Ley de la conservación de la masa y volumen molar

    1. Objetivos
    2. Principios teóricos
    3. Catalizador
    4. Conclusión
    5. Bibliografía
    6. Cuestionario

    Objetivos

    Determinar las relaciones que existen entre los pesos de lo cuerpos reacionantes y el de los productos.

    Comprobar experimentalmente la Ley de la conservación de la Masa.

    Determinar el volumen molar de un gas

    Principios teóricos

    Ley de la Conservación de la masa

    Esta ley es conocida como "Ley de Lavoisier", explica un antiguo axioma de los químicos que estableció que "la materia no se crea ni se destruye".

    Observando la reacción de oxidación del hierro (peso atómico 55.85) por el oxígeno (peso atómico 16.0) podemos ver que la masa total de los participantes en la reacción permanece invariable después de la transformación:

    2Fe + O2 ( 2FeO

    111,7 + 32,0 = 143,7

    Ley de la conservación de la materia: en toda reacción

    química, la masa de los cuerpos reacionantes es igual a

    la masa de los productos de la reacción.

    Volumen Molar

    La variación periódica del tamaño de los átomos fue observada por Lothar Meyer, que determinó el volumen atómico o volumen molar como cociente entre la masa de un mol de elemento y su densidad.

    Observa que el valor del volumen molar está relacionado con el volumen del átomo pero no se corresponde exactamente con éste ya que, entre otros factores, la densidad del elemento está determinada por su estructura cristalina (incluyendo los huecos entre átomos).Los diferentes elementos, al tener sus electrones en diferentes niveles, presentan volúmenes atómicos variables, pero también influye la carga nuclear: al aumentar el número de protones del núcleo, la atracción sobre los electrones se hace mayor y el volumen tiende a disminuir.

    En un mismo periodo se observa una disminución desde los elementos situados a la izquierda del periodo, hacia los centrales, para volver a aumentar el volumen progresivamente a medida que nos acercamos a los elementos situados a la derecha del periodo. En un mismo grupo, el volumen atómico aumenta al aumentar el número atómico, ya que al descender en el grupo los elementos tienen más capas.

    En general, cuando los elementos tienen volúmenes atómicos pequeños, los electrones del nivel más externo están fuertemente atraídos por el núcleo y, por tanto, son cedidos con gran dificultad. Por el contrario, los elementos de volúmenes atómicos elevados ceden sus electrones de valencia fácilmente, ya que la atracción nuclear es menor debido tanto a la mayor como al efecto de apantallamiento de los electrones internos.

    En condiciones normales (c.n.) cuando la temperatura es 0 ºC (273,15 K) y la presión 1atm (760 mm Hg). En estas condiciones 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa un volumen, denominado volumen molar, cuyo valor es

    Presión de Vapor

    La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases liquidas y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de líquido saturado y vapor saturado.

    Las moléculas de la superficie del líquido que tengan una mayor energía escaparán de la superficie y pasarán a la fase vapor (evaporación) mientras que las moléculas del vapor chocarán con las paredes de la ampolla y entre sí, perderán energía y caerán al líquido (condensación). Inicialmente sólo se produce la evaporación, ya que no hay vapor; sin embargo, a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presión, en el interior de la ampolla se va incrementando también la velocidad de condensación, hasta que, transcurrido un cierto tiempo, ambas velocidades se igualan. Llegado este punto, se habrá alcanzado la presión máxima posible en la ampolla (presión de vapor o de saturación), que no podrá superarse salvo que se incremente la temperatura.

    El equilibrio se alcanzará más rápidamente cuanta mayor sea la superficie de contacto entre el líquido y el vapor, pues así se favorece la evaporación del líquido, del mismo modo que un charco de agua extensa, pero de poca profundidad, se seca más rápido que uno más pequeño, pero de mayor profundidad, que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presión. La ecuación de Clausius-Clapeyron se utiliza para hallar la presión de un líquido a temperaturas distintas.




