TEMPERATURA DE FUSIÓN DE LA UREA Y SUBLIMACION DEL NAFTALENO CONTAMINADO Romani Felipe, Sequea Edinson y Zapata Jorlany Estudiantes de la universidad del Atlántico Palabras claves: Temperatura, fusión, sublimación
Resumen En el informe se da una introduccin conceptual a los temas que se trataran, as! como una descripcin de la metodolo"!a utili#ada$ El traba%o const de dos partes, una cuantitativa y otra cualitativa, los datos y&o observaciones tomadas de la práctica del e'perimento se sinteti#aron y or"ani#aron para una me%or comprensin$ Al final se discute acerca acerca del análi análisis sis reali reali#ad #ado o y se sacan sacan conclu conclusio siones nes de estas, estas, dando dando recome recomenda ndacio ciones nes para para la r(pli r(plica ca del e'perimento$
Introducción )a solubilidad es un parámetro determinado e'perimentalmente y que se define como la cantidad de sustancia que se disuelve disuelve en *++ " de solvente a una temperatura determinada$ determinada$ om-nmente se refiere refiere a la interaccin de dos sustancias para formar una me#cla .omo"(nea$ /e i"ual manera manera se puede referir a soluciones insaturadas y sobresaturadas de manera relativa sin indicar indicar la cantidad de de sus componentes$ 0na solucin es insaturada cuando contiene una cantidad menor de soluto de la que se puede disolver a una temperatura determinada$ )as soluciones soluciones sobresaturadas contienen una cantidad mayor de soluto disuelto que la que se podr!a disolver a una temperatura determinada, estas soluciones implican un equilibrio inestable$ )as soluciones saturadas implican implican un equilibrio estable entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver a una temperatura determinada$
.ay impure#as coloreadas se puede utili#ar un adsorbente selectivo como el carbn activado$ Este material se utili#a en muy peque3a cantidad ya que el e'ceso puede adsorber material a p urificar$ urificar$ 4dentificar la solubilidad de las sustancias me#cladas con a"ua y tetracloruro$ En la práctica se utili#aron dic.os conceptos para estudiar los comportamientos de disoluciones y procesos, teniendo como ob%etivos: Estudiar como como varia la solubilidad solubilidad en a"ua y tetracloruro tetracloruro con respecto a la temperatura$ omprender el proceso de purificacin de un slido por el medio de recristali#acion utili#ando el criterio de buena solubilidad en caliente y poca solubilidad en frio$
Metodoo!"#
/esde el punto de vista estructural, entre mayor sea la similitud de las sustancias 1soluto y solvente2 para formar fuer#as intermoleculares, mayor será la probabilidad de una interaccin efectiva para producir una me#cla .omo"(nea$ )a solubilidad es un parámetro parámetro que depende de la temperatura y en "eneral aumenta al incrementarse la temperatura$ temperatura$ En esta propiedad propiedad se basa el procedimiento procedimiento de recristali#acion recristali#acion para purificar slidos$
/e acuerdo a las indicaciones del profesor, en la primera part parte e de la e'pe e'peri rien enci cia a se a"re a"re"a "aro ron n dife difere rent ntes es sust sustanc ancia ias s en 5 tubos tubos de ensay ensayo o con con un solv solven ente te determinad determinado$ o$ 6uscando 6uscando estudiar estudiar el comportam comportamient iento o de estas estas soluci solucione ones s con respec respecto to a la temper temperatu atura, ra, se calent dic.as disoluciones y se anotaron las variaciones observadas, repitiendo el proceso con los mismos solutos y cambiando el solvente$
En la seleccin de un solvente para recristali#acion se debe de tener en cuenta cuenta que la solubilidad solubilidad sea alta en caliente y muy ba%a en fr!o para que .aya abundante produccin de cristales al enfriarse la solucin, el solvente no debe de reaccionar con el soluto, debe de ser volátil 1ba%o punto de ebullicin2 para ser removido fácilmente y no interaccionar con las las impure#as$ uando
En la se"unda parte de la e'periencia se pes * "ramo de ácid ácido o ben# ben#oi oico co cont contam amin inad ado o y se adici adiciono ono a un Erlenmeyer con 78 m) de a"ua destilada, se .i#o un monta%e para calentar la solucin .asta que se disolviera completamente la sustancia, lue"o se le a"re"o carbn activado y se le de% .ervir$ /ic.a solucin resultante se filtr al caliente con un embudo de tallo corto y papel
filtro, lue"o, al filtrado se le ba% la temperatura en un ba3o de .ielo para conse"uir la sed imentacin del slido, para finali#ar filtrando al vac!o y conse"uir los cristales puros en el papel filtro$
An$isis de resut#dos % Discusión
Sustancia
Acetanilida 0rea lucosa Acido ben#oico Aceite cristal *;6utanol
Solubilidad a temperatura ambiente 9o soluble Soluble Soluble 9o soluble 9o soluble Poco soluble
Solubilidad a alta temperatura Soluble Soluble Soluble Soluble 9o soluble Poco soluble
Tabla1: Esta tabla muestra la solubilidad de ciertas sustancias a temperatura ambiente y luego de calentarlas en agua.
