PROPIEDADES COLIGATIVAS - DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN. Ángela Pazmiño (1645037), Juliana Urrutia (1645170), Jean Pablo Montes (1642624)
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[email protected] Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, A.A. 2536.
Fecha de Realización: 28 de febrero de 2017. Fecha de Entrega: 14 de marzo de 2 017.
RESUMEN En esta práctica se verificó experimentalmente una de las propiedades coligativas de las soluciones, el descenso del punto de congelación (descenso crioscópico) y se determinó la masa molar del soluto a partir de los datos recolectados. Palabras claves: electrolitos, no electrolitos, molalidad, molaridad, fracción molar.
ebullición, es una consecuencia directa del descenso de la presión de vapor de un disolvente por defecto el soluto. El punto de congelación de una disolución es la temperatura a la cual el disolvente tiene la misma presión de vapor en la fase liquida y en la sólida. Como la presión de vapor del disolvente disminuye en la disolución, su presión de vapor será igual a la del disolvente solido a una temperatura más baja. [1]
INTRODUCCIÓN Propiedades Coligativas Las propiedades que dependen de la cantidad de moléculas, y no de la naturaleza de las mismas, son llamadas propiedades coligativas. Estas propiedades incluyen el aumento de la temperatura de ebullición, la disminución del punto de congelación y la presión osmótica. Cada una de estas propiedades depende de la disminución de la tendencia a escapar de las moléculas del solvente, ocasionada por la adición de partículas de soluto.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Se montó el aparato expuesto en la figura 1 y se empezó pesando los 5 gramos de la muestra (alcohol esteárico) en una pesa con una precisión de ±0.1g para ser añadido al tubo de ensayo. En un vaso de precipitado se colocó agua caliente y se calentó aproximadamente hasta unos 90°C, en este se sumergió el tubo de ensayo para ir tomando lecturas de tiempo y temperatura cada 30 segundos, agitando el sistema. Se realizó el mismo procedimiento para la sustancia problema con la misma cantidad.
El descenso del punto de congelación en una disolución diluida, al igual que la disminución de la presión de vapor y la elevación del punto de ebullición, es directamente proporcional a la concentración molal de soluto. La relación puede expresarse como: = ⋅ Donde: ∆tc= tc disolución – tc disolvente
m= concentración molal de soluto. kc = una constante para un disolvente determinado. La constante k c, o constante crioscópica, es de ordinario mayor que la K e, y para el agua es 1.86°C. El descenso del punto de congelación, al igual que la elevación del punto de 1
Temperatura cada 30s (±1°C) 1 - Ti 70 2 71 3 67 4 64 5 60 6 57 7 54 8 51 9 49 10 48 11 46
En la gráfica 1 se muestra la temperatura como función del tiempo, utilizando los datos registrados en las tablas 1 y 2. Sobre las curvas se marcó el punto de congelación del solvente puro ( ) y el de la solución ( ), determinando así el descenso en el punto de congelación ( ), con la ecuación 1.
Figura 1. Montaje utilizado en la practica
=
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Ecuación 1. Determinación 1. Determinación del descenso en el punto de congelación
Los datos registrados en las tablas 1 y 2, muestran la temperatura tomada cada 30 segundos, en los dos procesos de determinación del punto de congelación.
46° Entonces, = 48° 46° = 2°
Tabla 1. Determinación del punto de congelación del alcohol esteárico puro, utilizando 5 g de muestra (± 0,1 g)
Grafica 1. Temperatura 1. Temperatura como función del tiempo. Donde la línea azul representa la sustancia pura (alcohol esteárico), y la línea naranja a la solución (alcohol esteárico + sustancia problema)
Temperatura cada 30s (±1°C) 1 - Ti 78 2 77 3 75 4 72 5 69 6 66 7 63 8 61 9 58 10 56 11 53 12 51 13 50 14 48
80 70 60 50
∆
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 Sustancia pura
Solución
Para determinar la molalidad de la solución problema, que fue de 0.28 m, se utilizó la ecuación 2.
Tabla 2. Determinación del punto de congelación de la solución, utilizando la sustancia anterior y 0,51 g de la sustancia desconocida (± 0,01 g)
=
2
Ecuación 2. Fórmula 2. Fórmula para determinar la molalidad. Donde es el descenso en el punto de congelación, y es la constante molal crioscópica.
= 7.27 7.27 ×10 ×10−
0.28 Entonces, = . °/ = 0.2
Como puede observarse en la gráfica 1, el punto de fusión de la solución formada por alcohol esteárico y la sustancia problema fue menor que el del alcohol esteárico puro. Para comprender que produjo este cambio, es necesario analizar qué efectos tuvo la adición del soluto (sustancia problema) al solvente (alcohol esteárico).
