PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL DEL ECUADOR ECUADOR ESCUELA DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO QUÍMICA ORGÁNICA #04 DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DEL SOLUTO POR CRIOSCOPIA NOMBRE: Mercedes Rodríguez FECHA: 31-08-11 1. Objetivo: Determinar la masa molecular de un soluto a partir de la medida del descenso crioscópico mediante el descenso del punto de congelación. Determinar el punto de fusión/congelación del solvente puro.
En este laboratorio logramos descubrir el peso molecular del soluto a través de la constante crioscopía de una solución, en nuestro caso como solvente utilizamos el naftaleno y el soluto es la incógnita
Vamos a utilizar las diferentes temperaturas a la cual estas sustancias llegan a el punto de congelación una vez que están sus presiones igualadas la del ambiente y la de la sustancia retiramos y vamos tomando en cuenta intervalos de un minuto, una vez la primera sustancia volvemos a calentar y le introducimos el soluto aplicando lo mismo de la anterior parte, anotamos las medidas, realizamos una grafica, en la cual podemos observar la curva de enfriamiento y vamos a llegar a observar el equilibrio entre la fase liquida y la fase solida, de dicha solución, y la diferencia de grados nos da el incremento de la temperatura de la solución en nuestro caso tenemos 4, averiguamos la constante crioscopía que es de 6,9 ⁰C en cada mol, teniendo estos datos y la masa de cada sustancia podemos obtener el peso molecular de la sustancia el cual nos da 172,5 ⁰C/mol
2. Resumen: En la práctica se determino la masa molecular de un soluto (naftaleno) a partir de la medida del descenso crioscopico. Se utilizo naftaleno y una muestra el cual es que se va a determinar. En primera instancia se peso el solvente puro naftaleno se funde en baño María ya disuelto se tomo varias temperaturas cuando la sustancia se congelaba o solidificaba y se observo dos lecturas constantes luego se peso y se coloco el soluto ya disueltos se realizo baño maría y se tomo varias temperaturas de igual manera se observo dos tiempos constantes, se puedo verificar que las soluciones congelan a temperaturas inferiores a las del solvente puro, este hecho es una consecuencia de la disminución de la presión de vapor ocasionado por dicho soluto y esto se explica mediante el hecho que el punto de congelación de la solución la presión de vapor del solido debe ser igual a la presión de vapor del liquido con el que está en equilibrio. Pero como la solución ha bajado su presión de vapor (con respecto al líquido puro) el sólido deberá formarse a una temperatura inferior a este hecho se lo conoce como descenso crioscopica, y también que cuanto mayor sea la cantidad de soluto añadida al liquido, mayor será también el descenso crioscopico de la disolución.
3. Introducción Las propiedades coligativas de las disoluciones dependen de la cantidad de sustancia disuelta (soluto) en relación a una cantidad dada de disolvente y son independientes de la naturaleza del soluto. Un aspecto fenomenológico que exhiben las disoluciones diluidas es aquel que hace referencia a la disminución de su temperatura de solidificación, o descenso crioscópico, respecto de la temperatura de solidificación del disolvente puro (fig. 1). Este fenómeno es una de las propiedades coligativas de las disoluciones diluidas de solutos no volátiles que pueden medirse con mayor facilidad. Figura 1. Diagrama p-T para el disolvente puro (trazo grueso) y la disolución (trazo fino) Puede demostrarse que, para disoluciones diluidas en las que el soluto ni se asocia ni se disocia, el descenso crioscópico viene dado, en valor absoluto, por (1) donde m representa la molalidad de la disolución (número de moles de
soluto por 1000 g de disolvente) y (2), es la constante crioscópica,
siendo Tf la temperatura de congelación del disolvente puro y lf su calor latente de fusión por unidad de masa. La constante crioscópica kc es una magnitud característica del disolvente y no depende de la naturaleza del soluto. Para el agua destilada, kc = 1.86 K kg mol-1 Si se disuelven m2 gramos de la sustancia problema en m1 gramos de disolvente, la molalidad es (3) siendo M2 la masa molecular del soluto. De las ecuaciones. (1) y (3) se obtiene: (4). Midiendo el descenso crioscópico se puede calcular M2 a partir de la ecuación. (4) El punto de congelación de un disolvente disminuye cuando una sustancia se disuelve en el, esta disminución es proporcional a la concentración molecular de la sustancia disuelta. En consecuencia es posible calcular el peso molecular de la sustancia disuelta teniendo en cuanta el punto de congelación producida cuando un peso de sustancia es disuelta en un peso conocido de disolvente. La relación entre variables es la siguiente: Donde: ( )
La constante crioscopica conocida tambien como disminución molecular, depende exclusivamente de las características propias fisicoquímicas del disolvente. Mediante la disminución en grados ºC del punto de congelación,
cuando 1 gramos de soluto en 100 gramos de disolvente se puede determinar la constante utilizando la formula: Donde: Cuando una sustancia como naftaleno se disuelve en un disolvente naftalina, la presión de vapor del disolvente disminuye, como resultado, el punto de congelación, el punto de ebullición y la presión osmótica del liquido disolvente sufren una variación. La magnitud de estos cambios solo dependen del numero de partículas del soluto y no de la naturaleza (propiedades fisicoquímicas) del soluto. La propiedades del disolvente que solo dependen del numero de partículas del soluto en la solución se denominan Propiedades coligativas. Es importante que el soluto no se disocie, de tal manera que el número de moléculas de soluto en la solución sea igual al número de moléculas añadidas.
