El Volumen Molar de un Gas

Unidad de volumen molar de gas

Como hemos explorado anteriormente en el artículo, sabemos que a temperatura y presión estándar el volumen molar de gas es de unos 24,5 ^dm3. Sin embargo, es clave recordar que a temperaturas no estándar esta cifra puede ser diferente dependiendo del gas.

En nuestro último ejemplo, pudiste ver que el volumen molar tiene una unidad y es ^dm3 dividido por moles, Es bastante intuitivo si tienes en cuenta cómo encontramos este número, midiendo cuánto volumen ocupa 1 mol de gas. Como es lógico, en el siguiente apartado verás que, simplemente siguiendo la ley de los gases ideales, vuelves a los mismos resultados para la unidad.

Ejemplos de volumen molar de gas

Ahora que hemos estudiado cómo calcular el volumen molar de un gas a temperatura y presión ambiente, que son las condiciones estándar, y qué ecuación utilizar para todas las demás condiciones, ¡vamos a trabajar juntos en un par de ejemplos!

Como segundo ejemplo, echemos un vistazo a un gas mucho más amigable para el ser humano, el oxígeno:

Como hemos mencionado anteriormente, la mayoría de los gases se comportan de forma muy parecida a los gases ideales y podemos utilizar estos cálculos para conocer su volumen, presión o número de moles que contienen. Sin embargo, no todos los gases son como los gases ideales y, a veces, "se comportan más o menos como los gases ideales" no basta. Si realmente quieres saberlo (como con casi todo), ¡tienes que medirlo! Así que ¡a medir!

Medición del volumen molar de los gases

Hasta ahora hemos repasado las dos ecuaciones que podemos utilizar para calcular el volumen molar de los gases, pero ¿cómo podemos medir el volumen molar de los gases? Esto es lo que vamos a explorar ahora, y no te preocupes, no es demasiado difícil.

Para este experimento utilizaremos la reacción entre el ácido etanoico, también conocido como ácido acético, y el carbonato cálcico. La ecuación completa de esta reacción es

\[ CaCO_3(s) + 2CH_3COOH(s) \rightarrow CO_2(g) + H_2O(l) + Ca(CH_3COO)_2(aq)\].

¿Ves esos pequeños subíndices? Te indicarán en qué estado se encuentra el reactivo o el producto. Los componentes sólidos se representan con (s), mientras que los gases se representan con una (g). Del mismo modo, (l) significa que es un líquido y (aq) indica acuoso, que sólo significa disuelto en agua. Puedes ver que estamos formando gas en esta reacción y, controlando la cantidad de _CaCO3 que utilizamos en la reacción, podemos controlar la cantidad de gas que producimos. Sin embargo, producir gas en cantidades conocidas no es nuestro objetivo, queremos medir el volumen una vez producido el gas. Para ello necesitaremos un equipo especial, que veremos a continuación.

Equipo

Necesitamos bastantes cosas, pero ten por seguro que tu técnico o profesor se asegurará de que lo tienes todo y de que es seguro. El montaje es el siguiente

Como puedes ver en la imagen anterior, necesitarás muchas cosas para construir este montaje. Concretamente necesitarás lo siguiente para medir el volumen de un gas:

• Soporte y pinza
• Tubo de ebullición
• Baño de agua para recoger el gas
• Tapón provisto de un tubo de salida para encajar en el tubo de ebullición
• Tubo de ensayo
• Tubo de ebullición
• Balanza
• Probeta de 100 ^cm3
• Probeta de 50 ^cm3
• 1 mol ^dm-3 de ácido etanoico
• Carbonato cálcico en polvo

Ahora que ya tienes todo esto, ¡vamos a medir!

Método

Esto es lo que tienes que hacer para medir el volumen:

1. Mide ³⁰cm3 de ácido etanoico con una probeta de ⁵⁰ cm3 y añádelo a un tubo de ensayo.
2. Ahora prepara el equipo tal y como se presenta en el diagrama anterior y asegúrate de que el tapón pueda encajar en el tubo de ebullición para garantizar que no se escape ningún gas.
3. Mide ahora 0,05 g de carbonato cálcico con la balanza, añádelo al tubo de ensayo y pésalo (anota esta medida).
4. Retira el tapón del tubo de ebullición, añade rápidamente el carbonato cálcico y vuelve a colocar el tapón.
5. Ahora verás que las burbujas se desplazan hacia la probeta de 100 ^cm3; cuando se detengan, la reacción se habrá completado.
6. Observando la probeta de 100 ^cm3, podemos ver cuánto gas se ha producido, anótalo también.
7. Por último, vuelve a pesar la probeta que contenía el carbonato cálcico.
8. Ahora, repite el experimento 5 veces, aumentando la masa de carbonato cálcico en 0,05 g cada vez. Asegúrate de no utilizar más de 0,4 g en una sola vez.
9. Una vez obtenidas todas las cifras, podemos analizar nuestros resultados.

Empieza a ser complicado y laborioso, ¿verdad? ¿Recuerdas lo fácil que era utilizar la ecuación? Ésa es la razón por la que la mayoría de la gente utiliza gases ideales, ¡son muy prácticos! Pero aún no hemos terminado, ¡tenemos que analizar los datos que acabas de recoger!

Análisis

Ya hemos terminado el experimento y tenemos algunas cifras con las que trabajar. En primer lugar, vamos a representar nuestros resultados en el gráfico, con la masa de carbonato cálcico en el eje de abscisas y el volumen de gas recogido en el eje de ordenadas. A partir de aquí, podemos explorar los diferentes volúmenes de gas con diferentes masas de carbonato cálcico.

Resultados de la medición- Study Smarter Originals-

Puedes ver que se aproxima mucho a una línea recta, lo cual es estupendo ya que nuestra ecuación de la ley de los gases ideales predecía que sería una línea recta. La pendiente de esta recta te indicará el volumen de gas en ^dm3 producido a partir de un gramo de carbonato cálcico. Si ahora multiplicas esta pendiente por la masa molar del carbonato cálcico, obtendrás el volumen molar del gas producido en esta reacción (CO2).

Espero que ahora estés seguro de tu capacidad para medir el volumen molar del gas, pero si no tienes el equipo en casa, ¡al menos puedes estimarlo con una ecuación práctica!