Aplicación de la ley de Dalton

Objetivo

El alumno calculará el rendimiento de hidrogeno haciendo uso de la ecuación general del estado gaseoso y de la ecuación de la ley de Dalton.

Introducción

Dalton, John (1766-1844), químico y físico británico, trabajó con eficacia para conseguir la unión entre el concepto de elemento químico y las hipótesis atómicas antiguas, que servio para desarrollar la teoría atómica en la que se basa la ciencia física moderna.

Su contribución más importante a la ciencia fue su teoría de que la materia está compuesta por átomos de diferentes masas que se combinan en proporciones sencillas para formar compuestos. Esta teoría, que Dalton formuló por primera vez en 1803, es la piedra angular de la ciencia física moderna.
Dalton trabajó sobre gran variedad de temas; pero el principal trabajo de Dalton surgió de su interés por la estructura física de los gases. Decía que, debido a su interés por la meteorología, se admiraba de cómo la atmósfera terrestre, siendo una mezcla de gases de densidades muy diferentes (principalmente nitrógeno, oxígeno y vapor de agua), presentaba, sin embargo, una homogeneidad tan grande. Encontró que las muestras de aire, tomadas a diversas alturas, tenían la misma proporción de estos componentes.
La ley de las presiones parciales establece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ello si él solo ocupase todo el volumen de la mezcla, sin cambiar la temperatura. Cuando Dalton formuló por primera vez su teoría atómica poco había elaborado la teoría acerca de la vaporización del agua y del comportamiento de las mezclas gaseosas. A partir de sus mediciones dedujo que dos gases son una mezcla y que actuaban de una manera mutuamente independiente.
Por ejemplo si se colocan tres gases distintos en un recipiente de determinado volumen (V), se puede considerar que cada uno de estos gases ocupara todo el volumen del recipiente, es decir, conformara el volumen del recipiente y tendrán la misma temperatura.
El magnesio es uno de los metales alcalinotérreos, y pertenece al grupo 2 (o IIA). Reacciona con los ácidos, y cuando se calienta a unos 800 ºC reacciona también con el oxígeno y emite una luz blanca radiante. El magnesio tiene un punto de fusión de unos 649 ºC, un punto de ebullición de unos 1.107 ºC y una densidad de 1,74 g/cm3; su masa atómica es 24,305.

Materiales y reactivos

Materiales
1 Bureta de 25 ml
1 Soporte universal
1 pinza mariposa
1 Tapón de hule monohoradado
2 Pipetas de 5ml
1Termometro de 110 ºC
1 Pizeta

Reactivos
Cinta de magnesio de 05 cm.
HCl 6M
Alambre de cobre aislado

Procedimiento

1) Pese exactamente la cinta de Mg (0.5 cm.). Envuelva la cinta de Mg con el alambre de cobre aislado. Formando una jaula que no permita el escape de pequeños trozos de Mg cuando la reacción se este efectuando. 2) Determine el volumen muerto de la bureta (volumen entre la marca de 25 y la llave).
3) Con la bureta inclinada, vierta 5 ml de HCl 6M.
4) Mantenga la bureta inclinada y con cuidado vierta agua destilada hasta el raz; procure no perturbar al ácido y elimine cualquier burbuja que pueda llegar a formarse.
5) Tome el hilo de hierro por el extremo libre y colóquelo dentro de la bureta permita que una porción del alambre quede fuera. Tape la bureta con el tapón de hule, asegúrese que este completamente llena.
6) Tape con el dedo el orificio del tapón e invierta la bureta entro de un recipiente con agua; manténgala así ayudándose con el soporte y las pinza de tres dedos.
7) Cuando la reacción termine, espere 5 minutos a que la bureta adquiera temperatura ambiente. Elimine cualquier burbuja que se forme en las paredes.
8) Registre la temperatura del agua, la temperatura ambiente y la presión atmosférica.
9) Calcule el número de moles de gas producidos experimentalmente con la ecuación general del estado gaseoso. P será igual a la presión parcial de hidrogeno generado en la bureta. Para poder obtener la presión parcial de hidrogeno considere que la presión total en la bureta es debida a vapor de agua e hidrogeno y su valor igual a la de la presión atmosférica.
10) Calcule el % de rendimiento: % rendimiento = (nexperimentales / n teóricas) x 100