)ue"o se utili# otro solvente y estos fueron los resultados Sustancia
Acetanilida 0rea lucosa Acido ben#oico Aceite cristal *;6utanol
Solubilidad a temperatura ambiente 9o soluble Poco soluble 9o soluble Poco soluble 9o soluble soluble
Solubilidad a alta temperatura Soluble Soluble Soluble Soluble Soluble Soluble
Tabla2: En esta se muestra la solubilidad de ciertas sustancias a temperatura ambiente y luego de calentarlas en tetracloruro.
on Respecto a la se"unda parte de la e'periencia se lo"r observar el proceso de purificacin por el m(todo de recristali#acion teniendo como resultado la formacin de cristales$ Anali#ando los resultados se evidenci los factores que afectan el proceso de recristali#acion$
Pre!unt#s &ro'em#s Anali#ando los resultados de la primera parte de la e'periencia se pudo observar que con respecto a la solubilidad del aceite se lo"r comprobar que es insoluble en a"ua a cualquier temperatura$ Además las sustancias utili#adas en la e'periencia que no fueron solubles a temperatura ambiente se disolvieron en el a"ua cuando se aument la temperatura$ on respecto a la se"unda tabla todas las sustancias se disolvieron en el tetracloruro cuando se a ument la temperatura$
*
onsulte sobre los principios fisicoqu!micos de la fusin< isomorfismo< los diferentes equipos y aparatos para la determinacin de puntos de fusin 1=ubo de =.iele, dispositivo de =.omas;>oover< de Fis.er;Jo.ns, de ?el;=emp, etc$2< el calibrado del termmetro y su importancia$ 4somorfo: @4"ual forma, en nuestros minerales, este concepto es fácil de comprender porque la misma palabra lo e'plica, son especies que tienen la misma forma en su estructura, la misma distribucin y tama3o de sus átomos y por ello pueden me#clarse y formar estructuras de varios minerales$ 0n e%emplo es el muy conocido oltan, muy buscado por su aplicacin en la fabricacin de semiconductores de -ltima "eneracin y es una abreviatura de la serie
B)0?64=A;=A9=A)4=A 1mineral de niobio el primero y mineral de tantalio el se"undo2$ El proceso que da lu"ar a estas formaciones y series isomrficas, se llama isomorfismo$ El tubo =.iele se utili#a en la determinacin de puntos de fusin de slidos$ Su peculiar forma .ace que se "eneren corrientes de conveccin y se manten"a una temperatura constante en todo el tubo$ El slido cuyo punto de fusin se desea conocer se introduce en un capilar acoplado %unto a un termmetro para poder determinar la temperatura a la cual se licua$ En el aparato de Fis.er;Jo.ns se inserta .ori#ontalmente un termmetro en el bloque y la muestra se coloca sobre este -ltimo entre dos cubreob%etos de microscop!a< el proceso de fusin de observa desde de arriba mediante una lupa$ En el aparato de ?el;=emp el termmetro se inserta verticalmente en un bloque, que a e'cepcin de la falta de un medio calefaccin, es esencialmente es i"ualmente que el aparato de =.omas;>oover$ 0n peque3o error sistemático puede proceder del mismo =ermmetro$ Al"unos termmetros re"istran temperaturas que difieren de las verdaderas en uno o dos "rados de más o de menos$ El remedio para este error consiste en preparar una "ráfica de calibrado con la que puede determinarse la temperatura correcta$ C
Dmo se puede e'plicar el .ec.o de que la acetona y el alco.ol et!lico reba%en el punto de fusin del .ielo como tambi(n el punto de ebullicin del a"ua mientras que la sal y el a#-car elevan el punto de ebullicin y reba%an el punto de fusin$
