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PROPIEDADES COLIGATIVAS O. ALVARADO SÁNCHEZ; M. RODRIGUEZ AMOR; A. WELL FERRER.
Resumen El objetivo de esta experiencia es determinar el peso molecular de un soluto no volátil haciendo uso de una de las propiedades coligativas de las soluciones como lo es el punto de ebullición. Para Para esto esto se reali realizó zó el mont montaj aje e del cale calent ntami amien ento to con con las las inst instru rucc ccio iones nes asig asigna nadas das anteriormente en la guía, examinando así detenidamente el punto de ebullición del agua y previamente el punto de ebullición de la solución de agua y etilenglicol, utilizando el agua como medio de disolución. Para esto, se tomó un balón y se le agrego agua con carborundos, luego se dejó enfriar y se le agrego la solución de agua con etilenglicol al balón. e observó !ue la temperatura de ebullición del agua es diferente a la temperatura de ebullición de la solución.
Pala!as "la#es "emperatura "emperatura de ebullición, propiedades coligativas, etilenglicol, volátil. As$!a"$ "he objetc about this experience is determine nonvolatile solute#s molecular $eight using one calligate properties of the solutions as it is the boiling point. %or this $as performed the heating assembly $ith the assigned instructions before in the guíe,examining so closely the boiling point of $ater and previously the boiling point of $ater solution and ethylene glycol,using the $ater as a dilution m&dium. %or this $as ta'en a ball and $as addeed it $ater $ith carborundums,the allo$ed to cool and $as added the $ater solution $ith ethylene glycol to the ball. (as observed that the boiling $ater tempeture is different to the boiling solution tempeture.
%e&'(!)s )oiling point, colligative properties, ethylene, volatile.
In$!()u""*+n *os estudios teóricos y experimentales han permi permititido do esta establ blec ecer er,, !ue !ue los los lí!u lí!uido idoss poseen propiedades físicas características. Entre ellas cabe mencionar+ la densidad, la propiedad de ebullir, congelar y evaporar, la viscosidad y la capacidad de conducir la
corr corrie ient nte e el&c el&ctr tric ica, a, etc. etc. ada ada lí!u lí!uid ido o presenta valores característicos -es decir, const onstan anttes es par para cada cada una una de esta estass prop propie ieda dade des. s. uan uando do un solu soluto to y un solv solven ente te dan dan orig origen en a una una solu soluci ción ón,, la pres presen enci cia a del del sol soluto uto det determi ermina na una una modi modififica caci ción ón de esta estass propi propied edad ades es con con
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relación a su estado normal en forma aislada, es decir, lí!uido puro. Estas modificaciones se conocen como P/0P1E232E 2E 453 0*4165.
,.- P!(*e)a)es "(ns$*$u$*#as/ son a!uellas !ue dependen de la naturaleza de las partículas disueltas. Ejemplo+ viscosidad, densidad, conductividad el&ctrica, etc. 0.- P!(*e)a)es "(l*1a$*#as ( "(le"$*#as+ son a!uellas !ue dependen del n7mero de partículas -mol&culas, átomos o iones disueltas en una cantidad fija de solvente. *as cuales son+ 8 descenso en la presión de vapor del solvente 8 aumento del punto de ebullición 8 disminución del punto de congelación 8 presión osmótica. Es decir, son propiedades de las soluciones !ue no obedecen ni dependen de la naturaleza del soluto sino de la cuantía del mismo, diversas de las propiedades de las disoluciones se concluyen del pe!ue9o
tama9o de las partículas dispersas, otras propiedades dependen del disolvente aun!ue puedan ser cambiadas por el soluto, sin embargo, estas propiedades dependen directamente de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus mol&culas. Estas no guardan ninguna dependencia con el tama9o ni con cual!uier otra propiedad de los solutos, están en función solo del n7mero de partículas y son resultado del mismo fenómeno+ el efecto de la presión del soluto sobre la presión de vapor del disolvente. 4na de las propiedades coligativas es el aumento en el punto de ebullición puesto !ue aumentando la temperatura del
compuesto aumentamos su presión de vapor y, cuando a una determinada temperatura la presión de vapor es igual !ue la presión atmosf&rica, la sustancia entra en ebullición, y esa temperatura se trata del punto de ebullición Pero no debemos olvidar !ue en una disolución, la presión de vapor es menor !ue en el disolvente original, por lo !ue la temperatura necesaria para !ue la presión de vapor de la disolución sea igual !ue la del disolvente, deberá ser mayor para compensar esa presión de vapor menor causada por el soluto. Por lo !ue tambi&n, cuanto más soluto, mayor deberá ser la temperatura para !ue la disolución pueda entrar en ebullición. Por tanto, donde antes el disolvente entraba en ebullición a una temperatura determinada, la disolución no entrará por tener una presión de vapor menor: necesitará una temperatura mayor.