Para determinar el peso fórmula de la sustancia desconocida (naftaleno), que fue de 0.12846 Kg/mol, se utilizó la ecuación 3.
Desde el punto de vista de la entropía del sistema. La congelación de una sustancia implica la transición de un estado desordenado a un estado ordenado. Para que esto suceda, el sistema debe liberar energía y debido a que en una solución hay mayor desorden que en el solvente, es necesario que libere más energía para generar orden [2].
Ecuación 3. Fórmula 3. Fórmula para determinar el peso fórmula de una sustancia. Donde w es el peso del soluto, y n es el número de moles del solvente. ,
Entonces, =
.
= 0.1284 0.12846 6 / /
El descenso en el punto de fusión (según la ley de Raoult del descenso crioscópico) esta relacionado directamente con la fracción molar [3]. Sin embargo, por simplicidad a la hora de hacer los cálculos se utiliza en lugar de la fracción molar, la molalidad. Es importante resaltar que se utiliza la molalidad (m) y no la molaridad (M) ya que la molalidad es independiente de la temperatura, lo contrario ocurre con la molaridad debido a que normalmente el volumen de una solución aumenta cuando aumenta la temperatura [4]
Para el cálculo de las constantes y se utilizaron los siguientes datos del naftaleno (la sustancia problema), y las ecuaciones 4 y 5. -m - - -
= 0,1283 Kg / mol = 80,60 °C = 218,0 °C = 19,00 kJ / mol
-R
= 8,314 J / mol K =
Mediante el método crioscópico fue posible determinar que el peso molecular de la sustancia problema era 0.12846 Kg/mol, peso que corresponde al peso del naftaleno; un hidrocarburo aromático de apariencia cristalina o en hojuelas de color blanco con puntos de fusión y ebullición 80.27ºC y 218ºC respectivamente [5]. Una de las características del naftaleno es que se volatiliza fácilmente, una propiedad que comparte con todos los solutos utilizados en experimentos de descenso del punto de fusión. Por otra parte, para experimentos de elevación del punto de ebullición se deben usar solutos nos volátiles. En el caso del solvente para ambos experimentos debe ser volátil [2] .
∆
Ecuación 4. Fórmula 4. Fórmula para determinar la constante molal crioscópica,
Entonces,
0.008314 =
= 7.00 ∙
× 0.1283 ×124714 ∙ 19.00
=
∆
Al comparar los valores experimentales experimentales de la constante crioscópica y ebulloscópica del naftaleno con las de la literatura es posible observar que aunque el valor de la constante crioscópica fue bastante aproximado siendo el 7.00 ∙ 6.98 ∙ experimental 7.00 y el teórico 6.98 , el de la constante ebulloscópica no tuvo esa misma
Ecuación 5. Fórmula 5. Fórmula para determinar la constante molal ebulloscópica,
Entonces, 0.008314 =
× 0.1283 ×491,15 ∙ 72.00
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
°
=
3
4. Harris Daniel, C. Análisis químico cuantitativo. Tercera edición (sexta edición original). Michelson Laboratory, pp 14. 5. Naftaleno. Disponible en: https://www.ecured.cu/Naftaleno (consultada 24 de marzo de 2017)
aproximación siendo el experimental 7.27 ×10− ∙ 5.80 5.80 ∙ y el teorico
SOLUCIÓN A LAS PREGUNTAS 1. ¿Mediante qué otros métodos podría determinarse el peso fórmula de una sustancia, sabiendo que se comporta como un soluto novolátil? Para determinar el peso formula de una sustancia cuando el soluto es no-volátil, se usa el método crioscópico y ebulloscópico; el cronoscópico es el que utilizamos en esta práctica y el ebulloscópico consiste en preparar una solución de la sustancia cuyo peso formula se desea determinar, y medir la elevación del punto de ebullición de la solución. La ecuación para este método es: =
1000 ∙ ∆ ∙
Ecuación 6. Fórmula 6. Fórmula para determinar el peso formu la. Donde y son las masas del soluto y el solvente.
CONCLUSIONES 1. La concentración del soluto (no volatil) en una solución, es proporcional a la disminución del punto de fusión de la misma. 2. La entropía está relacionada con el punto de fusión de una solución. 3. La unidad de concentración apropiada para este tipo de experimentos debe ser la molalidad. 4. Con los puntos de congelación y las concentraciones es posible determinar mediante el método crioscópico el peso formula de una sustancia.
REFERENCIAS 1. http://www.comoseresuelvelafisica.com/ 2012/07/Propiedades-ColigativasDisminucion-del-punto-deCongelacion.html 2. CHANG, R. Química. 11 ed. México, McGraw Hill editors, 2002.pp 539, 540. 3. de Ercilla, S. B., & Muñoz, C. G. (2003). Física general. gener al. Editorial Editor ial Tébar, Tébar , pp 339. 4