El enlace de .idro"eno tiene "ran influencia en las propiedades f!sicas de los compuestos Br"ánicos, tal como se muestra en los puntos de ebullicin del etanol 1alco.ol et!lico2 G$ El efecto del enlace de .idr"eno del "rupo 9H > en los puntos de ebullicin se puede ver en los ismeros de frmula 7>I9 mostrados a continuacin$ )a trimetilamina no tiene "rupos 9H >, por lo que no puede formar enlaces de .idr"eno$ )a etilmetilamina tiene un "rupo 9 H >, por lo que el enlace de .idr"eno .ace que su punto de ebullicin sea de unos 7G superior al de la trimetilamina$ )a propilamina, con un "rupo 9>C, puede formar a-n más enlaces de .idr"eno, por lo que su punto de ebullicin será el que ten"a un valor más alto de los tres ismeros citados$ =rimetilamina 7$8G, etilmetilamina 7G, Propilamina IG$
Además de afectar a los puntos de ebullicin y de fusin, las fuer#as intermoleculares determinan las propiedades de solubilidad de los compuestos or"ánicos$ )a re"la "eneral es que el seme%ante disuelve al seme%ante$ )as sustancias polares se disuelven en disolventes polares y las sustancias no polares se disuelven en disolventes no polares$
7$ DKu( es temperatura eut(cticaL
Si se enfr!a una me#cla l!quida de dos componentes puros A y 6 que poseen distinta temperatura de fusin empie#a a precipitar slido a una temperatura determinada que corresponde al punto de solidificacin$ A esta temperatura coe'isten una fase slida y otra l!quida$ Para cada me#cla l!quida e'iste una temperatura de solidificacin en la que dic.a me#cla se encuentra en equilibrio con la fase slida$ /eterminando las temperaturas de solidificacin de una serie de me#clas de composicin variable y representándolos frente a la composicin de la me#cla se obtienen las curvas AE y 6E de la fi"ura *$ )os puntos A y 6 corresponden a los componentes puros$ )a adicin de 6 a A 1A a 62 reba%a su punto de solidificacin a lo lar"o de la curva AE 16E2$ 3
2
1
1
1
Figura 1. Diagrama de fases de un sistema binario.
)as curvas AE y 6E representan las condiciones de temperatura ba%o las cuales me#clas l!quidas de composiciones diversas de A y 6 están en equilibrio con A slido o con 6 slido respectivamente$ En el punto E ambos slidos están en equilibrio con la me#cla l!quida$ Slo e'iste una temperatura, a una presin determinada, en la que la fase l!quida puede estar en equilibrio con
ambos slidos$ El punto E representa la temperatura más ba%a a la que con"ela cualquier me#cla l!quida de A y 6, y por lo tanto el punto de fusin más ba%o de cualquier me#cla de A y 6 slidos$ A este punto se le denomina punto eut(ctico$
$
Dmo se determina el punto de fusin de "rasas y cerasL
Se"-n la investi"acin pertinente se encontr dos m(todos para determinar el punto de fusin de las " rasas y las cercas: A2 ?(todo del =ubo de =.iele Primero, se funde y sella un e'tremo de un tubo capilar, utili#ando para ello un mec.ero$ )ue"o, se llena el capilar 1* cm apro'imadamente2 con la sustancia a estudiar$ /espu(s, utili#ando el capilar anterior unido a un termmetro mediante una li"a 1*2, se introdu%o en un tapn de tefln y (ste en un tubo de =.iele 1C2, que conten!a aceite mineral, formando un dispositivo 172 que se calent con mec.ero sobre un soporte universal< como se muestra en la si"uiente fi"ura:
