UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERÍA EN ALIMENTOS INGENIERÍA BIOQUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL NOMBRE: Jessica Figueroa Jerez felix Brayan Pinchao
DOCENTE: Quimico Lander Perez AYUDANTE: Edgo. Juan José Burbano FECHA: 29 de enero de 2015
SEMESTRE: Segundo Bioquímica “U” “DETERMINACION DEL PESO MOLECULAR DE UNA SUSTANCIA POR EBULLICIÓN” INTRODUCCIÓN. La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica. Cualquier disminución en la presión de vapor como al añadir un soluto no volátil producirá un aumento en la temperatura de ebullición. La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. Este aumento en la temperatura de ebullición (DTe) es proporcional a la concentración molal del soluto: DTe = Ke m. Según la ley de Raoult, las disoluciones equimoleculares en un mismo disolvente poseen no solo el mismo punto de solidificación, sino también el mismo punto de ebullición. En consecuencia, se puede determinar la masa molecular de un compuesto desconocido de forma análoga, midiendo el descenso de la presión de vapor o, más sencillamente, el aumento proporcional del punto de ebullición. La constante ebulloscópica E (un ml de sustancia en 1000g de disolvente) es, en general, menor que la constante crioscópica E. (Hans B, Wolfgang W. 1987.) La adición de un soluto en una disolución produce un aumento de la temperatura de ebullición que es directamente proporcional al cociente entre la cantidad de sustancia 𝑛 de soluto y la masa de disolvente expresando en kilogramos: ∆𝑡 = 𝑘. . El cociente 𝑚 (𝑘𝑔)
(𝑚
𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒
) recibe el nombre de molalidad .al investigar incrementos de
temperatura de ebullición en función de la molalidad se obtiene una recta que representa la constante ebulloscópica, que el incremento de temperatura de ebullición del disolvente por mol de soluto disuelto añadido por kg de disolvente. Lo mimo se puede decir de la congelación del disolvente, con la única diferencia de tratarse de la temperatura de solidificación en lugar de aumento. La constante para la congelación recibe el nombre de constante crioscópica. (Burbano S, Gracia C. 2003.)
OBJETIVOS General Determinar la masa molecular de un soluto desconocido aplicando la propiedad coligativa ebulloscópica o punto de ebullición. Específicos Observar las reacciones que ocurren en el tubo de ensayo e interpretar los cambios que ocurrieron con respecto a la temperatura. Observar las características que posee el etanol y a su vez calcular su constante ebulloscópica. MATERIALES
Mechero Trípode Malla de asbesto Tubo de ensayo Termómetro Agitador metálico Tapón de corcho
Balanza analítica Baño maría REACTIVOS Etanol absoluto Muestra desconocida
PROCEDIMIENTO FIGURA N°1: EQUIPO ARMADO
ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA
DIAGRAMA DE FLUJO N°1: DETERMINACION DE LA CONSTANTE CRIOSCOPIACA DEL ETANOL Y DE LA SUSTANCIA DESCONOCIDA
ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA DATOS OBTENIDOS TABLA N°1: TIEMPO Y TEMPERATURA DEL ETANOL Tiempo (minutos) Temperatura del etanol °C Temperatura del agua °C Inicial 78,0 85 1 79,0 85 2 79,5 85 3 79,5 85 4 80,0 85 5 80,0 85 6 80,0 85 ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA
TABLA N°2: TIEMPO Y TEMPERATURA DE LA SAL DESCONOCIDA Tiempo Temperatura de la sal Temperatura del agua (minutos) desconocida °C °C Inicial 72 83 1 72 83 2 72 83 3 73 83 4 73 83 5 73 83 ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA TABLA N°3: TIEMPO Y TEMPERATURA DE LA SAL DESCONOCIDA SEGUNDA VEZ. Tiempo Temperatura de la sal Temperatura del agua (minutos) desconocida °C °C Inicial 73 81 1 73 81 2 73 81 3 73 81 4 73 81 5 73 81 ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA CÁLCULOS Y RESULTADOS
Determine el peso molecular del soluto, para ello aplique la ley de Raoult. Ley de Raoult ∆𝑇𝑒𝑏 = Donde: W2 :gramos de soluto M2 :peso molecular W1 : gramos de solvente
K𝑒𝑏 ∗ (1000 ∗ 𝑊2 ) 𝑊1 ∗ 𝑀2 ∆𝑇𝑒𝑏: aumento del punto de ebullición Keb: constante ebulloscópica
Despejando Peso molecular 𝑀2 =
K𝑒𝑏 ∗ (1000 ∗ 𝑊2 ) 𝑊1 ∗ ∆𝑇𝑒𝑏
Los gramos de etanol los calculamos de su densidad: 𝝆 = 0.81g/ml 𝑚 = 𝜌∗𝑉 0.81𝑔 𝑚= ∗ 25𝑚𝑙 = 20.25 𝑔 𝑚𝑙 Cálculo del ascenso ebulloscópico ∆𝑇𝑒𝑏 = 𝑇𝑏 − 𝑇𝑏° Donde: ΔTeb: ascenso ebulloscópico Tb: temperatura de ebullición de la disolución Tb°: temperatura de ebullición del disolvente puro ∆𝑇𝑒𝑏 = 73°𝐶 − 80°𝐶 = −𝟕°𝑪 Cálculo del peso molecular 𝑀2 =
Kg ∗ (1000 ∗ 5g) mol = −𝟒𝟑. 𝟎𝟑 𝒈/𝒎𝒐𝒍 20.25g ∗ (−7°𝐶)
1.22 °C ∗
Mediante revisión bibliográfica y con los datos obtenidos experimentalmente determine a que sustancia corresponde la muestra desconocida. No es posible determinar que sustancia se utilizó como soluto debido a que no existió ascenso ebulloscopico, es decir los datos experimentales están mal.
