumido toda la sustancia para una
mejor expansión del gas que tenia el tubo y así,
obtener el máximo volumen de agua desalojada, la cual se
estaba conteniendo en la probeta.
Actividad 7 .- Ya obtenido nuestro volumen de
agua realizamos la medición correspondiente del mismo y
obtuvimos lo siguiente.
Volumen de agua (H2O):
44ml.
Actividad 8 .- Se dejó enfriar el tubo de
ensaye, para después pesar nuevamente su masa con el
residuo que se quedo en el mismo, obtuvimos la siguiente
medición:
Masa de tubo de ensaye después de la
reacción – Masa del tubo de ensaye vacío:
22,76g- 22,30g
Masa de (PbO2) después del proceso:
0,46g
Los datos que obtuvimos en el proceso del experimento
los presentamos en la siguiente tabla.
Masa del tubo de ensaye vacío: | 22,30g |
Masa de tubo de ensaye + (PbO2)antes | 22,80g |
Masa de (PbO2): | 0,5g |
Volumen de agua (H2O): | 44ml. |
Presión (H2O) | 21,068atm |
Masa de tubo de ensaye después del | 22,76g |
Masa de (PbO2) después del | 0,46g
|
Temperatura Ambiente | 23°C |
1.- Escribir la
ecuación química de la
reacción efectuada.
Balanceando la ecuación anterior por el método del
tanteo, ya que la misma cantidad de átomos en los
reactivos deben de estar en los productos, por la
Ley de la conservación de la materia;
entonces tenemos lo siguiente:
2.- Calcular la masa en (g)
del oxigeno producido.
Masa del tubo con (PbO2) antes de la
reacción – Masa del tubo con (PbO2)
después de la reacción.
3.- Calcular la densidad del
Oxigeno en las condiciones del experimento.
a) Directamente: Por medio del cociente de
la masa del oxígeno
producido, entre su volumen equivalente del agua.
Volumen de agua (H2O): 44ml. pero
44ml/1000ml = 0,044lts.
Masa O2g: 0,04
b) Indirectamente: Aplicando
la ecuación modificada de los gases ideales, (es necesario
utilizar la presión parcial del oxígeno en la
mezcla).
Nota: para el calculo del PM =
S Pesos
atómicos.
Para realizar esta actividad partimos del siguiente
análisis:
Pero sabemos que 
Sustituyendo en la ecuación anterior
tenemos:
Despejando la presión P de la ecuación
anterior tenemos:
Pero para la densidad del O2.
Tenemos: 
En este caso se toma la presión parcial del
O2, la cual obtenemos de la siguiente
forma:
por lo
tanto 
de
donde:
Pero
como las unidades son mmHg, convirtiéndolo en atmósferas,
tenemos:
Sustituyendo en la formula tenemos los siguientes
resultados:
4.- Calcular la densidad del
oxígeno (O2), en condiciones
normales.
a) Encontrando el cociente de la masa de 1mol en
gramos, entre el volumen normal a esas condiciones de temperatura
y presión.
Como las condiciones de presión y temperatura son
normales, tenemos los siguientes valores,
señalando que un gas a estas condiciones ocupa un volumen
de 22,414lts..
Aplicando la Ley de Avogadro:
entonces
Despejando m de
la ecuación anterior tenemos:
entonces la masa: 
Como la densidad es para el (O2), en
condiciones normales de presión y temperatura decimos
que:
b) Encontrar el cociente de la masa
del oxígeno (O2) producido entre su volumen
corregido a esas condiciones de temperatura y
presión.
De la formula:
Nota: en este paso las incógnitas
iniciales de la ecuación representan los valores
experimentales, y las finales las condiciones
normales.
Relacionando los datos tenemos:
- V1 = Volumen experimental
(0.044lts) - P1 = Presión atmosférica
(585 mmHg); - T1 = Temperatura ambiente experimental
(23oC); (273,15° + 23° =
296,15°K) - V2 = Volumen molar (22.414lts)
- P2 = Condiciones normales
(1atm) - T2 = Condiciones normales
(273oK)
Despejando V1 para hallar volumen corregido
tenemos:
c) Aplicando la ley de los Gases
Ideales.
entonces: 
5.– Calcular el error
relativo, entre los valores calculados en:
a) 3a y 3b
b) 4a y 4b.
Para el inciso a tenemos que: 3a es el valor
experimental y 3b el valor teórico.
3a: 0,9090g/lts
3b: 0,9765g/lts
a)
Para el inciso b tenemos que: 4a es el valor
teórico y 4b el valor experimental.
4a: 1,4276g/lts
4b: 0,9770g/lts
b)
6.– Calcular el porcentaje de
bióxido de plomo (PbO2)
descompuesto.
Masa del PbO2 antes de la reacción:
0,5g
Masa del PbO2 después de la
reacción: 0,46g
0.5 100%
0.46 X
Por lo cual se puede señalar que el porcentaje de
PbO2 descompuesto es de 8%.
7.- ¿ Cual debería ser el volumen
desplazado para que el porcentaje de error fuera 0?.
Para este punto tomaremos la densidad teórica es
decir el resultado de la pregunta 3b esto es:
r =
0,9765g/lts y la masa de (O2) es igual a:
0,04g
De los datos anteriores podemos determinar lo
siguiente:
En la realización de este experimento comprobamos
o bien, encontramos las densidades y el volumen de un gas, cuando
este sé desprende de una reacción; cabe
señalar que es importante conocer las diferentes maneras
de encontrarlos tantos los valores teóricos como los
valores experimentales. Además de esto podemos verificar
diferentes comportamientos de a partir del método de
trabajo o experimental que se realice; por otra parte
también hicimos el calculo del error relativo del
experimento, entre los valores
teóricos-experimentales.
Experimentos de Físico-Química Autor:
DAVID P. SHOEMAKER Pág. 61,561.
EDITORIAL: HISPANO AMERICANA.
http://www.elprisma.com/ –
Quimica-
http://www.mitareanet.com/gases
ideales / densidad
Aarón Hernández