PROPIEDADES COLIGATIVAS “DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACION”
Laboratorio de Química Practica No.4 - Grupo A2 John espinosaa, Jonathan Sáncheza, Andrés Peláeza* a
Departamento de Química, Universidad del Valle, Yumbo, Colombia. *
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INTRODUCCION La mayor parte de las propiedades de las soluciones dependen de su soluto, sin embargo, hay 4 propiedades físicas que interactúan de la misma forma para todos los solutos no volátiles, estos son la disminución de la presión de vapor [Pvap], la elevación del punto de ebullición, la disminución del punto de congelación y la presión osmótica. Las propiedades coligativas de las soluciones solo dependerán de la cantidad de partículas disueltas. La entropía del solvente puro es menor que la de su vapor, los gases son más desordenados que los líquidos por ello al reducir la presión de vapor se necesita mayor temperatura, por lo tanto hay que hacer más trabajo para tales procesos.
3. En un vaso precipitado de 250 ml colocar agua caliente para realizar un baño maría con el tubo de ensayo 4. Dejar que el agua se aproxime a una temperatura de 90 °C y colocar el tapón en la boca del tubo de ensayo. Fijar el tubo mediante una pinza y sumergir al agua caliente. 5. Cuando todo el alcohol cetilico se funda, retirar el agua caliente. 6. Tomar lecturas de tiempo y temperatura cada 30 segundos, agitando constantemente con el alambre hasta que el alcohol cetilico se solidifique 7. Pesar de la sustancia “x” 0.5 g, transferir la Sustancia al tubo de ensayo que contiene el alcohol y repetir e procedimiento
Ilustración 1. Sistema experimental
PROCEDIMIENTO Para determinar el punto de congelación del alcohol cetílico puro, inicialmente se montó un sistema como se muestra en la ilustración 1 con referencia en la guía de laboratorio de química 2. El procedimiento se describe a continuación: 1. Pesar tubo de ensayo limpio y sin tapón 2. Agregar 5 g de alcohol cetilico y pesar nuevamente, tomara apuntes.
DATOS, CÁLCULOS Y RESUTADOS La variación de temperaturas para la solución en estudio pura versus la solución con una sustancia x se muestra en la tabla 1, El punto
Ilustración 2. Grafica que muestra la diferencia entre los puntos de fusión del alcohol cetilico y combinado
80 60
Tiempo (s)
Temperatura (C16H33OH)
40
temperatura C16H33OH
20
temperatura sustancia "x"
30
75
Temperatura (C16H33OH) + Sustancia (x) 68
60
73
65
90
70
64
120
68
62
150
65
60
180
65
59
210
63
56
240
61
55
270
60
53
300
58
52
330
56
50
Entonces:
360
55
49
390
54
48
∆Tf = (49– 48) ºC ∆Tf= 1°C
420
53
48
450
51
48
480
49
48
0 0
200
400
600
Con los datos de la tabla 1 se procede a calcular la variación en la temperatura. Para calcular ∆Tf se toman como referencia las temperaturas constantes finales del solvente puro y del solvente más el soluto. ∆T = Tsolv - Tsoln
Luego se procede a hallar la constante molal crioscopica ( Kf) de la literatura usando la siguiente fórmula:
Tabla 1. Determinación experimental del punto de fusión para el alcohol cetilico puro y combinado
En la ilustración 2 se observa la grafica comparativa de los datos de la tabla 1.
Donde R es la constante de los gases, M es el peso molecular del solvente, T es la temperatura de fusión del solvente y ∆Hf es el cambio en la entalpía de fusión o calor molar de fusión teórico. Por lo tanto: K = 6,055 Kg. K/mol
Se halla la molalidad para obtener las moles del soluto para la mezcla de 5 g de solvente y 0.5 g de soluto
presión atmosférica y una temperatura diferente, sabiendo que las de la literatura son trabajados a una atmosfera de presión y a una temperatura de 25º Celsius.
Molalidad: PREGUNTAS Y RESPUESTAS ∆Tf = Km m =∆Tf /Kf m = (Tsolv – Tsoln ) /K m=1K/ 6.055 Kg.K/mol.m=0.1651 mol/Kg
1. ¿Mediante que otros métodos podría determinarse el peso formula de una sustancia, sabiendo que se comporta como un soluto no-volátil?
