Determinación de una Propiedad de Transporte

Viscosidad de un Gas

(Obtención y aplicación del peso molecular para el cálculo de una propiedad de transporte)

 Por: Elena Viridiana Luna Gallegos

23 de septiembre de 2008

RESUMEN

En este proyecto experimental se calculó la viscosidad  del vapor del cloroformo, suponiendo un comportamiento ideal. Para este cálculo, primero se determinó experimentalmente el peso molecular del cloroformo, aplicando el método de Dumas. Se obtuvo como resultado 105.5 g/mol a una temperatura de 338 °K con una presión de 0.756 atm en un volumen de 0.030 L. Finalmente se determinó la viscosidad del vapor del cloroformo, obteniendo como resultado, 0.00001823 Kg./m seg. Por lo anterior la hipótesis  fue del todo satisfactoria.

ABSTRACT

It was determined experimentally the molecular weight of chloroform, the method of Dumas applying. The result obtained it was 105.5 g / mol. at 338 °K of temperature with a 0.756 atm pressure on a 0.030 L volume. Finally it was determined the gas viscosity, which resulted is, 0.00001823 kg/m seg.

INTRODUCCIÓN            

              La investigación de los pesos de las moléculas de los compuestos ha conducido a un conocimiento más profundo de la composición de la materia.

Dumas demostró que la masa molecular de ciertos compuestos orgánicos  es directamente proporcional a la densidad del vapor del compuesto y a partir de este principio, ideó un método para determinar las masas moleculares, especialmente de gases y líquidos con puntos de ebullición bajos.

La ecuación general del estado ideal, o como m´s comunmente se le conoce "Ecuación de los gases ideales" (PV=nRT) la cual sugiere la posibilidad de determinar los pesos moleculares de un gas haciendo mediciones del mismo a través de la presión, el volumen  y la temperatura, para obtener el peso molecular (PM), el cual se deduce de dicha ecuación del estado ideal.

Para el caso de los líquidos volátiles se recomienda utilizar el método de determinación en baño maría.[1]. El concepto fundamental de baño implica el calentamiento indirecto, por convección térmica del medio (agua del baño) y por conducción térmica de la sustancia; ese medio (baño) puede ser de aceite mineral, de agua pura o soluciones salinas de agua de concentraciones y solutos diferentes, etcétera, según la temperatura a la que se requiera llevar la sustancia.[2]

Cálculo de la viscosidad con el peso molecular experimental.

Si se eleva la temperatura del cloroformo en un recipiente hasta su punto de ebullición, éste desplazará a los otros gases contenidos en el recipiente y ocupando un volumen definido. Dicho volumen puede ser pesado, e introduciendo los datos del estado del vapor en la ecuación del estado ideal se puede determinar de manera experimental el peso molecular de este líquido volátil y la viscosidad del vapor del mismo.

El término general propiedades de transporte, incluye la difusividad de masa, la conductividad térmica y la viscosidad absoluta.[3] de gases, líquidos y sólidos.

La viscosidad es una propiedad de transporte muy importante de los líquidos. Entre mas alta sea la viscosidad mayor es la resistencia del fluido a fluir.  “La viscosidad es la resistencia de un liquido al fluir y se relaciona con las fuerzas intermoleculares de atracción el tamaño y forma de las partículas que lo constituyen” [4]. En otras palabras “la viscosidad es una medida de la resistencia que presenta un fluido cuando de aplica un esfuerzo cortante” [5]. Entonces la viscosidad es una medida de la resistencia que presenta un fluido al fluir cuando se aplica una cierta fuerza para que fluya, y esta resistencia se debe a la atracción entre las moléculas de la sustancia el tamaño y forma de las mismas.  

            El problema fue determinar el peso molecular del cloroformo para así calcular la viscosidad del vapor del mismo. Y por lo tanto nuestra hipótesis se plantea como el resultado del cálculo de la viscosidad teórica.

DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIAL, SUSTANCIAS y REACTIVOS:

DETERMINACIÓN DE LA PRESIÓN: CONSTRUCCIÓN DEL BARÓMETRO

METODOLOGÍA:

Medir con un flexómetro un tubo de vidrio de 80 cm., cortar con la lima, y con el mechero sellarlo de un extremo como se muestra en la (Fig. 1).            Llenar el tubo con mercurio utilizando una jeringa hasta que se observe el menisco del mercurio por encima del tubo.
	Fig. (1) Sellando el tubo
	Posteriormente colocar el tubo de ensaye sobre el tubo de vidrio e invertir rápidamente para evitar la entrada de burbujas de aire.           Finalmente; se coloca el tubo de vidrio en el soporte sujetándolo con las pinzas tal como se muestra en la (Fig. 2). y se realiza la lectura de la altura de la columna de mercurio
Fig. (2) Barómetro de Torricelli

DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN

METODOLOGÍA:

Para medir el volumen del matraz erlenmeyer,  llenar una bureta con agua sin dejar burbujas de aire y vertir el agua en dicho matraz, haciendo la lectura en la bureta del volumen de agua requerido para llenar el matráz, tal como se muestra en la (Fig. 3).
	Fig. (3) Midiendo el volumen del matraz

DETERMINACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN DEL LÍQUIDO VOLÁTIL

METODOLOGÍA:

Se vierten 600 mL. de agua en el vaso de precipitados colocado previamente en la parrilla de calentamiento. En el tubo de ensaye se vierten aproximadamente 3 mL de cloroformo, igualar el nivel de la misma con el nivel del agua sujetando dicho tubo con las pinzas según se aprecia en la (Fig. 4).
	Fig. (4) Medición del punto de ebullición

RESULTADOS EXPERIMENTALES

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El resultado obtenido por el procedimiento experimental fue muy cercano al teórico. Esto se debe a que la presión varía de acuerdo al lugar, el volumen fue un factor importante ya que su determinación puede ser un tanto errónea y la temperatura (el punto de ebullición) no sea la correcta.

                                                            PM = 118.0 g/mol (Valor  teórico) 

 Por lo tanto calculando con ambos resultados el valor de la viscosidad, tenemos:

Encontramos en ambos resultados una variación significativa.

CONCLUSIONES

           La hipótesis hecha de la masa molecular no fue del todo acertada y lo tanto en la viscosidad se presenta una variación entre los resultados teóricos y los resultados prácticos o experimentales.

           Se recomienda que al hacer las diferentes determinaciones de las variables del experimento se tenga  el mayor cuidado posible para evitar variaciones significativas.  

BIBLIOGRAFÍA

• Kennethw, Whitten. Química general. Editorial. Mc Graw-Hill

• Fontana Norbis, Química general universitaria teoría y problemas, fondo educativo interamericano

•  T.R. Dickson. Introducción a la química. Editorial publicaciones cultural

• Gesswer, G. Hawley. Diccionario de química y productos químicos. Ediciones Omega

• S. Foust, Alan, Principios de Operaciones Unitarias. 3^a Edición, Compañía Editorial Continental.