UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, decana de América)
Facultad de Química e Ing. Química Depatament! Acad"mic! de Fi#ic!$uímica La%!at!i! de Fi#ic!$uímica
DE&ERMINACION CRIOSCO'ICA DEL 'ESO MOLECULAR 'ROFESORA( CONSUELO CARASAS ALUMNO( •
NAV NAVARRO MEZA, M EZA, JEANPEARE JEANP EARE ERAR!O "#$%$"&'
FEC)A DE REALI*ACION( &%"$&$" FEC)A DE EN&RE+A( $*""&$"
CIUDAD UNIVERSI&ARIA, NOVIEM-RE DEL /01
RESUMEN El presente informe tiene como objetivo principal determinar el peso molecular de un soluto disuelto en un solvente mediante el método crioscópico. En la primera parte de este informe calcularemos el peso molecular de un compuesto orgánico. Al agregar el soluto en un solvente puro (agua fría o hielo), se producirá un descenso de temperatura en su punto de congelación (menor a los !"). Esto se e#plica por la propiedad coligativa $ue son a$uellas propiedades de una disolución $ue depende %nicamente de la concentración, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales (concentración molal & m ). Al me'clar , el punto de congelación bajara el hielo se derretirá rápidamente .ese a aparentar haberse perdido el frio, la me'cla formada estará en realidad a unos cuantos grados bajo cero será mucho efectiva para enfriar $ue los cubos de hielo sólidos por tener maor área de contacto , la disolución , enfriara mejor $ue los cubitos de hielo. ara la segunda parte de la e#periencia solo seguiremos unas normas para una adecuada calibración del *ermómetro de +ecmann.
&
INTRODUCCIÓN -abemos $ue las sustancias puras tienen puntos de fusión ebullición fijos. or el contrario las me'clas homogéneas no tienen puntos de fusión ebullición fijos, sino $ue dependen de la proporción en la $ue se encuentren sus componentes (soluto disolvente). El agua pura funde a !", pero al aadirle sal se forma una disolución el punto de fusión baja por debajo de los !". A maor cantidad de sal aadida, maor será la bajada de temperatura (descenso crioscópico). Algunas aplicaciones de este método seria cuando echan sal a las carreteras para $ue no se forme hielo. /a e#plicación a esto reside en $ue cuando disolvemos una sustancia en agua, el punto de fusión de esta desciende (descenso crioscópico). Esta disolución de agua sal posee un punto de congelación menor $ue esos !", puede llegar a descender hasta los 012!". 3tros ejemplos conservar los alimentos a baja temperatura, evitar el desarrollo microbiano, aumentar la vida %til de los alimentos, etc.
*
OBJETIVOS 4eterminar el peso molecular de un soluto disuelto en un solvente mediante el método crioscópico o del descenso del punto de congelación.
PARTE TEÓRICA El punto de congelación de un solvente disminue cuando una sustancia se disuelve en él, esta disminución es proporcional a la concentración molal de la sustancia disuelta, seg%n la ecuación5
△ T Kfxm (6) =
4onde la concentración molal (m) está dada por la e#presión5
m=
1000 xW 2
W 1 xM
(1)
*eniendo en cuenta las ecuaciones (6) (1), es posible calcular el peso molecular del soluto cuando un peso conocido de este se disuelve en un peso conocido de solvente, mediante la siguiente ecuación5
M =
1000 KfxW 2
W 1 △ T
4onde5 75 peso molecular del soluto 865 eso en g del solvente
+*5 descenso del punto de congelación 9f5 constante de crioscópico 815 peso en g del soluto
'
(2)
/a constante crioscopica 9f , depende de las características del solvente se calcula utili'ando la siguiente ecuación5
2
RxMsx Tf Kf (:) 1000 x △ Hf =
4onde5 7s5 eso molecular del solvente ;5 constante universal de los gases
+
Termómetro de Beckmann /os termómetros diferenciales +ecmann se emplean para medir pe$ueas diferencias de temperatura en el rango desde 01 hasta 6= !" mediante la regulación del volumen de mercurio en su sistema de medición $ue obliga al uso de un factor de corrección. -us aplicaciones son m%ltiples, por ejemplo, para determinar la naturale'a de un soluto mediante la medición de la depresión del punto crioscópico de la disolución, también se emplean ampliamente en mediciones calorimétricas. Está construido de suerte $ue una parte del mercurio del bulbo puede ser trasladada a un depósito de manera $ue lleve el e#tremo de la columna de mercurio a la sección graduada para las 'onas de temperaturas en $ue se han de medir las diferencias.