Se determina el peso formula de la sustancia x Moles de soluto:
Hallando experimentalmente el descenso de la presión de vapor, se tiene lo siguiente:
Mol soluto = (0,005 Kg) (0.1651 mol/Kg) Mol soluto = 8.255 X10-4 mol Peso formula: PM = masa/moles PM = 0,5 g / 8.255X10-4 mol PM = 605.6935 g/mol ANALISIS DE RESULTADOS Comparando las dos temperaturas obtenidas, logramos observar que en la práctica se cumplieron los parámetros de las propiedades coligativas, las cuales nos dicen que si a un solvente puro se le adiciona un soluto no volátil su punto de congelación disminuye debido a que la interacción de las moléculas de ambas sustancias en la solución cambia las propiedades de la misma. Al comparar los datos de la literatura con nuestros resultados experimentales, nos damos cuenta que existe una gran diferencia, esto lo podemos atribuir a que nuestro sistema se encontraba a una
2. ¿Qué propiedades deben tener las sustancias que se utilizan como solventes en los experimentos de descenso del punto de congelación y elevación de la temperatura de ebullición? Cuando se va a realizar el experimento de la elevación del punto de ebullición el soluto debe ser una sustancia no-volátil y el solvente respecto a este debe ser volátil. Y cuando se trata del experimento del descenso del punto de congelación el soluto no tiene restricción por lo tanto las propiedades del solvente dependen del soluto que se escoja.
3. El descenso en el punto de fusión de una sustancia, ∆Tf se puede relacionar con la fracción molar o la molalidad de la solución. ¿Por qué la forma usual de expresar la concentración, moles por litro, no se usa en este caso?
Kf = 4,750 Kg. K/mol
No se puede expresar en términos de Molaridad pues en estos experimentos donde hay cambios de temperatura el volumen de la disolución se ve afectado, es decir, la Molaridad se ve afectada por la temperatura.
Kf = 4,602 Kg. K/mol
4. Utilizando los datos de la tabla calcule las constantes Kf y Kc y compárelas con los valores aceptados. ¿Qué concluye? Agua:
Kf = 1,86 Kg. K/mol Acido Acético:
Dioxano:
Fenol:
Kf = 6,779 Kg. K/mol M Tf Te solvente (Kg/mol) (˚C) (˚C) ∆H˚fKj/mol) Kf Ke Agua 0,0180 0,00 100,0 6,01 1,86 0,51 Acido acético 0,6000 16,60 118,3 11,60 3,90 3,07 Alcanfor 0,1522 178,40 2,1 ---------40,00 5,95 Benceno 0,0781 5,450 80,2 10,60 5,12 2,53 Dioxano 0,0881 11,700 101,7 12,90 4,71 ----Fenol 0,0941 41,30 118,8 11,40 7,27 3,04 Naftaleno 0,1283 80,60 218,0 19,00 6,98 5,80 Nitrobenceno 0,1231 5,70 219,0 11,70 7,00 5,24
Naftaleno:
Kf = 3,607 Kg. K/mol Alcanfor: Kf = 7,020 Kg. K/mol Nitrobenceno: Kf = 39,97 Kg. K/mol Benceno: Kf = 6,794 Kg. K/mol
COCLUSIONES Las propiedades coligativas se ven afectadas por las propiedades del soluto y no del solvente en si. En este caso el punto de congelación del solvente puro desciende cuando al solvente se le adiciona el soluto, es decir, el descenso en el punto de congelación es una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor por parte del solvente al agregarle un soluto. El proceso de congelación, al igual que el de fusión y el de evaporación son procesos isotérmicos. Esto debido a que el calor ganado o perdido por la sustancia es liberado en su transformación de un estado a otro. El punto de fusión y el de congelación para una sustancia pura a una determinada presión, están a la misma temperatura. El cambio en la presión trae como consecuencia un cambio en el punto de ebullición, congelación y fusión. El punto de congelación de una solución tiende a liberar más energía que el de una sustancia pura por lo tanto mayor será la entropía de la solución que de la sustancia pura. Para que el peso formula sea lo más exacto posible el ∆Tf tiene que ser medido con la mayor precisión posible ya que este es el factor de variación en el proceso.( Si la constante de fusión es grande la Tf es proporcional a ella, esto quiere decir que será grande también). Si trabajamos con el descenso del punto de congelación para hallar el peso formula de una sustancia determinada debemos tener en cuenta que siempre se trabajará con molalidad y no molaridad porque esta última se ve afectada por la temperatura. Las propiedades coligativas solo se aplican para sustancias no electrolíticas de lo contrario tendría una aplicación diferente dichas propiedades.
El porcentaje de error obtenido en el cálculo de la Kf pudo ser producido por la inexactitud en la realización de las medidas de temperatura.
BIBLIOGRAFIA 1. CHANG, R.; Química 7ª ED. McGrawHill, Cáp.12, Págs. 479-486 2003. 2. CRC HANDBOOK OF CHEMESTRY AND PHISICS; Edición 73, 1992 – 1993 Cáp. 5, Pág.104. 3. LEVINE, Ira.; Fisicoquímica. 5ª ED. Vol.1. Editorial McGraw-Hill. México, 2004. Pág. 251-252.