Observaciones

Al invertir la bureta el Mg reacciono con el ácido y libero burbujas, muy efervescentes, al momento del contacto. Una reacción visiblemente rápida de larga duración (15 minutos aproximadamente) se observo una turbidez blanca momentánea, por la efervescencia. El Mg desplazo al hidrogeno para formar hidrogeno gaseoso. Por lo que Se llevo a cabo una reacción de oxido reducción, en la cual hubo un desplazamiento.
El Mg se consumió en presencia del HCl, pero no reacciono con el agua
El magnesio es uno de los metales alcalinotérreos, y pertenece al grupo 2 (o IIA). Reacciona con los ácidos, y cuando se calienta a unos 800 ºC reacciona también con el oxígeno y emite una luz blanca radiante. El magnesio tiene un punto de fusión de unos 649 ºC, un punto de ebullición de unos 1.107 ºC y una densidad de 1,74 g/cm3; su masa atómica es 24,30.

Diagrama de flujo

Cuestionario

1. Escriba la ecuación balanceada de la reacción efectuada en este experimento.
Mg(s) +2HCl (ac) produce MgCl2 (ac) + H2 (g)

2. Defina los términos fracción molar y presión parcial.

La fracción molar es una cantidad a dimensional que expresa la relación del número de moles de un componente con el número de moles de todos los elementos presentes.
La presión total del gas se relaciona con las presiones parciales es decir, las presiones de los componentes individuales de la mezcla, se le conoce como presión parcial

3. Enuncie la ley de Dalton.
La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones de cada gas ejercería si estuviera solo.

4. ¿Qué pasaría si un buzo subiera rápidamente a la superficie sin respirar? Explique ampliamente su respuesta.
Si el asenso empezará 20 pies bajo el agua, el decremento total de la presión debido a este cambio de profundidad seria (20 pies/33pies) x 1atm o 0.6 atm. Cuando el buzo llegara a la superficie, el volumen de aire atrapado en los pulmones habría aumentado por un factor de (1 + 1.6) atm / 1 atm, o 1.6 veces.
Esta expansión de aire repentina puede romper fatalmente las membranas de los pulmones. Otra posibilidad riesgosa es que desarrollaría una embolia por aire. Cuando el aire se expande en los pulmones es expulsado hacia unos vasos sanguíneos denominados capilares. Las burbujas de aire en estos vasos pueden impedir el flujo sanguíneo normal al cerebro. Como consecuencia el buzo podría perder la conciencia antes de llegar a la superficie.

Conclusiones

Debido a que el H2 es más liviano que el agua, este se eleva a la parte superior de la probeta haciendo presión sobre el agua y vapor de agua , desplazándola hacia el exterior.
Por medio de esta practica pudimos calcular el rendimiento de hidrogeno haciendo uso de la ecuación general del estado gaseoso y de la ecuación de la ley de Dalton.
Obtuvimos un rendimiento del 85% en la obtención de H2. Con la ecuación de los gases ideales y despejando el número de moles obtuvimos los moles experimentales.
Con la ecuación de la ley de Dalton obtuvimos la presión parcial del H2. Para sustituirla en la ecuación general del estado gaseoso para despejando los moles obtener los moles experimentales.
Los moles teóricos lo obtuvimos de la ecuación por relación estequiometrica. Para después obtener el rendimiento para H2. Consideramos que un 85.89% de rendimiento fue bueno.

Bibliografía

Castellan, Gilbert William. Fisicoquímica. 2a ed: México: Editorial Addison-Wesley Iberoamericana, 1987

Chang, Raymond. Química. 6a ed: México Editorial Mc Graw Hill 2002

Gerald Holton y Stephen G. Brush, 1988. Sumario: Emilio Viciana “Introducción a los Conceptos y Teorías de las Ciencias Físicas” on line (http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/Daltonholton.html)

Ralph A. Burns. Fundamentos de la química. 4a ed: México: editorial pearson educación, 2003.