Elabore una tabla detallando el peso molecular y el punto de ebullición de 5 sustancias que se utilizan en la elaboración de productos alimenticios. TABLA N°4: SUSTANCAS USADAS EN LA ELABORACIÓN DE ALIMENTOS Sustancia Peso Molecular Pto. Ebullición (°C) (g/mol) Nitrato de sodio84.99 380 NaNO3 Glicerol-C2H8O3 92,093 290 Cerbitol-C6H14O6 182,17 296 Ácido ascórbico176,12 553 C6H8O6 Ácido láctico-C3H6O3 90,08 122 ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA
Reporte la temperatura de ebullición del etanol. TABLA N°5: TIEMPO Y TEMPERATURA DEL ETANOL
Tiempo (minutos) Temperatura del etanol °C Temperatura del agua °C Inicial 78,0 85 1 79,0 85 2 79,5 85 3 79,5 85 4 80,0 85 5 80,0 85 6 80,0 85 ELABORADO POR: Figueroa J, Jerez F, Pinchao B (2015) FUENTE: Laboratorio de Química General- FCIAL-UTA DISCUCIÓN Para poder determinar el peso molecular y soluto empleado en la práctica debió existir un ascenso ebulloscópico, ya que la teoría dice que la temperatura de ebullición de un disolvente aumenta cuando se le añade un soluto. En nuestro caso no fue así, mas bien se experimentó un decremento en el punto de ebullición de la sustancia, este efecto puede justificarse debido a que durante la práctica se evaporo el etanol por motivo de haber llegado a una temperatura de 88°C en el baño maría lo cual no estaba recomendado.
También se observó que el vapor de la solución se escapaba a través del tapón del tubo por lo cual el calor que existía en éste, se disipaba permitiendo que disminuya la temperatura de la sustancia, claro que se mantenía en ebullición, pero no era lo que se esperaba. Otro factor que tuvo influencia fue la disolución incompleta del soluto ya que este se mantuvo en estado sólido por lo menos en un 50% de su totalidad, lo cual pudo haber sucedido por las condiciones en las que fue agregado al etanol, es decir, si se debió hacer cuando el etanol estaba en su punto de ebullición el resultado habría sido diferente, pero en nuestro caso y siguiendo el procedimiento se hizo enfriar el etanol y allí si colocar el soluto, lo cual pudo haber influido. A causa de esto se obtiene algunos datos con los que se trabaja en los cálculos, y debido a que no existe el ascenso ebulloscópico, la variación de temperatura resulta negativa, motivo por el cual no es posible continuar con la determinación del peso molecular y menos aún determinar el nombre de la sal empleada.
CONCLUSIONES En el experimento realizado se logró determinar la masa molecular del soluto desconocido utilizando la ley de Raoult que dice que una mol de cualquier soluto no asociable ni ionizable, eleva el punto de ebullición de este en una determinada magnitud y este aumento en la temperatura será proporcionalmente a la cantidad del soluto que añadimos con lo cual al añadir el soluto desconocido aumentamos en cierto grado el punto de ebullición del etanol con lo cual comprobamos la ley de Raoult. Al calentar el etanol y sobrepasar los 85°C el etanol empieza a evaporarse ya que al comparar el punto de ebullición del agua y del etanol el punto del etanol es más bajo que el del agua por ello el etanol se evapora con mayor rapidez y facilidad al contrario del agua que posee un punto de ebullición superior al etanol. Al agregar el soluto desconocido al etanol la teoría dice que la temperatura debe subir proporcionalmente pero eso solo queda en teoría ya que la temperatura disminuye lo cual se puede explicar por los errores cometidos al desarrollar la práctica o por los materiales usados. Se comparó los resultados del peso molecular obtenido experimentalmente con el dato teórico pero el valor obtenido no coincide con ningún soluto esto se debe a que los datos fueron mal tomados en este caso la temperatura no fue tomada correctamente por ello el valor no coincide con ningún soluto.