,. Ma!"( Te+!*"( ,., P!(*e)a)es "(l*1a$*#as En !uímica se llaman propiedades coligativas a a!uellas propiedades de una disolución !ue dependen 7nicamente de la concentración. ;eneralmente expresada como concentración e!uivalente, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de la composición !uímica del soluto. Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor , !ue es la presión !ue ejerce la fase de vapor sobre la fase lí!uida, cuando el lí!uido se encuentra en un recipiente cerrado. *a presión de vapor depende del solvente y de la temperatura a
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mayor presión de vapor. e mide cuando el sistema llega al e!uilibrio dinámico.
,.0 Pun$( )e eull*"*+n "emperatura a la cual se produce la transición de la fase lí!uida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura: conforme se a9ade calor la temperatura permanece constante hasta !ue todo el lí!uido ha hervido. El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de <=<.>?@ 'ilopascales -< atm: es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del lí!uido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión. Para las sustancias !ue hierven en el intervalo de la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura es de
ser iguales -como ocurre con la mol&cula de oxígeno, !ue cuenta con dos átomos de oxígeno o distintos -la mol&cula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
,.5 Teme!a$u!a *a temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío !ue puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. ás específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como Fenergía cin&ticaG, !ue es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido trasnacional, rotacional, o en forma de vibraciones. 3 medida de !ue sea mayor la energía cin&tica de un sistema, se observa !ue &ste se encuentra más FcalienteG: es decir, !ue su temperatura es mayor.
aproximadamente =.>AB'Pa o =.=CABmmDg -donde la presión es aproximadamente de una atmósfera
,.2 M(lal*)a) *a molalidad es una medida de la concentración de una especie en disolución, defini&ndose como el n7mero de moles de esa especie, divididos por la masa total del disolvente expresada en 'ilogramos. ,.3 M(l4"ulas ol&cula es la partícula más pe!ue9a !ue presentan todas las propiedades físicas y !uímicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más átomos. *os átomos !ue forman las mol&culas pueden
,.6 E$*len1l*"(l El etilenglicol -sinónimos+ etanodiol, glicol de etileno, glicol es un compuesto !uímico !ue pertenece al grupo de los dioles. El etilenglicol es un lí!uido transparente, incoloro, ligeramente espeso como el almíbar y leve sabor dulce. Por estas características organol&pticas se suele utilizar distintos colorantes para reconocerlo y así disminuir las intoxicaciones por accidente. 3 temperatura ambiente es poco volátil, pero puede existir en el aire en forma de vapor. e fabrica a partir de la hidratación del óxido de etileno -epóxido cancerígeno. e utiliza como anticongelante en los circuitos de refrigeración de motores de combustión interna, como difusor del calor,
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para fabricar compuestos de poli&ster , y como disolvente en la industria de la pintura y el plástico. El etilenglicol es tambi&n un ingrediente en lí!uidos para revelar fotografías, fluidos para frenos hidráulicos y en tinturas usadas en almohadillas para estampar, bolígrafos, y talleres de imprenta.
2. Ma$e!*ales & !ea"$*#(s atraz oporte universal "rípode )alón de fondo plano arborundos "ermómetro echero alla de asbesto Probetas graduadas de @= y ?@= ml "apón de caucho con dos orificios Etilenglicol 3gua
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,.7 Ca!(!un)(s uerpo de gran dureza constituido por carburo de silicio obtenido artificialmente y !ue se usa para pulir y trabajar materiales muy duros.