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    Donde:

    ((H vap.)= Calor molar de evaporización

    P1 y P2 = Presiones

    T1 y T2 = Temperaturas

    R = Constante de gas ideal.

    Presión de Gas seco

    Los gases presentan presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Los humanos nos hemos adaptado fisiológicamente tan bien a la presión del aire que nos rodea, que usualmente desconocemos su existencia, quizás como los peces son inconscientes de la presión del agua obre ellos. Pero mayormente se expresa la presión de un gas en relación con la presión que ejerce el aire (por su peso) sobre la superficie de la tierra que se denomina presión atmosférica, como sabemos el barómetro es el instrumento mas común para medirla.

    La unidad SI de presión es el pascal (Pa), que se define como un newton por metro cuadrado.

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    Catalizador

    Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse, también acelera una reacción al involucrar una serie de pasos elementales con cinética ma favorables que aquellas que existen en su ausencia, en muchos caos un catalizador aumenta la velocidad disminuyendo la energía de activación de una reacción.

    En definición:

    Velocidad con catalizador > Velocidad sin catalizador

    Tipos:

    a) Catálisis heterogénea: Es el tipo de catálisis mas importante de catálisis en la

    industria química.

    b) Catálisis homogénea: Es el tipo de catálisis en el cual los reactivos y el catalizador

    están dispersos en una sola fase, su características son

    • Los tipos más importantes son la catálisis básica y la ácida.

    • También puede llevarse a cabo en fase gaseosa.

    • Tiene ventaja sobre la catálisis heterogénea.

    • Pueden diseñarse para funcionar selectivamente para un tipo de reacción en particular y son más baratos que los metales preciosos.

    c) Catálisis enzimática: Es el mas complicado proceso, es homogénea porque el

    sustrato y la enzima están presentes en disolución acuosa.

    Parte experimental

    a)- Materiales

    • Pinzas para tubo de ensayo.

    • Baqueta

    • Luna de reloj

    • Piceta

    • Vaso de precipitado

    • Balanza de precisión

    • Balón de vidrio

    • Probeta

    • Conexiones de vidrio

    • Mechero de Bunsen

    b)- Reactivos:

    • Agua destilada

    • Clorato de Potasio (KClO3)

    • Dióxido de Magnesio (MnO2)

    b)- Procedimientos:

    • Pesar un tubo de ensayo limpio y completamente seco.

    • Pesar 6,60g de clorato de potasio (KCl3), y 0,1g de dióxido de magnesio (MnO2) (catalizador). Homogenizar en el fondo del tubo.

    • Armo el sistema diseñado por la profesora en la pizarra (tubo de ensayo – balón de vidrio – vaso de precipitado).

    • Verificar las conexiones. Además el balón de vidrio deberá ser llenado con agua cuidando que no obstruya la salida del gas (O2) a obtener.

    • Calentar leve y constantemente la mezcla del tubo hasta que no se note desprendimiento de oxígeno o desplazamiento de agua.

    • Medir el volumen y la temperatura del agua desalojada.

    • Pesar el tubo de ensayo frío y por diferencia (de pesos) determine la masa de residuo.

    Cálculos matemáticos

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    Tabla de resultados

    Descomposición térmica del clorato de potasio y volumén molar del oxígeno

    Masa del tubo de prueba (g)

    17

    Masa del tubo de prueba + catalizador (g)

    17,1

    Masa del tubo de prueba + catalizador + clorato de potasio (g)

    17,7

    Masa del tubo de prueba + catalizador + cloruro de potasio (g)

    17,2

    Masa de cloruro de potasio obtenido (g)

    0,2

    Masa de oxígeno desprendido (ml)

    0,5

    Volumén de oxígeno desprendido (ml)

    156

    Temperatura ambiental de laboratorio (·c)

    19

    Presión atmosférica de laboratorio (mmHg)

    745

    Presión de vapor e agua a temperatura ambiente (mmHg)

    16,5

    Presión parcial de oxígeno (mmHg)

    728,5

    Volumén molar experimental del oxígeno a condiciones ambientales de laboratorio (litro/mol)

    173

    Volumén molar teórico del oxígeno a condiciones ambientales de laboratorio (litro/mol)

    178

    Porcentaje de error experimental con respecto al volumén molar %

    2,8

    Conclusión

    • Para acelerar la reacción se uso habitualmente dióxido de manganeso como catalizador.

