La presión atmosférica no fue incluida dentro de las variables de la tabla ya que obviamente esta siempre se mantuvo constante. Esta se pudo calcular mediante la obtención de la temperatura de ebullición del agua en el laboratorio (99 ºC). La presión atmosférica corresponde a 0,965 atm.
Como la presión no es directamente proporcional a su temperatura, se calculará la presión a los 99 ºC sacando un promedio de las presiones dadas a los 98 ºC y 100 ºC en la tabla de la “presión de vapor de agua a varias temperaturas”.
x = 707,4 + 760 mmHg x = 733,7 mmHg
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Como la presión en la ecuación de un gas ideal debe estar expresada en atm se convierten los 733,7 mmHg en atm.
1 atm → 760 mmHg x = 0,965 atm
x atm → 733,7 mmHg
Análisis de Datos:
Con los datos ya obtenidos, se utilizará la ecuación de un gas ideal para comparar el resultado obtenido experimentalmente con el obtenido a partir de la ecuación.
El primer paso a realizar es el cálculo de los moles presentes en el experimento a partir de la ecuación de la reacción:
Mg (s) + 2 HCl (ac) ←→ MgCl2 (ac) + H2 (g)
P.A 24,3 gr 72,9 gr 95,2 gr 2,0 gr
Moles 1 2 1 1
Con los distintos pesos atómicos ya obtenidos se puede empezar a calcular la cantidad de moles presentes en el experimento. Para esto se utiliza el siguiente cálculo:
Mg 1 mol de Mg x moles Mg x = 0,003 moles de Mg
24,3 gr 0,07 gr
Una vez que se tiene la cantidad de moles de Mg, el siguiente paso es calcular la cantidad de moles de HCl presentes. Para esto se necesita conocer la densidad de la disolución de HCl que corresponde a 1,0 gr/ml y luego el valor obtenido se utiliza para calcular los moles. Reemplazando los datos se obtiene lo siguiente:
D = m → 1,0 gr/ml x 20 ml = m m = 20,0gr
V
Por lo tanto se puede decir que:
x moles de HCl 2 moles de HCl x = 0,548 moles de HCl
20,0 gr 72,9 gr
Ahora lo único que falta por calcular aun es la cantidad de moles de Hidrogeno liberado después de la reacción. Pero para esto se necesita conocer primero cual es el reactivo limitante y el reactivo en exceso.
72,9 gr HCl x moles HCl x = 0,09 moles de HCl
24,3 gr Mg 0,03 moles Mg
El resultado obtenido anteriormente quiere decir, en otras palabras, que se necesitan 0,09 moles de HCl para hacer reaccionar los 0,03 moles de Mg que tengo en la reacción pero al tener 0,548 significa que me sobra HCl, por lo que este pasaría a ser el reactivo en exceso y el Mg sería el reactivo limitante.
Ya estando lista la cantidad de moles que hay antes de la reacción se puede pasar a calcular la cantidad de moles que se producen luego de esta, por lo que se puede pasar a calcular la cantidad de moles de Hidrogeno desprendidos luego de la reacción.
1 mol de Mg 0,003 moles de Mg x = 0,003 moles de H2
1 mol de H2 x moles de H2
Con esto ya tenemos todos los datos necesarios para poder reemplazar los datos en la ecuación del gas ideal, la cual servirá para poder obtener la cantidad de volumen de gas desprendido.
PV = nRT
V = nRT
P
P: Presión atmosférica. → 0.965 atm.
R: Constante de los gases. → 0,08206 L x atm / ºK x Mol
n: Cantidad de moles de H2. → 0,003 moles de H2
T: Temperatura en escala Kelvin. → 283,5 ºK (10,3 ºC)
V: Volumen de gas desprendido → “X” L
V = 0,003 (mol) x 0,08206 (L x atm/ºK x mol) x 283,5 ºK
0,965 (atm)
Simplificando todas las unidades la respuesta queda en litros:
V = 0,07232 L x 1000 = 72,32 ml
Comparando los resultados el volumen ideal fue de 72,32 ml y el volumen real fue un poco mayor, en promedio, 74 ml.
El resultado obtenido por medio de la ecuación del gas ideal nunca va a ser igual al volumen real ya que no se esta trabajando en condiciones ideales de presión y temperatura, por lo que la diferencia entre ambos resultados se puede considerar como normal.
Otro factor importante que hay que tomar en cuanta es el margen de error los instrumentos utilizados en el laboratorio, lo que puede haber alterado en un cierto grado los resultados obtenidos en los 4 experimentos.
Termómetro: 0,5 ºC
Balanza: 0,005 gr
Probeta: 0,5 ml
A partir de la reacción ocurrida en el experimento se puede analizar otro factor importante que no hay que dejar de lado, el cual corresponde al rendimiento de la reacción. Lo obtenido anteriormente mediante la ecuación de un gas ideal, corresponde al rendimiento teórico de la reacción, que corresponde a la cantidad máxima de producto que se puede formar cuando reacciona todo el reactivo limitante.
Por lo tanto existe un rendimiento real de la reacción que siempre va a ser mas bajo que el teórico. El rendimiento real se define como la cantidad de producto que se obtiene al final de una reacción química.
Para determinar el rendimiento de la reacción se utiliza la siguiente ecuación:
% de Rendimiento = Rendimiento Real x 100
Rendimiento Teórico
% de Rendimiento = 68,33 ml x 100
72,32 ml
% de Rendimiento = 94,48 %
Experimentalmente es imposible que se forme el 100 % debido a factores como formación de productos no deseados, condiciones no ideales, reacción incompleta del reactivo limitante, etc.
Bibliografía
- Chang, Raymond Chang y Williams Collage, Editorial Mc Graw Hill, 2002