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•
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0. P!("e)*m*en$( Para la efectiva realización de la práctica se debían conocer conceptos previos como+ temperatura de ebullición, propiedades coligativas, etilenglicol, carborundo. Primeramente se armó el e!uipo representado en la guía 8Ve! ane9(s :*1. , e procedió a adicionar @= ml de agua al balón de fondo plano y se agregaron carborundos, luego se puso el balón sobre el e!uipo armado y se calentó hasta alcanzar su punto de ebullición, el cual fue medido sosteniendo el termómetro dentro del balón sin tocar el fondo con ayuda del tapón hasta observar un valor invariable en el termómetro. 8Ve! ane9(s :*1. 0 Próximamente se dejó enfriar el balón y nuevamente se agregaron @= ml de agua utilizando los mismos carborundos, además se adicionó <<,?@ ml de etilenglicol y se calentó hasta alcanzar su punto de ebullición medido con el termómetro. 8Ve! ane9(s :*1. 2
3. C
1.11
kg
g 3
cm
3
m
x
1000 g
=1.11
1 kg
x
1000000 cm
3
=¿
g de ( C 2 H 6 O2 ) ml
Masa )el e$*len1l*"(l
1.11
3
1m
M= ρ .V
g x 11.25 ml =12.487 g de ( C 2 H 6 O2) ml
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¿ 0.497 ke
Masa )el A1ua H0O M= ρ .V
1
g 1 kg =0.05 kgde H 2 O x 50 ml x 1000 g ml
on la masa del etilenglicol y la masa del agua hallada, !ue en este caso es el solvente, se procede a calcular la molalidad del etilenglicol, cabe resaltar !ue el peso molecular del -?DH0? es de H?.=C gBmol molalidad =
molesdel soluto kilogramos del solvente
12.487 g
g mol 0.05 kg
=4.02
mol kg
e calculó a partir de la fórmula la constante molar de ebullición del agua de la siguiente manera. ∆ Te = ke.m ∆ Te =ke m Te solución−Te solvente m
¿
102
pm =
Ke.W ∆Te .kg ste
° C mol x 12.487 g 0.497 kg ¿ 2 ℃ x 0.05 kg
¿ 62.06
62.04
m=
" e calculó el peso molecular del soluto a partir de los datos del punto de ebullición de la siguiente forma+
g mol
) I por 7ltimo se determinó el porcentaje de error de la constante molar de ebullición del agua de la siguiente forma+ error =
Valor real−Valor estimado x 100 Valor estimado
error =
0.512
−0.497
0.497
x 100
¿ 3.0
−100
4.02
mol kg
5. D*s"us*+n )e !esul$a)(s
En la guía se presentan varios cálculos, todos ellos referentes a una propiedad
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elevación en el punto de ebullición. Primeramente se efect7a determinar la molalidad de la solución de agua más etilenglicol, para esto se tuvo en cuenta !ue el volumen del etilenglicol es de <<.?@ ml: con este dato se procedió primeramente a hallar la densidad de ?DH0?, y con el resultado obtenido !ue fue de <.<< gBml de etilenglicol se halló la cantidad en masa de este mismo !ue fue de .CJK g. e sabe !ue para hallar la molalidad se necesitan la cantidad en moles del soluto -masa del soluto sobre el peso molecular de este mismo y la cantidad en 'g del solvente !ue en este caso fue el agua, gracias al volumen y a la densidad !ue se tenía del etilenglicol se obtuvo la cantidad en masa del soluto -etilenglicol pero no se tenía la cantidad en masa del agua, para hallarla se hizo los debidos cálculos, sabiendo !ue la densidad del agua es de < gBml y el volumen !ue se tenía de ella era de <<.?@ ml, este cálculo arrojo un valor de =.=@ 'g de agua. Ia con la cantidad de soluto y la cantidad en 'ilogramos del solvente se hicieron los respectivos cálculos para hallar la molalidad y esta dio un valor de C.=? molB 'g. Para hallar la constante ebulloscopia se tuvo en cuenta la temperatura de ebullición del soluto y la temperatura de ebullición del solvente, para esto se hizo el montaje y se procedió a calentar hasta hallar el punto de ebullición de ambas, se tuvo !ue esperar un periodo de tiempo ya !ue los sistemas físicos no son sistemas instantáneos, y se esperó hasta !ue el sistema reaccionara. *a temperatura de ebullición del etilenglicol fue de <=? grados elsius y la del agua fue de <== grados elsius, ambos restados y sobre la molalidad !ue es de C.=? 'gBmol dio un resultado de =.CLK Me. 3 partir de estos datos se halló el peso molecular del soluto el cual fue de H?.=H gB mol y por 7ltimo se determinó el porcentaje de error, ya !ue en general todo procedimiento de medición tiene imperfecciones !ue dan lugar a un error en el resultado de la medición lo !ue hace !ue el resultado sea solamente una
aproximación del valor real de la magnitud medida. 2e acuerdo a esto se obtuvo !ue el porcentaje de error !ue se tuvo en la práctica fue del >N.