la sustancia en un portaob%etos circular el cual se coloca en la platina de calentamiento del aparato de Fisc.er; Jo.ns$ Ense"uida, se enciende la lámpara y se enfoca el lente de aumento, despu(s, se activa la palanca de calentamiento y se re"ula la temperatura del mismo mediante el restato$ Se toman datos de las temperaturas cuando se empie#a a fundir la sustancia y cuando está completamente l!quida$ 8$ 0n qu!mico cree que un nuevo compuesto por el sinteti#ado se descompone ya en el estado l!quido li"eramente por encima de su punto de fusin$ Su"iera un m(todo sencillo para verificar la .iptesis del qu!mico$ =eniendo en cuenta que se descompone, nos lleva a concluir que el compuesto cambia sus propiedades f!sicas como qu!micas$ Puesto a esto podemos verificar dic.o suceso tomando dos muestras del compuesto, con la primera muestra de%arla sin alteraciones por lo contrario la se"unda muestra suministrarle calor, lle"ando li"eramente por encima del punto de fusin$ Por lo tanto teniendo en cuenta el e'perimento anterior si la muestra numero dos presenta las mismas propiedades f!sicas como qu!micas que la primera muestra 1densidad, color, olor, etc$2 no .ubo una descomposicin y de lo contrario si presentan una diferencia en sus propiedades si .ubo una descomposicin$
5$ onsulta los principios fisicoqu!micos en los cuales se basa la sublimacin$
Figura 2: Método del Tubo de Tiele.
Al final se toman las temperaturas cuando la sustancia empie#a a .umedecerse dentro del capilar y cuando se funde por completo$ 62 Aparato de Fisc.er;Jo.ns En este procedimiento se utili#a el aparato de Fisc.er; Jo.ns para determinar el punto de fusin de la sustancia a estudiar$ Primero, se ponen una peque3a cantidad de
)os slidos tienen presiones de vapor, caracter!sticas que oscilan con la temperatura como sucede con l!quidos$ Acrecentando la temperatura, aumenta tambi(n la presin de vapor del slido$ El suceso de la estabili#acin de un slido con vapor saturado, que var!a su presin con la temperatura, a esa infle'in se llama curvatura de sublimacin$ Este fenmeno ocurre a menor presin y menor temperatura que el punto tripartito de un /ia"rama de fase de la sustancia estudiada$ Se determina como sublimacin el indicar la conversin directa slido;vapor, sin la intervencin l!quida$ Por e%emplo, la purificacin del yodo, a#ufre, naftaleno o ácido ben#oico resultan muy viable por sublimacin, debido a que las presiones de vapor de estos slidos tienen valores bastante elevados$
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Concusiones /e acuerdo a la primera parte de la e'periencia se lo"r observar la importancia de la temperatura en la solubilidad de las sustancias$ Además tambi(n está relacionada con las interacciones intermoleculares soluto;solvente$ Se puede decir que el mismo principio que afectan la solubilidad afectan la recristali#acion, ya que, se aprovec.a la caracter!stica de al"unas sustancias, las cuales son muy solubles a altas temperatura y casi no solubles a ba%as temperaturas, lo que permite que cuando se ba%e la temperatura se sedimente y pueda ser filtrado$
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0niversidad de Malencia, urso de termodinámica$ =omado de: .ttp:&&NNN$uv$es&Otermo&)aboratori&=erm odinamica&uiones&cas&*;*+$pdf onsultado: *I&+&*5 /ocumento de introduccin a la biolo"!a e'perimental$ =omado de: .ttps:&&introduccionalabiolo"iae'perim ental$files$Nordpress$com&C+**&+*&deter minacic7b7n;del;punto;de; fusic7b7n$doc'$ onsultado:*I&+&*5 ade, )$$ ade )$ 1C++2$ Estructura y propiedades de las mol(culas or"ánicas$ En: !u"mica #rg$nica. apella 4$ Pearson Educacin, Espa3a$ Pá"$ 57;5$
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Bi'io!r#("# % Re(erenci#s
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/urst >$/< oQel $$ C++$ =(cnicas E'perimentales$ En: !u"mica org$nica e%perimental. ?aulen ?$ Editorial Revert(, 6arcelona Espa3a$ Pá"$ *8
