Práctica de laboratorio: Determinación de la Constante de los Gases Ideales

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE LOS GASES IDEALES

OBJETIVOS

General:

• Determinar experimentalmente el valor de la constante de los gases ideales (R) mediante la descomposición térmica del carbonato de calcio (CaCO₃).

Específicos:

1. Aplicar la ecuación de estado de los gases ideales en un experimento de laboratorio.
2. Medir experimentalmente la presión, volumen y temperatura de un gas producido en una reacción química.
3. Analizar la influencia de los errores experimentales en la determinación de la constante de los gases.
4. Comparar el valor experimental obtenido con el valor teórico de la constante de los gases ideales.

INTRODUCCIÓN

Los gases desempeñan un papel fundamental en la química y en diversas aplicaciones industriales. A pesar de sus diferencias en composición, los gases comparten propiedades físicas comunes que pueden describirse mediante leyes matemáticas.

La ecuación de estado de los gases ideales se expresa como:

Donde:

• P es la presión del gas (atm, Pa, mmHg),
• V es el volumen del gas (L),
• n es el número de moles del gas (mol),
• R es la constante universal de los gases (0.0821 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹),
• T es la temperatura absoluta en Kelvin (K).

En esta práctica, se generará gas dióxido de carbono (CO₂) a partir de la descomposición térmica del carbonato de calcio (CaCO₃):

El volumen, la presión y la temperatura del CO₂ serán medidos para determinar experimentalmente la constante de los gases ideales. Este procedimiento permite comprender la aplicabilidad de las ecuaciones de los gases y evaluar las fuentes de error en mediciones experimentales.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La ecuación de los gases ideales es una expresión matemática derivada de las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Cada una de estas leyes describe cómo varían la presión, volumen y temperatura de un gas:

• Ley de Boyle: A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión:

• Ley de Charles: A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta:

• Ley de Gay-Lussac: A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta:

• Ley de Avogadro: A temperatura y presión constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de sustancia:

A partir de estas relaciones, se obtiene la ecuación de estado de los gases ideales. La constante R se puede determinar experimentalmente midiendo la presión, volumen y temperatura del gas producido en la reacción química.

PARTE EXPERIMENTAL

MATERIALES Y REACTIVOS

• Balanza analítica
• Matraz Erlenmeyer de 250 mL con tapón
• Tubo de vidrio en forma de "L"
• Vaso de precipitados de 500 mL
• Probeta graduada de 100 mL
• Mechero Bunsen
• Termómetro (rango 0-100°C)
• Barómetro
• Carbonato de calcio (CaCO₃)
• Agua destilada
• Aceite de silicona

PROCEDIMIENTO

1. Preparación del sistema: Pesar aproximadamente 0.5 g de CaCO₃ en un matraz Erlenmeyer de 250 mL y sellar con un tapón provisto de un tubo de vidrio en "L".
2. Montaje del sistema de recolección de gas: Llenar con agua una probeta de 100 mL e invertirla dentro de un vaso de precipitados con agua.
3. Generación del gas: Calentar suavemente el CaCO₃ con un mechero Bunsen hasta que deje de desprenderse gas.
4. Medición de volumen: Registrar el volumen de gas desplazado en la probeta.
5. Medición de presión y temperatura: Determinar la presión atmosférica y la temperatura del gas en el laboratorio.
6. Cálculo de la constante R: Usando la ecuación de estado de los gases ideales, calcular el valor experimental de R.

CUESTIONARIO

1. ¿Qué leyes de los gases están involucradas en este experimento?
2. ¿Cómo afectan los errores experimentales a la determinación de la constante R?
3. ¿Por qué es importante conocer la presión atmosférica en este experimento?
4. ¿Cómo se podría mejorar la precisión de la medición de R?
5. ¿Qué factores pueden influir en la variación de los resultados obtenidos?

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Atkins, P., & de Paula, J. (2018). Fisicoquímica. Editorial Oxford.
2. Castellan, G. W. (2004). Fundamentos de Fisicoquímica. Pearson Educación.
3. Levine, I. (2014). Físicoquímica. McGraw-Hill.
4. Moore, W. J. (1998). Físicoquímica. Editorial Reverté.