4. PARTE EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS
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DIAGRAMA DEL EQUIPO
Naftaleno C10H8 Muestra B Tubo de ensayo de 25 * 200 mm Agitador circular de vidrio Termómetro digital -10 a 400°C Tapón de caucho dos perforaciones Reverbero 1 Brazo ajustable con muelle Balanza analítica +- 0.01g Vaso precipitado 400mL Soporte universal Anillo soporte de acero Malla
PROCEDIMIENTO A: - Pesar el tubo de ensayo de 25 cm. Limpio y seco. - Colocar en el tubo y pesar de 10 a 15 gramos de naftaleno y utilizar un tapón con dos orificios, por los cuales atravesará un termómetro y un agitador circular. - Colocar el tapón en el tubo cuidando que el bulbo del termómetro se mantenga a 1 cm de la base y sumergido en el sólido, igualmente el agitador.
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Sujetar el tubo a un brazo y soporte e introducirlo en un baño de agua calentar, utilizando mechero o reverbero, hasta que el naftaleno funda completamente, anote el inicio y el fin de la fusión e igualmente la temperatura a la cual aprecie la mitad del sólido fundido. Retire el baño de agua, prosiga agitando y lea la temperatura cada minuto hasta una temperatura de 70oC. Anote la temperatura de solidificación Pesar de 1 a 1.5 gramos de muestra problema, fundir rápidamente el naftaleno en el baño de agua y retirar el tapón. Colocar la muestra cuidadosamente sobre el naftaleno líquido, agitar y dejar enfriar. Repetir el procedimiento calentando en un baño de agua y anotando las temperaturas de inicio y fin de la fusión de la mezcla, igualmente apreciar y anotar la temperatura a la que la mitad de la mezcla se encuentre en el estado líquido. Retirar el tubo de baño de agua, proseguir la agitación y registrar las temperaturas cada minuto hasta alcanzar los 70 oC Graficar tanto el enfriamiento del naftaleno como el de la mezcla. Las temperaturas en la ordenada y el tiempo en la abscisa.
5. RESULTADOS:
Sustancia antipolilla
Fórmula estructural
Naftaleno
Fórmula química
Peso molecular (g/mol)
C10H8
128,2
Punto de Punto de fusión ebullición (ºC) (ºC) 80
218
m tubo vacio= 31.32 g m tubo con naftaleno= 41.33 g m naftaleno=10.01 g m muestra B =1.01 g
Tiempo t(min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Naftaleno puro T0 =68.7ºC T1/2solido-liquido= 79.8ºC Tf = 87.2ºC 84.9 79.4 mitad liquido solido 77 75.4 74.1 73 71.7 70.5 69
Mezcla naftaleno-muestra B T0 =62.8ºC T1/2solido-liquido= 75.2ºC Tf = 87.7ºC 82.3 76.6 75.9 mitad solido liquido 74.5 74.5 72.6 71.2 70 68.7
Teniendo estos datos de la temperatura podemos apreciar que el naftaleno llega a estar un momento en una temperatura constante en los primeros minutos a los 84.9 C y la muestra A llega a tener una temperatura constante a los cuatro y cinco minutos de 75.4 C. Teniendo estos datos y el peso de cada uno de los compuestos que utilizamos, podemos determinar el peso molecular de la muestra y saber de qué se trata ⁰
⁰
Para poder determinar el peso molecular del soluto vamos a utilizar la siguiente formula de la disminución del punto de congelación.
