CRIOSCOPIA

CRIOSCOPÍA

INTRODUCCIÓN Crioscopía es una palabra griega que quiere decir “Observación del enfriamiento” y por tal se encarga del estudio de la temperatura de solidificación de las soluciones. Es muy bien sabido que el punto de congelación del agua u otro líquido es disminuido por la adición de un soluto y fue puntualizado por Blagden hace ya cien años, que la depresión en el punto de congelación es directamente proporcional a la concentración de la solución. En el punto de congelación el sólido y el líquido se hallan en equilibrio y ambos deben tener la misma tensión de vapor. El trabaj trabajo o de labora laborato tori rio o que que se ejecut ejecutó ó trat trata a con con la siguien siguiente te fórmula: M = 1000 K f f w2 w1 ∆ T Donde: M = peso molecular del soluto K f f =constante crioscópica W1 = peso del solvente W2 = peso del soluto ∆ T

= diferencia de T

LAB. FISICOQUÍMICA I

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CRIOSCOPÍA

RESUMEN El contexto del presente informe abarca un amplio tema cuyo objetivo primordial es la de determinar el peso molecular de un soluto por el Método Crioscópico. Al agregar un soluto a un solvente puro, este produce un descenso en el punto de congelación. La depresión del punto de congelación de las soluciones proporciona un método excelente para determinar los pesos moleculares de los solutos, debido a que no es necesario que el soluto sea no volátil. Si conocemos la densidad del solvente a una temperatura dada y se tiene el volumen podemos hallar el peso; la constante crioscópica se puede obtener de datos tabulados en los libros. Trabajamos con un peso determinado de soluto y conociendo el descenso de la temperatura, se logrará conocer aproximadamente el peso molecular del soluto. En el laboratorio se trabajó a las condiciones: P(mmH g) T(ºC) HR


756 21 91%

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PRINCIPIOS TEÓRICOS CRIOSCOPÍA.La masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente, cuando se disuelve en él una cantidad conocida de la sustancia no identificada. Este proceso que determina las masas moleculares se denomina crioscopía.

PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN O PUNTO DE CONGELACIÓN. Temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma en sólido. El punto de solidificación de un líquido puro (no mezclado) es en esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia en su estado sólido, y se puede definir como la temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio. El punto de solidificación de la mayoría de las sustancias puede elevarse aumentando la presión. No obstante, en sustancias que se expanden al solidificarse (como el agua), la presión rebaja el punto de solidificación.

PUNTO DE EBULLICIÓN Y PUNTO DE CONGELACIÓN: Tanto la elevación del punto de ebullición como el descenso del punto de congelación son proporcionales al descenso de la presión de vapor, siempre que sólo se consideren disoluciones diluidas de solutos no volátiles. Para una masa fija de 1 kg de disolvente, el cambio de temperatura viene dado por : δT = Km/M


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Donde m es la masa de soluto, M la masa molecular relativa del soluto y K la constante ebulloscópica o crioscópica, característica de cada disolvente.

Descenso del punto de congelación de las soluciones: Al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una temperatura en la cual un solvente sólido comienza a separarse. La temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto de congelación de la solución, que de una manera más general se define como aquella temperatura en la cual una solución particular se halla en equilibrio con el solvente sólido. Las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto de congelación de una solución es, otra vez, una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto. Para darnos cuenta de este hecho, consideremos el diagrama de presión de vapor-temperatura en el cual AB es la curva de sublimación del solvente sólido, mientras que CD es de presión de vapor del líquido solvente puro. En el punto de congelación de este último, se hallan en equilibrio la fase sólida y la liquida y en consecuencias ambas deben poseer idéntica presión de vapor. El único punto de la gráfica en la cual ambas formas del solvente puro tienen igual presión de vapor es en B, intersección de AB y CD, y, por tanto, To, que corresponde a B, debe ser el punto de congelación del solvente puro. Cuando en este se disuelve un soluto, hay un descenso de la presión de vapor de este ultimo, y ya no hay equilibrio a To, sino que se alcanza de nuevo cuando la curva de presión de vapor de la solución, corta la de sublimación, y entonces


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tendremos el punto de congelación de la solución. Como la curva de

presión de vapor de la solución, EF, queda debajo de la del solvente puro, la intersección de EF y AB tiene lugar solamente en un punto tal como E para el cual la temperatura es menor que To. De aquí que cualquier solución deba tener un punto de congelación T, menor que la del solvente To.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL A) Materiales y reactivos : -

Aparato crioscópico de beckmann.