CONCLUSIONES
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2urante el desarrollo de la práctica se alcanzó a dar cumplimiento de manera satisfactoria con el objetivo planteado en la guía, se pudo observar !ue la diferencia entre el peso molecular obtenido y el real fue mínima, por lo tanto esto se le atribuye a los errores sistemáticos y aleatorios presente en los laboratorios. e analizó un cambio en el punto de ebullición del solvente -agua y de la solución -agua y etilenglicol, se pudo notar !ue el solvente alcanzó su punto de ebullición a los <== grados elsius, en cambio la solución a <=? grados elsius, lo cual indica !ue se necesita mayor temperatura y tiempo de calentamiento para hallar el punto de ebullición de una solución !ue el del solvente puro.
>I>LIOGRAFIA hang /aymond, Ouímica, s&ptima edición c;ra$ Dill ?==?. Propiedades oligativas.
-=K8<=8
http+BB$$$.monografias.comBtrabajos
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ANE?OS PREGUNTAS ,. Expli!ue las razones de la diferencia en el peso molecular obtenido experimentalmente y el real. RESPUESTA/ El principal factor !ue influye en la diferencia de los pesos moleculares son las mediciones de los puntos de ebullición esto se debe a errores matemáticos y a diversos factores atmosf&ricos, físicos, !uímicos en la realización del experimento. En &ste laboratorio la diferencia fue mínima obteniendo como valor experimental H?.=H gBmol, siento el valor real de H?.=C gBmol.
0. Quál de las propiedades coligativas se usa más para la determinación del peso molecular y por !u&R RESPUESTA/
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*a propiedad coligativa !ue más se emplea para este tipo de casos, es la Presión 0smótica, especialmente cuando se trabaja con biopolímeros como es el caso de las proteínas y algunos polisacáridos. Esto es posible ya !ue sabemos !ue la presión osmótica se puede calcular empleando la siguiente expresión+ ST i/" 2ónde+ S T Presión osmótica de la sln 1 T %actor de vanUt Doff T Peso olecular L∗atm /( mol∗ K ) / T =.=J? ¿ " T "emperatura ;raficando la presión como función de la temperatura, es posible determinar el peso molecular como parte de la pendiente de la recta obtenida. 3demás, se conoce !ue olaridad es igual al n7mero de moles sobre volumen de la solución -nBV y se conoce !ue numero de moles es igual a la masa en gramos sobre peso molecular del soluto -(gBP, entonces si nos proporcionan el volumen, la temperatura, la presión y la masa es posible despejar la ecuación y hallar el peso molecular. 3sí+ V !T = #$ "g
2. Q3demás de servir para buscar el peso molecular, !u& otros usos tienen estas propiedadesR RESPUESTA/ 3 partir del descubrimiento de las propiedades coligativas se ha posibilitado el estudio y el análisis de las mismas lo !ue ha permitido un mejor desarrollo y una correcta aplicación de estas propiedades tanto en el campo de la !uímica como en la cotidianidad. 3 nivel de la !uímica, el descenso del punto de congelación y el aumento del punto de ebullición nos permiten determinar la concentración de una solución desconocida, permiten llevar a cabo la refrigeración de la comida, la entrada de az7car y agua a las c&lulas, entre otras.
3. 2emuestre !ue el valor de ∇"b T Mb. m RESPUESTA/ e puede demostrar de la siguiente manera+
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T 1 =m1 T 1
T 1 =( 1−m2 ) T 1 o
o
o
T 1 −T 1=∆ T =m2 T 1
*a elevación del punto de ebullición -"b se define como el punto de ebullición de la disolución menos el punto de ebullición del disolvente puro -" =b. "bT "b 8 "=b 2ebido a !ue "b W " =b, "b es una cantidad positiva. El valor de, "b es proporcional a la disminución de la presión de vapor y tambi&n es proporcional a la concentración -molalidad de la disolucion.es decir+ "bXm Entonces+ "bT 'b X m 2onde m es la molalidad de la disolución y 'b es la constante molal de elevación del punto de ebullición. *as unidades de 'b son ABm.
5. @Pa!a u4 se a1!e1an "a!(!un)(s al al+nB RESPUESTA/ Para tener más certeza acerca de la temperatura a la cual empieza a bullir el agua y la solución, se le agregan carborundos, pedazos de vidrios, los cuales ayudan a mantener una uniformidad en el proceso de solución.
EVIDENCIAS
F*1u!a ,/ e!uipo para determinar las propiedades coligativas de las soluciones.
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F*1u!a 0/ calentamiento de balón con @= ml de agua más carborundos.
F*1u!a 2/ calentamiento del balón con @= ml de agua, <<.?@ ml de etilenglicol, carborundos.
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