    • Existen diferencias de resultados entre el volumén molar experimental y el volumén molar teorica, todos de O2 a condiciones ambientales.

    • Hubo un error al medir el volumén de oxígeno desprendido, se debe al descuido y mal nivelado.

    Observaciones

    • Tratar de manipular cuidadosamente los objetos que experimentamos, porque a veces pueden ocasionar una fuga de gas,

    • Tomar medidas antes de realizar el experimento porque a veces pueden ocasionar accidentes por envenenamientos.

    Bibliografía

    CHANG, Raymond : "Química"

    Ing. ROMERO ACCINELLI, Benjamín: "Química"

    Babor e Ibarz, "Química General Moderna", Barcelona, Ed. Marin

    Nebergall y Schmidt, "Química General y Análisis Químico Cualitativo". Lima, U.N.M.S.M.

    J.L. Rosenberg, "Teoría y Problemas de Química General", México, Serie Schaum, Ed. Mc. Graw Hill.

    PARTINGTON, James R. "Química General e Inorgánica", Madrid, Ed. Dossat.

    Sneed et al, "Química General Superior", México, Ed. Diana.

    Rod O'connor. "Manual de Laboratorio para Química: Experimentos y Teoría" Editorial Reverté 1975

    BENSON, Sidney W. "Cálculos Químicos". Ed. Limusa-Wiley.

    BARGALLO ARDEVOL, Modesto. "Curso de Quimica General" Ed. Marin.

    Enciclopedia Encarta 2005

    Cuestionario

    I) Definir:

    1- La ley de la conservación de la masa

    Ley de conservación de la masa o ley de Lavoisier. 1789

    Para Lavoisier los cambios en las sustancias no producían la creación o destrucción de materia. Experimentalmente (utilizó y perfeccionó la balanza) demostró que la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. "Durante un cambio químico no existe cambio en la masa de los reactivos al convertirse en productos". "La materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma".

    ¿El hierro al oxidarse gana masa? ¿La madera al quemarse pierde masa?

    En un sistema cerrado (Sin intercambiar materiales con el exterior) la masa total de las sustancias existentes no varia aunque se produzca cualquier reacción química entre ellas.

    En las reacciones nucleares (no en las reacciones químicas habituales) hay una relación entre masa y energía E=mc2 .La masa se puede transformar en energía y la energía se puede transformar en masa. 100 kcal = 4.65x10-12 Kg.

    2- Volumen molar

    Se definen las condiciones normales (c.n.) cuando la temperatura es 0 ºC (273,15 K) y la presión 1 atm (760 mm Hg). En estas condiciones 1 mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa un volumen, denominado volumen molar, cuyo valor es

    Vm = 22,414 litro/mol

    3- Presión de vapor

    La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. En la situación de equilibrio, la evaporación) mientras que las moléculas del vapor chocarán con las paredes de la ampolla y entre sí perdiendo energía y cayendo al líquido (condensación).

    Inicialmente sólo se produce la evaporación ya que no hay vapor; sin embargo a medida que la cantidad de vapor aumenta y por tanto la presión en el interior de la ampolla, se va incrementando también la velocidad de condensación, hasta que transcurrido un cierto tiempo ambas velocidades se igualan. Llegados a este punto se habrá alcanzado la presión máxima posible en la ampolla (presión de vapor o de saturación) que no podrá superarse salvo que se incremente la temperatura.

    El equilibrio se alcanzará más rápidamente cuanta mayor sea la superficie de contacto entre el líquido y el vapor, pues así se favorece la evaporación del líquido; del mismo modo que un charco de agua extenso pero de poca profundidad se seca más rápido que uno más pequeño pero de mayor profundidad que contenga igual cantidad de agua. Sin embargo, el equilibrio se alcanza en ambos casos para igual presión.