-

Termómetro


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-

Pipeta aforada de 25ml

-

Vasos

-

Solvente orgánico

-

Soluto: naftaleno, p-diclorobenceno ó p-nitrotolueno

B) Determinación del peso molecular de un soluto en solución: - Calibrar el termómetro Beckmann a una escala de temperatura adecuada, siempre en cuando de acuerdo al punto de congelación del solvente, lo cual utilizamos para ello un baño de temperatura que se encuentre a la temperatura de congelación del solvente. - Armar el equipo adecuadamente y con los materiales bien limpios y secos, sobre todo la pipeta aforada, ya que con esta se realiza la medición del volumen del solvente quien se debe encontrar puro. - Vierta 25ml del solvente en un tubo y coloque el termómetro Beckmann calibrado y el agitador. - Colocar el tubo dentro de la chaqueta de aire como se muestra en la figura siguiente.

- Sumergir todo este conjunto en un baño de enfriamiento que debe encontrarse a una temperatura 5º menor que la temperatura de cristalización del solvente.


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- Agite suavemente el contenido del tubo, y lea la temperatura cada 20 segundos desde 6ºC, hasta obtener varios valores constante, que corresponden al punto de congelación del solvente puro. - Retire la chaqueta de aire y funda el solvente, mediante calentamiento con las manos. - Pese de 0.4 a 0.8g de soluto y agréguelo al tubo que contiene al solvente. - Agite la mezcla hasta disolver completamente el soluto y luego coloque el tubo en la chaqueta de aire. - Determine el punto de congelación de la solución repitiendo el quinto y sexto paso. Tener presente que la solución no congela a temperatura cons

TABLA DE DATOS P(mmHg) T(ºC) HR

756 21 91%

Medición de la temperatura a intervalos de 20 segundos para el Ácido Acético puro Se considera un volumen total de 25 mL


T ( segundos)

T ( °C)

0 20 40

6.00 5.85 5.50

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60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960


5.00 4.80 4.60 4.50 4.40 4.20 4.01 3.82 3.67 3.65 3.55 3.45 3.30 3.25 3.19 3.10 3.00 2.90 2.87 2.82 2.76 2.62 2.55 2.49 2.43 2.39 2.34 2.29 2.15 1.96 1.87 1.80 1.79 1.79 1.76 1.74 1.72 1.60 1.50 1.47 1.46 1.45 1.33 1.27 1.22 1.15

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980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340

1.10 1.09 1.08 1.03 1.02 1.10 2.10 2.69 2.91 3.05 3.10 3.13 3.15 3.17 3.17 3.18 3.18 3.18 3.18

Medición de la temperatura a intervalos de 20 segundos para el Ácido Acético con un soluto desconocido Se considera un peso de soluto de 0.4410g


T ( segundos)

T ( °C)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

6.00 5.37 5.03 4.75 4.47 4.35 4.20 4.03 3.92 3.80 3.69 3.60 3.50 3.37 3.28 3.18 3.15 3.12 3.06 3.01

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400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1300


2.94 2.86 2.79 2.70 2.62 2.51 2.45 2.36 2.26 2.19 2.10 2.03 1.91 1.85 1.79 1.72 1.67 1.62 1.57 1.52 1.48 1.42 1.39 1.35 1.32 1.29 1.26 1.22 1.19 1.16 1.14 1.19 1.22 1.24 1.23 1.23 1.23 1.23 1.23 1.23 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.23

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1320 1340 1360 1380 1400 1420 1440 1460

1.21 1.17 1.15 1.10 1.09 1.07 1.04 1.00

EJEMPLO DE CÁLCULOS Cálculo del peso del solvente a utilizar: Se usó 30 ml de Acido Acético y conociendo su densidad a 22°C hallaremos su peso ρ 22ºC

V (ácido)

= 1.04798 g/mL = 25 mL

W (solvente) = ρ 22ºC x V (mL) = 1.0468 g/mL x 25 mL = 31.404 g

Cálculo del peso molecular del soluto desconocido:


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Conociendo la fórmula: M = 1000 K f w2 w1 ∆ T Donde: M = peso molecular del soluto K f =constante crioscópica W1 = peso del solvente W2 = peso del soluto ∆ T

