PROPIEDADES COLIGATIVAS José R. Rodríguez O.; Miguel A. Castañeda G.; María Del C. Sandoval R.; Luis A. Utria R.; rni S. Ra!os; "evin Gil; Daniel A. #eleño M. Universidad del Atl$nti%o !ar&sandovalrodriguez'(ot!ail.%o!. Palabras clave: Temperatura, volumen, soluto, solvente, solución, presión de vapor, constante ebulloscópica.
Resumen: n el )resente in*or!e se tiene %o!o o+,etivo e-)oner los resultados de una e-)eri!enta%in desarrollada en el la+oratorio de la Universidad del Atl$nti%o en la /ue se deter!in la te!)eratura de e+ulli%in del agua & luego la de una solu%in de etilengli%ol )ara luego así (allar el au!ento en el )unto de e+ulli%in una de las )ro)iedades %oligativas de las solu%iones & %on ello se deter!in el )eso !ole%ular del soluto.
Abstract: 0(is re)ort ai!s to )resent t(e results o* an e-)eri!ent develo)ed in t(e la+orator& o* Atl$nti%o Universit& 1(i%( deter!ined t(e te!)erature o* +oiling 1ater and t(en a solution o* et(&lene gl&%ol and t(en *ound t(e in%rease in +oiling )oint o* t(e %olligative )ro)erties o* solutions and t(ere+& deter!ined t(e !ole%ular 1eig(t o* t(e solute.
INTRODUCCIÓN Mu%(as de las propieaes e !as iso!uciones "eraeras se dedu%en del )e/ueño ta!año de las las )art )artí% í%ul ulas as dis) dis)er ersa sas. s. Algun lgunas as de esta estas s )ro)ie )ro)iedad dades es son *un%i *un%in n de la natura!e#a natura!e#a e! 2%olor33 sa+or sa+or33 densid densidad3 ad3 vis%os vis%osid idad3 ad3 so!uto 2%olor %ondu%tividad elé%tri%a3 et%.4. Otra Otras s )ro)i )ro)ied edad ades es de)e de)end nden en e! iso!"ente iso!"ente3 aun/ue aun/ue )ueden )ueden ser !odi* !odi*i%a i%adas das )or el soluto soluto 2ten 2tensi sin n su)e su)er* r*i% i%ia ial3 l3 índi índi%e %e de re*r re*ra% a%%i %in n33 vis%osidad3 et%.4. Sin Sin e!+a e!+arg rgo3 o3 (a& (a& otra otras s )ro) )ro)ie ieda dade des s !$s !$s universales /ue s$!o epenen e !a concentraci$n e! so!uto & no de la naturaleza de sus sus !olé !olé%u %ula las. s. sta stas s son son las las lla! lla!ad adas as propieaes co!i%ati"as. Las )ro)iedades %oligativas no guardan ninguna rela rela%i %in n %on %on el ta!a ta!año ño ni %on %on %ual %ual/u /uie ierr otra otra )ro)iedad de los solutos. Son *un%in slo del n5!ero de )artí%ulas & son resultado del !is!o *en!eno6 e! e&ecto e !as part'cu!as e so!uto
sobre !a presi$n e "apor e! iso!"ente(
Las %uatro )ro)iedades %oligativas son6 •
des%en des% enso so de la )r )res esi in n de va va)o )orr de dell disolvente
•
eleva%in e+ullos%)i%a
•
des%enso %rios%)i%o
•
)resin os!ti%a
n este este %aso %aso solo solo o+se o+serv rvar are! e!os os de %er% %er%a a la eleva%in e+ullos%)i%a /ue en otras )ala+ras no es !$s /ue el au!ento en el )unto de e+ulli%in e+ulli%in el %ual est$ de*inido %o!o la te!)eratura a la %ual la )resin de va)or del lí/uido iguala a la )resin at!os*éri%a. Cual/u Cual/uier ier dis!in dis!inu%i u%in n en la )resi )resin n de va)or va)or 2%o!o al añadir un soluto no vol$til4 )rodu%ir$ un au!ento en la te!)eratura de e+ulli%in.