#
PARTE EXPERIMENTAL Matera!e" # react$o"% a) Aparatos.0 Aparato crioscópico de +ecmann, termómetro pipeta volumétrica de 1= m/. •
• •
b) ;eactivos.0 -olvente 5agua -oluto5 compuesto orgánico -al com%n • • •
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4eterminación del peso molecular de un soluto en solución.5 En un vaso grande se introdujo hielo con sal hasta alcan'ar una temperatura menor de ℃ , en el laboratorio se alcan'ó una temperatura de 06= ℃
apro#.
/uego se
introduce un tubo en el cual se vertieron 1=ml de agua se tapó el tubo con un tapón bihoradado donde en uno de los agujeros se introdujo el crioscópio de +ecmann en el otro el agitador teniendo cuidado $ue el crioscópio de +ecmann pase por el centro del agitador sin $ue este se atra$ue con el agitador. El vaso se tapó con un tapa de metal por donde se introdujo otro agitador el cual mantenga la solución de agua helada a una temperatura constante menor de ℃ . Enseguida se esperó $ue el mercurio llegue a la marca de en el instrumento de +ecmann se empe'ó a tomar mediciones del descenso cada 2 segundos hasta lograr $ue este sea constante apro#imadamente, seg%n la e#periencia a los > segundos. ?na ve' reali'ado esto se pesó ,16g de urea la cual se disolvió en el tubo $ue contiene el agua ahora congelada, se calentó con el calor de las manos antes de disolver la urea. ;eali'ado esto nuevamente se introdujo el tubo en el vaso se verificó $ue la temperatura permane'ca inferior a lo medio, si no es así agregar más hielo sal, nuevamente se midió el descenso del mercurio pero esta ve' a partir de la marca cada 2 segundos, obteniendo los datos seg%n las tablas $ue se muestran a continuación.
TABULACIÓN Condcone" de !a&oratoro% resión
>=@mm
*emperatura
2B
Ta&!a 'ara e! "o!$ente '(ro )a*(a+% t )"+
T) ,C+
=.>
@
2
2 @
%
2.@ C
@ @
1. C
2
@
2.1
2
6.
2
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2
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C
2.@6
6
2.@6
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6
2.=C
11
2.=C
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6
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6
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@@
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t
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T ),C+
@
2 .=>
2.=
Ta&!a" de re"(!tado"% 7teórico
7e#perimen. B de error
@gDmol
:@.>2gDmol
Tc)"o!$ente Tc)"o!(cón + + ℃
0.1= ℃
11.6B
∆ T
.1= ℃
C-LCULOS a) rafi$ue en papel milimetrado los datos de temperatura en función del tiempo. /as gráficas se ane#an al final del informe. ara el solvente5 T./0123
SOLVEN&E 'URO 2A+UA3 % # '
&EM'ERA&URA24C3 * & " $
$
"$$
&$$
*$$
'$$
#$$
$$
%$$
$$
&IEM'O2S3
ara la solución5 T4/0156
SOLUCI5N % # '
&EM'ERA&URA24C3
* & " $
$
&$$ '$$ $$ $$ "$$$ "&$$ "'$$
&IEM'O2S3
-
∆ T T 1 T 2 =
−
=
3.89 −3.57= 0.32
b) 4e los gráficos anteriores determine los puntos de congelación del solvente la solución, el ∆ t. ara el solvente su punto de congelación es5 * cF ℃ . ara la solución es5 ∆ T c = K solvente xmolalidad
molalidad =
1000 x 0,2010 gr 25 grx 60 gr
mol
=0.134 mol / kg
.
Entonces5 ∆ T c =1,86
℃ kg
mol
x 0,134
mol =0.25 ℃ kg
"omo el agua se congela a ℃ entonces el punto de congelación de la solución se calcula como ℃ 0.1= ℃ F0.1= ℃ . c) "alcule el peso molecular del soluto disuelto usando la Ecuación (6). M =
1000 K W 2
W 1 ∆ T
…(1 )
or medio de las gráficas el
1000 ×
M =
∆ T =T 1 −T 2=3.89 −3.57 = 0.32
1,86 ℃ kg
× 0,2010 gr mol = 46.73 g / mol 25 gr.× 0.32 ℃
d) 7ediante el B de error de este valor con respecto a los valores teóricos, identifi$ue la muestra problema.