Datos obtenidos: Masa de naftaleno (g1) Masa de muestra B (g2) Temperatura de solidificación del naftaleno (t0) Temperatura de fusión de la solución (t) Descenso del punto de solidificación ( t0 – t) Constante crioscopica del naftaleno Kc 1.01g muestra B
X = PM = 158.23 ⁄
= 10.01 g = 1.01 g = 79.6ºC = 75.2ºC = 4.4ºC = 6.8ºC/mol
10.1g naftaleno PM = 128.2
⁄
X= 1g MUESTRA A Y= 10g NAFATALENO ΔT=79.6 –
75.2 = 4.4ºC
Kc del naftaleno=6,9 C/mol ⁰
⁄
⁄
En este caso podemos observar que la diferencia de temperatura tomamos en cuenta siempre la temperatura del solvente y la temperatura del soluto en nuestro caso el solvente el naftaleno y el soluto es desconocido para llegar a la formula aplicamos algunas definiciones de las propiedades coligativas del descenso del punto de congelación y así podemos llegar a determinar que el peso molecular de esta sustancias es de 158.23g/mol Así llegamos a tener la formula pero podemos obtener otros valores como observamos podemos obtener el incremento de dicha sustancia, la constante crioscopia o la masa del soluto. Puede ser que no nos salga el peso molecular de la sustancia que es, pero esto podemos darlo a conocer debido a que existen algunos factores externos que llegan a no permitir que dicho peso salga correctamente ya sea las impurezas de la reacción, la llama no era la apropiada para esta sustancia o los termómetros se pegan a la superficie del vidrio entonces debes de tomar en cuenta la temperatura de la sustancia se llega a tomar la temperatura del vidrio y esto cambia. Podemos suponer que el compuesto es el acido benzoico, por el olor que se desprendía el momento de fundir este compuesto. ⁄
1 mol muestra-B -3 X = 6.38*10 mol
158.23
1 Kg naftaleno X = 0.01mol naftaleno
1000g 10.1g
1.01 g
Temperatura fusión 79.6ºC solvente Temperatura fusión soluto 75.2ºC
Descenso crioscopico ºC
Masa de naftaleno Wsvte Masa de muestra B Wsto
10.01g 1.01g
Masa molar del acido benzoico
Constante crioscopica de naftaleno
6.8ºC g/mol
( ) ( )
⁄
⁄
Se observa en la tabla que el punto de congelación de un disolvente disminuye cuando una sustancia se disuelve en el, esta disminución es proporcional a la concentración molecular de la sustancia disuelta. En consecuencia es posible
calcular el peso molecular de la sustancia disuelta teniendo en cuanta el punto de congelación producida cuando un peso de sustancia es disuelta en un peso conocido de disolvente.
6. Discusión - La constante crioscopica representa el descenso en el punto de congelación para soluciones de concentración 1 molal, por lo cual se puede decir que la magnitud de no solo depende de la concentración molal de la solución, sino también de la naturaleza del solvente, ya que el valor de la constante es diferente para cada uno de ellos como el naftaleno es de 6.9ºC/mol y la del agua es de 1.86ºC/mol. - Para el naftaleno, la relación existente entre el descenso de la temperatura de fusión y la molalidad de la solución es de 4.4ºC, valor que representa a constante crioscopica ( ). - A partir del punto de fusión observado y conociendo el punto de fusión del solvente puro y la constante crioscopica de este es posible determinar la masa molecular del soluto que da . - El punto de congelación de una sustancia pura desciende cuando a la sustancia se le adiciona un soluto cuando estaba el solvente puro T 1=79.6ºC y disminuye cuando se le coloca el soluto y da T2= 75.2ºC - Se puede decir que las soluciones congelan a temperaturas inferiores a las del solvente puro, este hecho es una consecuencia de la disminución de la presión de vapor ocasionado por dicho soluto y esto se explica mediante el hecho que el punto de congelación de la solución la presión de vapor del solido debe ser igual a la presión de vapor del liquido con el que está en equilibrio. Pero como la solución ha bajado su presión de vapor (con respecto al líquido puro) el sólido deberá formarse a una temperatura inferior. - Es posible aplicar el método de crioscopico para la determinación del peso molecular para disoluciones que contengan solutos volátiles, tales como el alcohol, ya que el punto de congelación de una disolución depende de ka presión de vapor del disolvente. Este método es fácil aplicar, y se conduce a resultados de gran exactitud para disoluciones de moléculas pequeñas o de bajo peso molecular. 7. Conclusiones - Podemos llegar a la conclusión que el punto de congelación es el equilibrio que existe entre la fase liquida y la fase solida de dicha sustancia - Que las propiedades coligativas de las soluciones son aquellas que dependen de la concentración del soluto, no guardan una relación con la naturaleza de sus componentes. - Las propiedades coligativas aplicamos para soluciones diluidas, para determinar el peso molecular del soluto desconocido como fue nuestro caso. - El descenso crioscopico o descenso del punto de congelación de una solución diluida depende de la concentración de soluto y del tipo de solvente utilizado. - El punto de congelación de una sustancia pura desciende cuando a la sustancia se le adiciona un soluto. - Cuando aumenta la concentración del solvente dentro del soluto, el tiempo transcurrido para que alcance la temperatura de congelación tendrá que ser mayor.
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Cuando aumenta la concentración del solvente dentro del soluto, el tiempo transcurrido para que alcance la temperatura de congelación tendrá que ser mayor. Y tambien que al disminuir el punto de congelación aumenta la temperatura de ebullición. Estos valores se encuentran contenidos en tablas que representan los diagramas de equilibrio sólido - líquido.
8. Bibliografía: Reymon Chang(1992), Quimica, Edicion cuarta, Ed. Mc GRAW-HILL Kenneth W.(2004), Quimica General, Edicion segunda, , Ed. Mc GRAW-HILL CAREY, Francis, (1999). Química Orgánica. Tercera edición. Ed Mc Graw Hill. BRICEÑO, Carlos. (1994), Química General. Ed Panamericana. Mexico LOZANO, Luz Amparo (1993). Manual de laboratorio de Química Orgánica. UIS.
