OBJETIVO Determinar la constante crioscópica de un solvente dado y en base a la misma, obtener el peso molecular de una sustancia no disociable.
INTRODUCCIÓN En general, cuando un soluto (s) se disuelve en un disolvente líquido (d), el punto de congelación de éste disminuye. Este fenómeno es una de las propiedades coligativas, es decir, una propiedad cuya magnitud depende primariamente del número de moles del soluto disuelto con relación a una determinada cantidad de disolvente. Supongamos una pequeña cantidad de soluto disuelta en un disolvente, que se encuentra en equilibrio con el disolvente sólido. En el desarrollo siguiente se hacen dos suposiciones: a) el soluto es insoluble en el disolvente sólido; b) la disolución es diluida. Todas las propiedades coligativas tienen en común el que no dependen de la naturaleza del soluto, sino del número de moléculas de soluto presentes con respecto al número total de moléculas. Cuando se extrae calor de un líquido, su temperatura caerá hasta que alcance la temperatura a la cual se funde. Si se sigue extrayendo calor, el líquido retorna a su fase sólida. Este proceso se conoce como congelación o solidificación. La cantidad de energía necesaria para convertir una cantidad específica de un sólido al estado líquido, a una temperatura determinada, se llama calor de fusión del sólido. Cada sólido puro posee un calor de fusión único que depende de la naturaleza del cristal y de las fuerzas de atracción que existen entre las partículas. Los calores de fusión se expresan en términos de calorías por gramo o Kcal./mol. Cuando Cuando se calienta el hielo a 0ºC y se empieza a fundir, se requieren 79.7 cal para fundir cada gramo de agua: 79cal/g (1.44 cal/mol calor molar de fusión). Las propiedades de las soluciones diluidas de solutos no volátiles que son función de las características del disolvente e independientes de cualquier aspecto del soluto excepto su concentración en la solución, son conocidas bajo el nombre de propiedades coligativas. Reciben este nombre al hecho de encontrarse unidas por ese origen común. Las propiedades coligativas son: disminución de la presión de vapor, descenso de la temperatura de solidificación, elevación de la temperatura de ebullición y presión osmótica. Estas propiedades dependen sólo del número de moléculas presentes y no de la naturaleza química de dichas moléculas, por tal razón se dice que dichas p ropiedades son coligativas; tienen su valor en el punto más bajo del potencial químico. Disminución de la temperatura de Fusión: Al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una temperatura en la cuál el solvente sólido comienza a separarse. En el punto de congelación la presión de vapor del sólido y del líquido es la misma, es la temperatura a la cuál el disolvente sólido y la solución están en equilibrio. Si la solución tiene un soluto no volátil, tiene una presión de vapor más baja; el disolvente sólido debe de estar en equilibrio con una solución a temperatura más baja que aquella a la cuál estaría en equilibrio con el disolvente puro; las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. Si en lugar de un líquido puro tenemos una disolución, un líquido al que se le ha agregado otra sustancia llamada soluto, cuando disminuimos la temperatura, las moléculas del soluto impiden que se unan entre sí las del líquido, interponiéndose entre ellas. Con esto, ahora el líquido no solidifica como cuando esta puro, sino a una menor temperatura: disminuye su punto de f usión, este hecho se conoce como descenso crioscópico. Cuanto mayor sea la cantidad de soluto añadida al líquido, mayo r será también el descenso crioscópico de la disolución. En una disolución diluida las moléculas del soluto son tan escasas que difícilmente experimentarán interacciones entre ellas. Un aspecto fenomenológico de tales disoluciones es aquel que hace referencia a la disminución de la temperatura de solidificación, o descenso crioscópico, de una disolución respecto de la temperatura de solidificación del disolvente puro. También el descenso crioscópico tiene utilidad práctica: la eliminación de nieve de las carreteras y los anticongelantes para vehículos.
La medición experimental de descensos de temperatura de solidificación es una técnica frecuente en la determinación de masas molares. En el campo de la química orgánica es muy útil para obtener valores de masa de alguna especie recientemente sintetizada o de algún material aislado que se desea identificar. Para el estudio de esta propiedad coligativa se debe pensar en el disolvente de una disolución y el proceso de solidificación que conduce a la separación del disolvente sólido puro. La constante Kf se conoce como constante de descenso del punto de congelación o constante crioscópica, que depende, como es lógico, de la naturaleza del disolvente. Y como consecuencia de todo lo dicho anteriormente, podemos decir que el descenso del punto de congelación de las disoluciones diluidas es función de las propiedades del disolvente y de la concentración del soluto. Por tanto: ∆Tf = Kf * m Donde ∆Tf representa el descenso crioscopico, Kf la constante crioscópica y m la molalidad de la disolución. Por medidas del descenso crioscopico, podemos calcular la masa molecular de un soluto siempre que trabajemos con disoluciones muy diluidas.
m1 = masa de soluto en gramos m2 = masa de disolvente en gramos M1 = peso molecular del soluto
MATERIAL
Baño María 2 vasos de precipitados de 200 ml y de 50 ml. Tubo de ensaye de boca ancha (20x180) Termómetro de -20°C a 110°C y tapón monohoradado. Balanza analítica Espátula Cronómetro.
REACTIVOS
Disolvente: alcohol terbutílico (o benceno o ciclohexanol, o bien un solvente líquido cuyo punto de solidificación esté entre 0 y 60°C, por ejemplo una sustancia orgánica). Soluto orgánico: benzofenona, bifenilo, naftaleno, etc. (compuesto orgánico no disociable).