La !agni !agnittud del del as% as%ens enso e+ul e+ullos% los%) )ii%o 2
0e43
se o+ti o+tien ene e al %al% %al%ul ular ar la di*er di*eren% en%ia ia entr entre e la te!)eratura de e+ulli%in de la disolu%in & del disolvente )uro6 0e ) TeS!n * TeSte La eleva%in de la te!)eratura de e+ulli%in es )ro)or%ional a la *ra%%in !olar del soluto. ste au!e au!ent nto o en la la te!) te!)er erat atur ura a de e+u e+ull lli% i%i in n 2
0e4
es )ro)o )ro)or%i r%iona onall a la %on%en %on%entra tra%i %in n !olal !olal del soluto6 0e 7 "e ! La 2+e4 es consta constante nte ebu!!o ebu!!osc$ sc$pic picaa %ara%terísti%a de %ada disolvente 2no de)ende de la naturaleza del soluto4 & )ara el agua su valor es 839: 839: C
+e ) RT, - .///
0"
Donde T 7 0e!)eratura a+soluta de e+ulli%in R 7 Constante universal de los gases.
0" 7 Calor latente de e+ulli%in )or gra!o de
:@ Se !id !idi i ?88 ?88 !l de agua agua & se agre agrega garo ron n al +aln adi%ionando %ar+orundos. @ Se %ale %alent nt %on el !e%(er !e%(ero o lenta lenta!e !ent nte e& se deter!in el )unto de e+ulli%in del agua. B@ Se des!o des!ont nt el el e/ui)o e/ui)o & se se de, de, en*riar en*riar.. 9@ Se adi%i adi%ion onar aron on nueva nueva!e !ent nte e ?88 ?88 !l de agua agua )er )ero est esta vez %on %on ::. ::.9 !l de tilengl ngli%ol al +al aln. Se %alent ent nueva!ente el +aln & se anot la nueva te!)eratu te!)eratura ra de e+ulli%in e+ulli%in33 %uando %uando esta )er!ane%i invaria+le. @ Se desa desar! r! el e/ui) e/ui)o o & se de, de, en*r en*riar iar..
RESULTADOS Los re Los resu sult ltad ados os o+ o+te teni nido dos s en la )r )r$% $%ti ti%a %a de la+oratorio es de%ir los )untos de e+ulli%in del solvente )uro & el de la solu%in se )resentan en la siguiente ta+la6
sustan%ia.
Punt Pu nto o e eb ebu! u!!i !ici ci$n $n
Con est Con esta a )r$ )r$%ti %ti%a %a se log logr r deter d eter!inar !inar el )eso !ole%ular de un soluto no vol$til (a%iendo uso de una una de las las )ro) )ro)ie ieda dade des s %oli %oliga gati tiva vas s de las las solu%iones >Elevación del punto de ebullición” (
So!"ente puro 2:O4 So!uci$n e C,034O05,
E1PERI2ENTACIÓN
CALCULOS(
?@ Se !ont !ont el e/ui) e/ui)o o %o!o %o!o lo !uest !uestra ra la siguiente i!agen6
"o!u "o !ume men n
?8839C
?88 !l
?8:39C
?::39 !l
en :O
.6 Determ Determin ine e !a mo!a! mo!a!ia ia e !a so!u so!uci$ ci$n( n( 0e ) TeS!n * TeSte 0e ) ?8:39C * ?8839C 0e ) :C
P2)9;, %
0e 7 "e !
!7
76 Comparar e! "a!or obtenio e
e error(
0e "e
!7
:C 839:C.! 2)ara el agua est$ sie!)re ser$ su %onstante e+ullos%)i%a4
teri%o 7 93: g e-)eri!ental7 :38 g
m) 7(8 m
Kerror7 teri%o e-)eri!entall H ?88K teri%o
,6 Ca!cu! Ca!cu!e e e! peso peso mo!ec mo!ecu!a u!arr e! so!uto so!uto a parti artirr e !os at atos e! e! punt punto o e ebu!!ici$n( 0e 7 "e ! 0e 7 "e - !oles Sto. "g Ste. Esto.
0e 7 "e -
=M
"g Ste. Des)e,ando =M nos /ueda /ue =M 7 "e - ESto. 0e . "g Ste.
Kerror7 :38g@93:g H?88K :38g Kerror7
3? :38g
H ?88K
Kerror7 83898B - ?88K Kerror7 938B K Se )uede )uede %on%lu %on%luir ir /ue (u+o un result resultado ado del NB3NK satis*a%torio.