CUESTIONARIO ¿Cuáles son las propiedades coligativas? Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas. En general, forman disoluciones verdaderas las sustancias con un peso molecular inferior a 104 dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto como color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc. Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto como la tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc. (Billmeyer F.1975.) Las propiedades son: DESCENSO RELATIVO DE LA PRESIÓN DE VAPOR: La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores: La disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor
ELEVACIÓN EBULLOSCOPICA: La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica. Cualquier disminución en la presión de vapor como al añadir un soluto no volátil producirá un aumento en la temperatura de ebullición. La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. Este aumento en la temperatura de ebullición (DTe) es proporcional a la concentración molal del soluto: DTe = Ke m
DESCENSO CRIOSCPICO: La temperatura de congelación de las disoluciones es más baja que la temperatura de congelación del disolvente puro. La congelación se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido. Llamando Tc al descenso crioscópico y “m” a la concentración molal del soluto, se cumple que: DTc = Kc m PRESIÓN OSMÓTICA: La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas, pero antes de entrar de lleno en el estudio de esta propiedad es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis. Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo (Figura de la izquierda). En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares (Figura de la derecha).
La presencia de una membrana separando dos medios diferentes impone ciertas restricciones al proceso de difusión de solutos, que dependerán fundamentalmente de la relación entre el diámetro de los poros de la membrana y el tamaño de las partículas disueltas. Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable. Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable. (Pérez A, Pérez V. 1985.) ¿Por qué se eleva el punto de ebullición del disolvente al añadir un soluto no volátil? Un líquido se considera en su punto de ebullición cuando la velocidad de evaporación ha superado en su totalidad a la de condensación; y para ello ha tenido que vencer todas las fuerzas que se oponen, entre ellas la presión atmosférica.
Al comparar el punto de ebullición de un solvente puro con el de su mezcla con un soluto no volátil, se aprecia un aumento proporcional a la cantidad de soluto presente. El aumento en el punto de ebullición es una de las propiedades coligativas de las soluciones, que son simplemente las propiedades físicas afectadas por el número de partículas de soluto presentes. Es decir mientras más soluto se aumente se necesitará más temperatura para llegar a su punto de ebullición. ( Morilla A, Lleó L. 2011.) Calcular la constante ebulloscópica y determinar a qué soluto pertenece No es posible debido a que no existio ascenso ebulloscópico.
BIBLIOGRAFÍAS
Hans B, Wolfgang W. 1987. “Manual de química orgánica”. Editorial Prydee S.A. México. Tomo I. Página 16. Obtenido en: https://books.google.com.ec/books ?id=Pm7lNZzKlaoC&hl=es
Burbano S, Gracia C. 2003. “Física-Química general”. Ediciones Díaz de santo S.A. Madrid Tomo I. Página 339. Obtenido en: https://books.google.com.ec/books?id=BWgSWTYofiI C&pg=PA339&dq=ebulloscopia&hl=es&sa=X&ei=QqzGVIbZN4HcggTy5YCQDA&ved=0 CCwQ6AEwAw#v=onepage&q=ebulloscopia&f=false
Billmeyer F.1975. “Ciencia de los polímeros”. Chile. Tomo I. Página 68. Obtenido en: https://book s.google.com.ec/books?id=vL9QrpOKsQcC&pg=PA68&dq=ebulloscopia&hl=es&sa=X& ei=QqzGVIbZN4HcggTy5YCQDA&ved=0CCEQ6AEwAQ#v=onepage&q=ebulloscopia&f =false
Pérez A, Pérez V. 1985. “Enrique Moles: la vida y la obra de un químico español” .Editorial CSIC - CSIC Press. España. Tomo I. Página 48. Obtenido en:https://books.google.com.ec/books?id=MipC1t6rcC&pg=PA48&dq=ebulloscopia+experimentos&hl=es&sa=X&ei=p9XGVLeNGI WmNrf2gUA&ved=0CCUQ6AEwAg#v=onepage&q=ebulloscopia%20experimentos&f= false
Morilla A, Lleó L. 2011. “Gran manual de magnitudes físicas y sus unidades”. Ediciones díaz de santo S.A. Madrid. Tomo II. Página 563. Obtenido en: https://books.google. com.ec/books?id=0ZgmUIIalCkC&pg=PA563&dq=ebulloscopia&hl=es&sa=X&ei=D9X GVK_7JoS4ggSPvYS4Cw&ved=0CE4Q6AEwCQ#v=onepage&q=ebulloscopia&f=false
ANEXOS Imagen 1: Punto de ebullición del etanol
Imagen 2: Punto de ebullición de la solución
Imagen 3: Soluto sin disolver