"$
60
%error =
g g − 46.73 mol mol =22.1 g 60 mol
"omo la muestra $ue se utili'o es la urea su peso molecular es5 @gDmol.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS El porcentaje de error obtenido de 11.6B indica $ue la medición de la temperatura en el termómetro de +ecmann no fue precisa $ue no toda la urea se disolvió en el disolvente. "on respecto a las gráficas en la gráfica para el solvente puede notarse $ue la *6 se mantuvo constante seg%n lo establecido en la teoría para la gráfica de la solución la *1 se pudo hallar prolongando el ligero descenso de la temperatura concordando también este comportamiento con lo establecido en la teoría. El punto de congelación de la sustancia disminuó debido a $ue la presencia del soluto, este resultado concuerda con lo establecido en la teoría. *c del agua es ℃ de la solución resulto 0.1= ℃ .
CONCLUSIONES -
-
/a temperatura de congelación del agua es una de sus propiedades coligativas debido a $ue esta desciende cuando una sustancia, como la urea, se disuelve en ella. El punto de congelación del agua disminuo cuando se disolvió la urea en ella /a gráfica para el solvente indica $ue un momento determinado toda la sustancia se ha congelado por lo $ue a no varía la temperatura medida. /a gráfica para la solución tiene un ligero descenso debido a $ue en el solvente se encuentra congelada otra sustancia lo $ue hace su punto de congelación del solvente disminua.
RECOMENDACIONES - Antes de empe'ar con la práctica en el laboratorio tener presente $ue el termómetro de +ecmann debe estar correctamente calibrado.
""
-
"on el agitador para el vaso grande constantemente estar agitando el bao de temperatura fría de manera $ue se pueda distribuir toda la sal por todo el agua logrando el efecto de descenso de temperatura uniforme en toda la muestra.
BIBLIO7RA89A -
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CUESTIONARIO a+ De:na e! conce'to *enera! de (na 'ro'edad co!*at$a1 -on las propiedades de una disolución $ue dependen %nicamente de la concentración de soluto disuelto en esta no de su naturale'a. Estas propiedades están relacionadas con la presión de vapor.
&+ E;'!<(e !a d:erenca de !a" 'ro'edade" co!*at$a" entre "o!(cone" de e!ectro!to" # no e!ectro!to" /as propiedades coligativas(o propiedades colectivas) son propiedades $ue dependen sólo del n%mero de partículas de soluto en la disolución no de la naturale'a de las partículas del soluto. *odas estas propiedades tienen un mismo origen, todas dependen del n%mero de partículas de soluto presentes, independientemente de $ue sean átomos, iones o moléculas. /as propiedades coligativas son la disminución de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la disminución del punto de congelación la presión osmótica. ara el estudio de las propiedades coligativas de disoluciones de no electrólitos es importante recordar $ue se está hablando de disoluciones relativamente diluidas, es decir, disoluciones cuas concentraciones son L.1 7. or ejemplo una disolución acuosa de un electrolito (por ejemplo, Ka"l) presenta un punto de congelación más alto $ue la disolución de una sustancia no0electrolito (por ejemplo urea o sacarosa) de la misma molalidad.
"&
c+ Lmtacone" de! m=todo cro"co'co en !a determnacón de 'e"o" mo!ec(!are"1 /a depresión del punto de congelación o método crioscopico es semejante a la técnica ebullometrica en varios aspectos. /os puntos de congelación del disolvente la disolución con frecuencia se comparan sucesivamente. -in embargo, las limitaciones del método parecen ser menos importantes $ue en la ebullometria, debiéndose controlar cuidadosamente el subenfriamiento. /a utili'ación de un agente de nucleación $ue suministre una cristali'ación controlada del disolvente es, en este sentido, una auda adecuada. -e obtienen resultados bastante buenos para pesos moleculares hasta 2. or otra parte, la carencia de e$uipos comerciales ha dado lugar al abandono de este método, a pesar de las ventajas de simplicidad facilidad de operación.
"*