= diferencia de T

Reemplazando en la fórmula: M = 1000 x 3.9 g°C/mol x 0.4410g 26.1995g x0.75°C M = 87.53 g/mol Los datos de tres compuestos posibles son: M (naftaleno) = 128.18 g/mol M (paradiclorobenceno) = 147.0042 g/mol M (nitrotolueno) = 137.1 g/mol El porcentaje de error del peso molecular hallado comparándolo con las muestras y el que nos de menor % de error corresponderá al soluto. % Error (naftaleno) = 128.18 g/mol -87.53g/mol 128.18 g/mol

X 100

% Error (naftaleno) = 31.7 % Error (paradiclorobenceno) = 147.01g/mol -87.53 g/mol X100 147.01 g/mol % Error (paradiclorobenceno) = 40.5 % Error (nitrotolueno) = 137.1g/mol -87.53 g/mol X100 137.1 g/mol % Error (nitrotolueno) = 36.2 Al presentar menor porcentaje de error es con el naftaleno.


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CONCLUSIONES 

Cuando se realiza la práctica, la temperatura desciende gradualmente hasta que aparece el sólido y la primera temperatura estable se anota como el punto de congelación.



El punto de congelación de una solución no es la temperatura a la cual la solución como un entero se convierte en una masa sólida, sino que es la temperatura donde la solución comienza a depositar el solvente al estado sólido.



Cuando tiene lugar un gran sobre- enfriamiento, la subsiguiente congelación de la solución trae como resultado la separación de una gran cantidad de solvente al estado sólido y la solución se torna considerablemente más concentrada que la original.



Se puede concluir que el punto de congelación de un solvente es directamente proporcional a la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.

RECOMENDACIONES



Para el aumento de la exactitud de la medición de ∆T es cómodo utilizar solventes con valores grandes de K f , como por ejemplo el alcanfor y el canfeno, los cuales en los últimos años encuentran gran aplicación.


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

Se

debe

mantener

la

agitación

constante

para

que

la

temperatura sea constante en todo el sistema. 

Para obtener resultado digno de confianza con el método del punto de congelación es necesario que solo se separe el solvente puro cuando la solución se congela y que el enfriamiento excesivo sea evitado.



A veces es necesario introducir un pequeñísimo cristalito del solvente

sólido

con

el

objetivo

de

prevenir

el

sobre-

enfriamiento. 

Sin embargo con todo lo expuesto en los puntos anteriores los mejores resultados se tienen no pesando el soluto para dar una concentración definida, sino analizando la solución que se halla en equilibrio con el soluto sólido; bajo esas condiciones, el sobre-enfriamiento de la solución no introduce dificultades.

APENDICE CUESTIONARIO 1.- Defina el concepto general de una propiedad coligativa. Cuando las propiedades en cuestión sólo dependen del número de moléculas existentes en la unidad de volumen, sea cual fuere la naturaleza de las mismas. El ejemplo más típico es la presión de los gases. También en una solución líquida el descenso de la tensión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la depresión del punto de congelamiento y la presión osmótica, son todas propiedades coligativas, es decir que dependen exclusivamente de la concentración molecular de la sustancia repartida en la solución, sin importar la naturaleza de la sustancia disuelta. 2.- Indique para que tipo de soluciones es aplicable el método crioscópico.


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Se debe tomar soluciones en donde el solvente debe poseer constante de descenso de punto de congelación elevado. También se debe tener en cuenta que el solvente debe poseer reactividad química y también debe presentar solubilidad con el soluto con que se trabaje. Una solución acuosa diluida de un soluto no ionizado, como la urea o la glucosa, pueden permitir determinar con precisión las masas moleculares relativas. En el caso de solutos ionizados, las medidas pueden llevar a una estimación del porcentaje de ionización que tiene lugar.

Las

modificaciones

debidas

a

solutos

gaseosos

son

despreciables.

BIBLIOGRAFÍA 1.-

P

W.

Atkins,

Fisicoquimica

Iberoamericana, Pág.

,

Editorial

Adisson

Wesley

200-203.

2.-Pons Muzzo, Fisicoquímica, Editorial UNIVERSO, Pág. 294-298 3.-Farrington Daniells, Tratado moderno de fisicoquímica, Editorial HASA,

Págs. 208-213

4.- H. C. CrocKford, Fundamentos de Fisicoquimica, Compañía Editorial

Continental ,2da edición, Pag 138-141.


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