36 Demue emuest strre ?ue ?ue Donde
K b
∇ T b= K b X m
es la %onstante e+ullos%)i%a &
m es la !olalidad 2
0ene!os /ue "e )ara el agua es 8.9:C
k B=
R∗T 1000 H v
0e 7 :C Donde3 "g Ste. 7 ?88!l de agua )ero %o!o su densidad es de ?g
07 0e!)eratura 0e!)eratura a+soluta de e+ulli%in3 2"4 R7 %ons %onsta tant nte e univ univer ersa sall de los los gase gases s en %alorías3 2%al<"!ol4
H v =¿
Calor Calor laten latente te de e+ulli e+ulli%i %in n en
gra!os de sustan%ia3 2%al<"g"4 nton%es3
cal ∗ K K ∗mol k B= cal kg∗ K Can%elando las %alorías3 los grados Felvin & a)li%ando la le& de los e-tre!os nos /ueda6
k B=
P
kg∗ K mol
m=
Mol soluto Kg solvente
0ene!os /ue )or unidades ∇ T b= K b∗m
∇ T b=
K ∗ Kg Mol = K Mol Kg
DISCUSIONES Cuando se tra+a,a %on solu%iones a%uosas %on sus distintas %on%entra%iones & %ara%terísti%as3 se )ued )uede e a)re a)re%i %iar ar %o!o %o!o la natu natura rale leza za de los los solven solventes tes en los %uales %uales se est$ est$ tra+a, tra+a,and ando o la solu solu%i %in n se ven ven alte altera rada das s ante ante la adi%i adi%in n de algu alguna na sust ustan%i an%ia. a. A esto estos s %a!+i a!+ios os en el %o!)orta!iento de las Solu%iones se les %ono%e %o!o =ro)iedades de las solu%iones3 & de)enden de distintos *a%tores %o!o lo son las %ara%terísti%as )ro)ias tanto del soluto %o!o del solven solvente3 te3 & de la %on%en %on%entra tra%i %in n o %antid %antidad ad de soluto %on el %ual se tra+a,e en la solu%in3 a este ti)o de )ro)iedades se le deno!inan %oligativas3 )uesto /ue %o!o tal de)enden de la %antidad de soluto /ue sea agregado al solvente. A(ora3 las )ro)iedades %oligativas son %uatro3 n )ri!er )ri!er lugar lugar33 en%ont en%ontra! ra!os os el des%en des%enso so de la )resin de va)or3 )ro)iedad /ue in*lu&e !u%(o en la segund segunda a )ro)ie )ro)iedad dad /ue es l au!ent au!ento o del )unto )unto de e+ulli e+ulli%i %in3 n3 ta!+ié ta!+ién n se en%uen en%uentra tra el des% des%en enso so del del )unt )unto o de %onge %ongela la%i %in n o )unt )unto o %rios%)i%o & )or 5lti!o la altera%in de la )resin os!ti os!ti%a. %a. n el desarr desarroll ollo o de esta esta )r$%ti )r$%ti%a %a de la+o la+ora rato tori rio3 o3 se (a tra+ tra+a, a,ad ado o la )ro) )ro)ie ieda dad d rela%ionada %on el au!ento de la te!)eratura de e+ulli%in. Al desarrollar deter!inar e-)eri!ental!ente el valor de la !asa !ole%ular del soluto etilengli%ol3 la res)uesta arro,ada ) or los %al%los
desa desarr rrol olla lado dos s )or )or el gru) gru)o o de la+o la+ora rato tori rio o arro,a arro,aron ron una !asa !asa !ole%ul !ole%ular ar de 9.:g3 9.:g3 /ue %o!)ar %o!)arado ado %on la !asa !asa !ole%u !ole%ular lar teri% teri%a a del %o!)ue %o!)uesto sto33 )resen )resenta ta una varia% varia%in in de .?g3 .?g3 )uesto /ue el )eso teori%o del etilengli%ol es de :.8g3 a)re%ia!os un !argen de error de 938B K el %ual es %ausado )or diversos *a%tores *a%tores a los %uales %uales se en%uen en%uentra tran n e-)ues e-)uestas tas este este ti)o ti)o de e-)erien%ias de la+oratorio3 %o!o lo son errores en la %ali+ra%in de instru!entos de la+oratorio algo %o!5n en las +alanzas granatarias utilizadas en los la+oratorios de la universidad3 ta!