Introducción:
La ley de los gases ideales se puede utilizar para encontrar cualquier variable faltante cuando todas las demás están presentes. La ley del gas ideal se expresa en la ecuación, PV = nRT, donde P es la presión del gas en atmósferas, V es el volumen que ocupa el gas en litros, n es el número de moles de gas, R es la «constante del gas» a menudo se expresa como 0,0821 L atm/K mol, y T es la temperatura del gas medida en Kelvins. La ecuación proporciona una descripción general útil del comportamiento físico de los gases ideales.
El objetivo del experimento general era encontrar el peso molecular del aire utilizando la ley de los gases ideales. El objetivo de la primera parte era encontrar la masa aparente de una muestra de helio utilizando un globo Mylar. El experimento consistió en darle masa a un globo lleno de aire y a otro lleno de helio, y encontrar la diferencia en la masa aparente sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación, ∆m=-. Para sustituir un valor por norte, el grupo tuvo que completar la segunda parte del laboratorio. El objetivo de la segunda parte era encontrar la presión, el volumen y la temperatura del globo con un sensor Vernier, y luego encontrar n sustituyendo los valores en la ecuación manipulada de la ley de los gases ideales, n=PV/RT.
Experimental:
El procedimiento de laboratorio de Peso Molecular del Aire se obtuvo del sitio web del curso del estudiante.
Resultados:
Parte 1:
Tabla 1: Masas de globos llenos de aire y de helio
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Promedio de globo lleno de aire 2,88 g 2,88 g 2,88 g Globo lleno de mHe (Globo B) 1,99 g (Globo E) 1,72 g (Globo C) 1,64 g ∆m 0,890 g 1,16 g 1,24 g 1,10 g
Parte 2:
Tabla 2: P, V y T de la muestra de helio
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Presión 0,970 atm 0,970 atm 0,970 atm Volumen 0,940 L 1,39 L 1,50 L Temperatura 298 K 298 K 298 K
Tabla 3: Número calculado de moles de He
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Promedio n= 0,037 mol He 0,055 mol He 0,060 mol He 0,050 mol He
Cálculos de muestra:
calculo de moles
0,970 atm .940 LK * mol = 0,037 mol 0,082057 L * atm 298 K
∆m= globo lleno de aire – globo lleno de helio
2,88 gramos –1,99 gramos = 0,890 gramos
Discusión
Para determinar el peso molecular del aire, el experimento se realizó en dos partes: la primera para determinar la masa aparente de un globo Mylar vacío y de un globo Mylar lleno de helio para calcular el cambio de masa. Las masas se registraron en una tabla. Para calcular ∆m, los grupos utilizaron la diferencia de masa de los dos globos. No había nada inusual en el cambio de masa. El grupo esperaba ver un cambio en la masa entre el aire y el helio, a partir del conocimiento previo de que un globo lleno de helio es «más liviano» que uno lleno de aire, lo que hace que se eleve. En la segunda parte, el grupo de laboratorio utilizó un sensor Vernier y LoggerPro para determinar y registrar el volumen y la temperatura del aire, que era la misma que la del helio. Después de encontrar el ∆m de los dos globos, el peso molecular del helio y resolver los moles usando la ecuación de la ley de los gases ideales, los grupos pudieron resolver la incógnita: la masa molar del aire usando nuevamente la ecuación PV=nRT. .
Los componentes principales del aire son 78% N2 y aproximadamente 21% O2. El valor aceptado para el aire de 28,97 g/mol tiene sentido porque 0,78 moles es nitrógeno y 0,21 moles es oxígeno. El 21% de la masa molar de O2 es aproximadamente 6,7 gy el 78% de la masa molar de N2 es aproximadamente 21,8 g. Al sumar esos dos valores, se obtiene 28,5 g, que está muy cerca del valor aceptado del peso molecular del aire, 28,97 g. El valor obtenido del peso molecular del aire fue ligeramente menor, 26,0 g, que el valor aceptado de 28,97. Se cumplió el objetivo de determinar el peso molecular del aire en el laboratorio.
La ley de los gases ideales supone que las moléculas de gas involucradas son aquellas que no interactúan y tienen formas esféricas perfectas que simplemente rebotan entre sí.
Una posible fuente de error provino de la medición del volumen del globo lleno de aire. Era difícil sostener el globo lleno de aire de manera constante en el tanque lleno de agua y medir el volumen del globo sin que la mano del miembro del grupo lo afectara. Además, sostener el globo de manera inestable en el tanque de agua provocó olas y el agua se desbordó, lo que afectó el volumen, lo que a su vez afectó los valores sustituidos en la ecuación del gas ideal provocando un resultado torcido. Otra fuente de error fue la idea general de la ley de los gases ideales, que supone que las moléculas de una sustancia no interactúan con otras. Esta suposición es errónea, ya que las moléculas de aire experimentan constantemente fuerzas de dispersión. El error porcentual se calculó en los cálculos de la muestra y resultó ser sólo del 10,3%.
Conclusión:
En general, el objetivo experimental de determinar el peso molecular del aire fue un éxito. El enfoque del experimento fundamental se llevó a cabo calculando la diferencia de masa entre un globo lleno de aire y un globo lleno de helio. El siguiente paso fue encontrar la presión y la temperatura ambiente con un sensor Vernier, y el volumen del globo mediante el desplazamiento de agua. Esos cuatro valores se pusieron en la ecuación del gas ideal, n=PV/RT, para encontrar el número de moles de aire. El peso molecular del aire se calculó dividiendo la suma del cambio de masa y la masa molar del helio por los moles de aire encontrados, como se muestra en los cálculos de muestra. Se encontró que el peso molecular del aire era 26,0 g.