República Bolivariana de Venezuela. Ministerio de educación Superior. Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”.
Vicerrectorado Puerto Ordaz (UNEXPO).
Profesora:
Elaborado por:
L-04
Ciudad Guayana, Julio de.
Objetivos:
Montar un equipo de destilación y utilizarlo para destilar el agua, de acuerdo a las instrucciones impartidas en el pre-laboratorio y en la guía de apoyo. En base al punto de ebullición medido para el agua, en la destilación, indicar en un grafico de presión de vapor de agua contra temperatura, el punto equivalente la presión atmosférica del laboratorio. Comprobar la variación del punto de ebullición de un solvente al añadirle un soluto no volátil y calcular el peso del soluto por aumento ebulloscópico.
Propiedades coligativas En química, se llaman propiedades coligativas aquellas propiedades de una solución que dependen únicamente de la concentración molal, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por cada kilogramo de solvente, y no de la naturaleza o tipo de soluto. Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor, que es la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida, cuando el líquido se encuentra en un recipiente cerrado. La presión de vapor depende del solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor temperatura, mayor presión de vapor). Se mide cuando el sistema llega al equilibrio dinámico, es decir, cuando la cantidad de moléculas de vapor que vuelven a la fase líquida es igual a las moléculas que se transforman en vapor.
Propiedades coligativas más comunes Descenso de la presión de vapor Cuando se prepara una solución con un disolvente puro y un soluto no volátil (que se transformará en gas) y se mide su presión, al compararla con la presión de vapor de su solvente puro (medidas a la misma temperatura) se observa que la de la solución es menor que la del solvente. Esto es consecuencia de la presencia del soluto no volátil. A su vez, cuando se comparan las presiones de vapor de dos soluciones de igual composición y diferente concentración, aquella solución más concentrada tiene menor presión de vapor. El descenso de ésta se produce por dos razones: por probabilidad, pues es menos probable que existan moléculas de disolvente en el límite de cambio, y por cohesión, pues las moléculas de soluto atraen a las de disolvente por lo que cuesta más el cambio.
Descenso crioscópico El soluto obstaculiza la formación de cristales sólidos, por ejemplo el líquido refrigerante de los motores de los automóviles tiene una base de agua pura a presión atmosférica se congelaría a 0°C dentro de las tuberías y no resultaría útil en lugares fríos. Para evitarlo se le agregan ciertas sustancias químicas que hacen descender su punto de congelación.
ΔT f = K f ·
m
m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente
(mol/kg). ΔT f es el descenso del punto de congelación y es igual a T - T f donde T es el punto de congelación de la solución y T f es el punto de congelación del disolvente puro. K f es una constante de congelación del disolvente. Su valor, cuando el solvente es agua es 1,86 ºC kg/mol
Aumento ebulloscópico Al agregar moléculas o iones a un solvente puro la temperatura en el que éste entra en ebullición es más alto. Por ejemplo, el agua pura a presión atmosférica ebulle a 100°, pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullición sube algunos grados centígrados. ΔT b =
K b · m
m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente
(mol/kg). ΔT b es el aumento del punto de ebullición y es igual a T - T b donde T es el punto de ebullición de la solución y T b el del disolvente puro. K b es una constante de ebullición del disolvente. Su valor cuando el solvente es agua es 0,52 ºC kg/mol.
Presión osmótica La ósmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor hacia zonas de mayor concentración de partículas. El efecto puede pensarse como una tendencia de los solventes a "diluir". Es el pasaje espontáneo de solvente desde una solución más diluida hacia una solución más concentrada, cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable (También: π = (nRT ) / V ) n es el número de moles de partículas en la solución. -1 -1 R es la constante universal de los gases, donde R = 8.314472 J · K · mol . T es la temperatura en grados kelvin.
Teniendo en cuenta que n/V representa la molaridad (M) de la solución obtenemos:
Al igual que en la ley de los gases ideales, la presión osmótica no depende de la carga de las partículas.