+ién lo son instru!entos %o!o el ter!!etro i!)le!entado )ara deter!inar la te!)eratura a la %ual se esta+a desarrollando el %alenta!iento de la solu%in3 el %ual tenía un !argen de error de Q 8.9C 8.9C.. Sin Sin e!+arg e!+argo o se tra+a, tra+a,aro aron n %on valore valores s !u& a)ro-i!ado a)ro-i!ados3 s3 lo /ue arro,o arro,o )or%enta, )or%enta,e e de satis*a%%in del NB3NK. 0a!+ién es %orre%to el a*ir!a a*ir!arr /ue se utili utiliz z un !étodo !étodo )ara )ara inten intentar tar real realiz izar ar una una !$s !$s e-a% e-a%ta ta e-)e e-)eri ri!e !ent nta% a%i in n al agr agregar egar al %ale %alent nta a!ien !iento to de la sol solu%i u%in Car+or Car+orund undos3 os3 /ue no son !$s /ue )e/ueñ )e/ueños os %ristales de vidrio /ue se agregan al +aln de %alenta!i %alenta!iento ento )ara evitar evitar rea%%iones rea%%iones violentas violentas )rodu%to del +ur+u,eo del solvente )uro 2Agua4 & de la solu%in %on tilengli%ol. s ne%esario dar a %ono%er /ue a la (ora de deter! deter!ina inarr no solo solo !asas !asas !ole%u !ole%ular lares es de un soluto a )artir de una solu%in sino otros ti)os de a)li%a a)li%a%io %iones nes de la )ro)ia )ro)ia /uí!i% /uí!i%a a analít analíti%a i%a es !$s e-a%to e-a%to tra+a, tra+a,ar ar %on otra otra )ro)ie )ro)iedad dad de las solu solu%i %ion ones es33 es la dis! dis!in inu% u%i in n del del )unt )unto o de %ongela%in. La razn )or la %ual se a*ir!a esto se en%uen en%uentra tra en las ental)ia ental)ias s de usin usin & de va)oriza%in de %ada sustan%ia3 )uesto /ue )ara un !is! !is!o o solv solven ente te se tien tiene e una una %ont %ontan ante te %rios%)i% %rios%)i%a a !a&or /ue la +ullos% +ullos%)i%a. )i%a. sto se de+e a /ue la ental)ia o energía re/uerida )ara va)orizar una %antidad de una sustan%ia3 sie!)re ser$ !a&or a la re/uerida )ara *usionarla. A(ora %uan %uando do se dete deterr!ina !inan n los valor alores es de las %onstantes )ara %ada sustan%ia estas se u+i%an en el deno!inador )or ende se o+tienen valores de %onstantes !enores )ara ental)ias !a&ores. s así enton%es %o!o una !agnitud !a&or )or )arte del des%enso %rios%)i%o lo (a%e la !e,or o)%i o)%in n a la (ora (ora de (al (allar deter eter!i !ina nant ntes es analíti%os de una Solu%in.
Las )ro)i )ro)ieda edades des %oliga %oligativ tivas as de las solu%i solu%ione ones s tienen un sin*ín de utilidades )r$%ti%as tanto en la %otidianidad %o!o a nivel industrial & %ientí*i%o. n el %a!)o de la /uí!i%a son estas las /ue a&ud a&udan an a dete deter! r!in inar ar el valo valorr de las las !asa !asas s !ole%ulares de sustan%ias3 una de los !étodos e!)leados es la es)e%tro!etría de !asas3 /ue %ons %onsis iste te en dete deter! r!in inar ar a )art )artir ir del del es)e% es)e%tr tro o ele%tro!agnéti%o de )artí%ulas va)orizadas de un %o!)ues %o!)uesto3 to3 la %o!)os %o!)osi%i i%in n /uí!i% /uí!i%a a de este3 este3 )ues )uesto to /ue /ue %ada %ada ele! ele!en ento to de,a de,a un es)e es)e%t %tro ro visi+le total!ente distinto los unos de los otros. sta sta es)e es)e%t %tro ro!e !etr tría ía es !éto !étodo do !u& !u& e-a% e-a%to to aun/ue igual de %ostoso de+ido a los re/ueri!ientos te%nolgi%os /ue se de+en tener )ara )ara su e,e% e,e%u% u%i in. n. 0a!+ié !