    El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del líquido.

    4- Presión de gas seco

    Los gases presentan presión sobre cualquier superficie con la que entren en contacto, ya que las moléculas gaseosas se hallan en constante movimiento. Los humanos nos hemos adaptado fisiológicamente tan bien a la presión del aire que nos rodea, que usualmente desconocemos su existencia, quizás como los peces son inconscientes de la presión del agua obre ellos. Pero mayormente se expresa la presión de un gas en relación con la presión que ejerce el aire (por su peso) sobre la superficie de la tierra que se denomina presión atmosférica, como sabemos el barómetro es el instrumento mas común para medirla.

    La unidad SI de presión es el pascal (Pa), que se define como un newton por metro cuadrado.

    Monografias.com

    5- Catalizador

    Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse, también acelera una reacción al involucrar una serie de pasos elementales con cinética más favorables que aquellas que existen en su ausencia, en muchos caos un catalizador aumenta la velocidad disminuyendo la energía de activación de una reacción.

    En definición:

    Velocidad con catalizador > Velocidad sin catalizador

    Tipos:

    a) Catálisis heterogénea: Es el tipo de catálisis mas importante de catálisis en la

    industria química.

    b) Catálisis homogénea: Es el tipo de catálisis en el cual los reactivos y el catalizador

    están dispersos en una sola fase, su características son

    • Los tipos más importantes son la catálisis básica y la ácida.

    • También puede llevarse a cabo en fase gaseosa.

    • Tiene ventaja sobre la catálisis heterogénea.

    • Pueden diseñarse para funcionar selectivamente para un tipo de reacción en particular y son más baratos que los metales preciosos.

    c) Catálisis enzimática: Es el mas complicado proceso, es homogénea porque el

    sustrato y la enzima están presentes en disolución acuosa.

    II) Decir en que se utiliza y definir

    • Clorato de potasio

    El clorato de potasio (KClO3), llamado también Trioxoclorato (V) de potasio, y clorato de potasa, con masa molecular de 122,55 , es un compuesto blanco cristalino, que se obtiene por la electrólisis de una disolución de cloruro de potasio. Es un agente oxidante poderoso y se utiliza en cerillas (cerillos), fuegos artificiales y explosivos, así como desinfectante y para obtener oxígeno.

    • Dióxido de Manganeso

    El dióxido de manganeso (MnO2), llamado también, oxido de manganeso (IV), peroxido de manganeso, con masa molecular de 86.9 se da en la naturaleza en forma de pirolusita, y puede obtenerse artificialmente calentando nitrato de manganeso. Se utiliza en pinturas y barnices, para pintar cristales y cerámica, en la obtención de cloro y yodo y como despolarizador en baterías de pilas secas

    III) Realizar un ejercicio donde involucre volumén molar y ley de conservación de masa

    El volumén de oxígeno recolectado de una sustancia a 24º C y una presión atmosférica de 762 mmHg es 128ml. Calcule la masa (en gramos) del oxígeno gaseoso obtenido. La presión d vapor de agua a 24º C es 22,4 mmHg.

    Sol:

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    IV) Llenar la siguiente tabla:

    Formula

    Nombre

    P.Atomico

    P.Molecular

    O2

    Oxígeno molecular

    16

    32

    H2

    Hidrógeno

    1

    2

    HCl

    Ácido clorhídrico

    H = 1 , Cl = 35,5

    36,5

    CO2

    Dióxido de carbono

    C = 12 , O = 16

    44

    NH3

    Amoniaco

    N = 14 , H = 1

    17

     

     

    Autor:

    Chumioque Quezada, Roberto Carlos

    mercenario02[arroba]gmail.com

    atlastone2[arroba]hotmail.com

    Universidad Tecnológica del Perú

    Fecha de realización: 15 de octubre 2005

    Lima - Perú



    Artículo original: Monografías.com

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