Destilación y tipos de destilación. Destilación, proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal de la destilación es obtener el componente más volátil en forma pura. Por ejemplo, la eliminación del agua de la glicerina evaporando el agua, se llama evaporación, pero la eliminación del agua del alcohol evaporando el alcohol se llama destilación, aunque se usan mecanismos similares en ambos casos. IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS
Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite:
A) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada. B) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes. C) Determinar masas molares de solutos desconocidos. D) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo. E) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos. F) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general. En el estudio de las propiedades coligativas se deberán tener en cuenta dos características importantes de las soluciones y los solutos.
Soluciones:
Es importante tener en mente que se está hablando de soluciones relativamente diluídas, es decir, disoluciones cuyas concentraciones son 0,2 Molar, en donde teóricamente las fuerzas de atracción intermolecular entre soluto y solvente serán mínimas.
Solutos:
Los solutos se presentarán como:
Electrolitos: disocian en solución y conducen la corriente eléctrica. No Electrolito: no disocian en solución. A su vez el soluto no electrolito puede ser volátil o no volátil.
Para mayor entendimiento de este capítulo describiremos las propiedades coligativas de solutos No Electrolitos y luego en un capítulo aparte serán considerados los solutos Electrolito.
Descenso del punto de congelación. A.- CONCEPTOS BÁSICOS: PUNTO DE CONGELACIÓN 1.- Definición: La transformación de un líquido a sólido se llama Congelación, y el proceso inverso se llama Fusión. Congelación
LÍQUIDO
SÓLIDO
Fusión
En otras palabras: El PUNTO DE CONGELACIÓN de un líquido corresponde a la temperatura en la cual las moléculas de un compuesto (como por ejemplo el agua) pasan del estado líquido al estado sólido.
Este fenómeno se debe a la agrupación de las moléculas, las cuales se van acercando paulatinamente disminuyendo el espacio intermolecular que las separa hasta que la distancia sea tal que se forma el sólido. Este acercamiento se debe básicamente a que el movimiento molecular se va haciendo menor debido a la disminución de la temperatura lo que provoca que la energía cinética de las moléculas sea menor.
Por lo tanto, como la energía calórica del ambiente (medida por la temperatura) no es lo suficientemente alta como para contrarrestar la atracción entre las moléculas, ellas tienden entonces a agruparse y por lo tanto “congelar”.
DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN. Si se disuelve un soluto no volátil en un líquido (solvente), se observa experimentalmente un descenso en el punto de congelación.
Por lo cual, podemos decir, que las soluciones congelan a temperaturas inferiores a las del solvente puro
Este hecho es una consecuencia de la disminución de la presión de vapor ocasionado por dicho soluto
Esto se explica mediante el hecho que en el punto de congelación de la solución la presión de vapor del sólido debe ser igual a la presión de vapor del líquido con el que está en equilibrio
Pero como la solución ha bajado su presión de vapor (con respecto al líquido puro) el sólido deberá formarse a una temperatura inferior
La diferencia entre los puntos de congelación del solvente puro y la solución se designa por Tc y se conoce con el nombre de DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN o DESCENSO CRIOSCÓPICO. Se ha podido demostrar que el descenso del punto de congelación es proporcional a la concentración molal del soluto. Este fenómeno queda establecido por las siguientes ecuaciones: Tc
=
T°c
Tc
=
Kc m
- Tc
Ecuación 1
Ecuación 2
Donde: Tc
=
Descenso del punto de congelación
Tc
=
Temperatura de congelación de la solución.
Tºc
=
Temperatura de congelación del solvente puro.
K c
=
Constante molal del descenso del punto de congelación.
m
=
molalidad.
Al igual que la constante ebulloscópica (K eb), la constante crioscópica (K c) representa el descenso en el punto de congelación para soluciones de concentración 1 molal. Por lo que debemos concluir que la magnitud de Tc no sólo depende de la concentración molal de la solución, sino también de la naturaleza del solvente, ya que el valor de la constante es diferente para cada uno de ellos.