+ién n se util utiliz izan an las las )ro)iedades )ro)iedades %oligativas %oligativas de las sustan%ias sustan%ias )ara realizar %$l%ulos no tan )re%isos )ero sí +astante a%ertados en %uanto la deter!ina%in de este ti)o de !asas3 !asas3 la )resin )resin os!ti%a os!ti%a arro,a los valores valores !$s !$s e-a% e-a%to tos s )ara )ara este este )ro% )ro%ed edi! i!ie ient nto. o. La varia%in de los )untos de e+ulli%in & de *usin de las solu%iones es !u& a)li%ada al %a!)o de la re*r re*rig iger era% a%i in n en %uan %uanto to a !oto !otore res s & de!$ de!$s s siste!as /ue re/uieren un en*ria!iento %onstante a %ausa de las altas te!)eraturas %on las /ue tra+a,an. =or e,e!)lo )ara regiones en las %uales las te!)eraturas )or de+a,o de los 8C e l siste!a de re*rigera%in a +ase de agua no es su*i%iente3 es ne%esario agregar una sustan%ia al agua )ara +a,ar a5n !$s su )unto de *usin3 & un +uen ele!ento es el soluto /ue *ue e!)leado en esta )r$%ti%a de la+oratorio3 el etilen@gli%ol3 /ue es un !u& utiliz utilizado ado anti%o anti%onge ngelan lante. te. An$lo An$loga! ga!ent ente e %uand uando o la !a/ui a/uina na re/ui e/uier ere e sist siste e!as !as de en*ria!iento /ue su)eren los ?88C se sigue el !is!o )ro%edi!iento3 +us%ando /ue la )resin de va)or de la solu%in dis!inu&a3 & %on ella3 au!ente el )unto de e+ulli%in. 0a!+ién el uso de sales )ara dis!inuir el )unto de %ongel %ongela%i a%in n del agua3 en lugare lugares s donde donde la nieve & el (ielo generan a%%identes es !u& 5til )uesto /ue %on esto se redu%e %onsidera+l %onsidera+le!ent e!ente e las tasas de a%%idental a%%identalidad; idad; de igual *or!a la utiliza%in de las sales en la industria ali!enti%ia es !u& %o!5n a la (ora del al!a%ena!i al!a%ena!iento ento (i)otér!i (i)otér!i%o %o de los ali!entos ali!entos33 )uesto /ue las sales so+re los ali!entos generan una solu%in saturada alrededor de !i%roorganis!os & +a%terias /ue )roli*eran ,unto
a estos3 & de+ido a la !e!+rana se!i)er!ea+le %on %on la /ue /ue esto estos s %uen %uenta tan n 2%él 2%élul ulas as ani! ani!al ales es33 vegetales3 vegetales3 (ongos !i%ros%) !i%ros%)i%os3 i%os3 & organis!os organis!os )ro%ar )ro%arit iti%o i%os s & eu%ari eu%ariti ti%os %os44 la intera intera%%i %%in n os!ti%a (a%e /ue estos )ierdan agua & !ueran. olviendo a la )r$%ti%a de la+oratorio & a)li%ando las )ro)ie )ro)iedad dades es %oliga %oligati tivas vas de las solu%i solu%ione ones s )odría!os %on%luir /ue si se agregara una !a&or %antid %antidad ad de soluto soluto al solven solvente te lgi%a lgi%a!en !ente te su )unto de e+ulli%in au!entaría a5n !$s )or lo /ue el
0 es dire%t dire%ta!e a!ente nte )ro)or )ro)or%io %ional nal a la
%antidad de soluto3 es de%ir !a&or %antidad de solu soluto to gene genera rara ra un )unt )unto o de e+ul e+ulli li%i %in n !$s !$s elevado & )or ende el
0 au!entara.
Con esta )r$%ti%a se logr deter!inar el )eso !ole%ular del etilengli%ol (a%iendo uso de una de las )ro)i )ro)iedades edades %oli %oligati gativas vas de las solu%ion solu%iones es levac ción ión del del punto unto de ebul ebulli lic ción” ión” ; >Eleva %ono%i %ono%iend endo o otros otros datos datos %o!o %o!o la densid densidad ad del etilengli% etilengli%ol3 ol3 & de!$s %on%e)tos a)rendidos a)rendidos en %lase.
RE@ERENCIAS ILIOGRA@ICAS 4.5 =ro)iedades %oligativas (tt)6<<111.e(u.es<+io!ole%ulas