PROCEDIMIENTO Pese con la mayor precisión posible entre 5 y 10 gramos de disolvente y coloque en un tubo de ensaye de boca ancha. Ahora dependiendo del punto de solidificación del disolvente (consultando en el manual de fisicoquímica) prepare el baño María a una temperatura adecuada, por ejemplo si se trabaja con benceno prepare el baño a 0°C, con alcohol terbutílico a 16°C. Con bifenilo primeramente lleve a la fase liquida por calentamiento a baño María. Coloque el termómetro de tal forma que la mitad del bulbo quede sumergida en el disolvente. Se toman lecturas de temperatura, la cual debe ir en descenso, cada 15 segundos, anote con (*) en el punto en que se formen los primeros cristales y posteriormente tome al menos seis lecturas mas con el fin de verificar la solidificación. El descenso de temperatura lento y regulado es deseable de manera que deben darse las condiciones al disolvente según sea este, por medio de un recipiente intermedio o enfriamiento solamente en el tubo de ensaye.
Esta prueba debe realizarse al menos tres veces para verificar lo más preciso posible el punto de temperatura de solidificación. Según se selecciones al soluto debe consultarse la solubilidad, la cual debe darse en todas proporciones o bien al menos estar registrada como muy soluble, en caso contrario haga una prueba antes de empezar a trabajar. Enseguida se pesan entre 50 y 150 mg de un soluto de referencia (seleccionado anteriormente) es decir, cuyo peso molecular sea conocido (puede valerse de papel encerado para pesar) y se disuelve en el disolvente del tubo de ensaye procurando no dejar residuos en las paredes del tubo. Una vez hecha la solución repita el proceso de enfriar tomando lecturas de temperatura cada 15 segundos, registrando con (*) donde aparece la solidificación tal como cuando se tiene al disolvente puro, igualmente repita la prueba por tres ocasiones. Problema: Pese una nueva cantidad del mismo disolvente y tome ahora otro soluto cuyo peso molecular se supone desconocido, y del cual también se debe hacer una prueba de solubilidad. Pese de nuevo entre 50 y 150 mg. Repita el proceso de enfriar y registrar el punto de solidificación de la mezcla como en los casos anteriores.
Determinación de la temperatura de formación de cristales para el benceno puro (disolvente) Wben = 7.0274gr Tben = 23ºC Tcristales = 5.3ºC
Tiempo ( seg )
Temperatura ( ºC )
15 30 45 60 75 90 105 125
20 13 9.5 7.0 6.0 5.2 5.2 5.2
Determinación de la temperatura de formación de cristales para la solución benceno-benzofenona Wben = 7.4810gr Wbenzof = 0.1507gr Tsol = 21.8ºC Tcristales = 4.7ºC
Tiempo ( seg )
Temperatura ( ºC )
15 30 45 60 75 90 105 125
19.4 12.3 8.1 6.2 5.1 4.2 4.2 4.2
Determinación de la temperatura de formación de cristales para la solución Wben = 8.3596gr Wsust = 0.1505gr Tcruistales = 4.5ºC
Tiempo ( seg )
Temperatura ( ºC )
15 30 45 60 75 90 105 125
19.3 14.0 9.6 7.2 5.4 4.4 4.4 4.4
CÁLCULOS PM del benceno = 78.11 gr/mol PM del naftaleno = 128.16 gr/mol PM benzofenona = 182.22 gr/mol Constante crioscópica del disolvente
∆Tf solución = T0 - T
( )
∆Tf = 5.3ºC – 4.7ºC ∆Tf = 0.6ºC
Donde: ∆Tf = 0.8ºC W1= peso benceno= 7.4810gr M2= PM benzofenona = 182.22 gr/mol W2 = peso benzofenona = 0.1507gr
Kf = 5.4274
Peso molecular de la sustancia problema
( )
∆Tf sol = T0 – T ∆Tf = 5.3ºC – 4.5ºC ∆Tf = 0.8ºC
Donde: Kf = 7.2365 W1 = peso benceno = 8.3596gr W2 = peso sustancia problema = 0.1505gr ∆Tf = 1.0ºC
Kf benceno(experimental) Kf = 5.4274 kf benceno(teórico) Kf = 5.12 % error = Valor teórico – Valor Experimental X 100 Valor teórico % error = 5.12 – 5.4274 5.12
X 100 % error = 6.0039 %
( ) M2 = 122.1385 gr/mol
Masa molecular naftaleno (experimental) 122.1385 gr/mol Masa molecular naftaleno (teórico) 128.16 gr/mol % error = Valor teórico – Valor Experimental X 100 Valor teórico
% error = 128.16 – 122.1385 X 100 % error = 4.6984 % 128.16
CONCLUSIONES Determinamos la constante crioscopica de una sustancia para por medio de ella obtener el peso mol ecular. En este caso los experimentos realizados fueron constante crioscopica para el benceno puro,y con esta obtuvimos el péso molecular del naftaleno. Se realizaron cálculos sencillos y los porcentajes de error no rebasaban el 7% .
BIBLIOGRAFIA Fundamentos de Fisico- Química Maron & Prutton.
Instituto Tecnológico de la Laguna
Práctica#4 Determinación de Peso molecular por Crioscopía
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Alejandra Monserrat Hernández Ahumada Nº Control 08130802
Laboratorio Integral II Ing. Fernando Miranda Aguilar
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Octubre 2011
