JUE30FQIA
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
Facultad de Química e Ingeniería Química
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA FISICOQUIMICA Laboratorio de Fisicoquímica AI
Determinación crioscópica del peso molar PROFESOR:
VICTOR GARCIA
ALUMNO:
GOMEZ RAMOS, JUAN RODOLFO
13070040
PINEDO TAQUIA, ALDEIR
13070092
fECHA DE REALIZACIONDE LA PRÁCTICA:
30-10-2014
FECHA DE ENTREGA DE INFORME:
06-11-2014
LIMA-PERÚ 2014-II
RESUMEN El objetivo de esta experiencia es saber cómo determinar la constante criosópica del solvente (agua) y consecuente la masa molar de un soluto (úrea). Las condiciones a las que se produjo la experiencia fueron:
Tambiente Patmosférica % Humedad relativa
= 23°C = 756mmHg =93%
Para esta experiencia se usó el método crioscópico que consta en calcular la variación del punto de congelación, a través del papel milimetrado, del solvente y la solución solvente-soluto, esta variación permitirá hallar la masa molar del soluto, la variación según la experiencia resultó ∆T= 0.24°C. Finalizada la experiencia se determino el valor de la masa molar de la urea que fue de 86.312g/mol con un error de 43.7% con respecto al valor teórico 60.06g/mol.
INTRODUCCION En el laboratorio casi todas las experiencias se realizan con sustancias las cuales necesitamos una cantidad de ella que se puede hallar mediante mediciones, pero estas sustancias tienen pesos moleculares que los identifican estos pesos moleculares se determinan por diferentes métodos el método a utilizar en esta práctica será el crioscópico.
La crioscopia es una propiedad coligativa, lo que quiere decir que depende de los números de moles presentes de la sustancia disuelta en un solvente con cantidades determinadas. Este método es utilizado para determinar el peso molecular de un compuesto o más, disueltos en un solvente, con condiciones ligadas entre sí como que no reaccionen o tengan valores distintos para su punto de congelación, mediante el descenso del punto de congelación del solvente que conforma la solución donde el punto de congelación para una solución no es la misma que para el disolvente puro, indicando así la presencia de compuestos en un disolvente.
La crioscopia es importante para determinar el porcentaje de cada compuesto o soluto que se encuentra en el solvente así como también existen otras aplicaciones tan importantes como el control de productos alimenticios como el control de calidad de la leche, en la medicina, hidrólisis enzimática de la lactosa y en entre otros. Este uso importante de la crioscopia, una propiedad coligativa, es importante para determinar cantidades de solutos disueltos en un disolvente mediante porcentajes; y a su vez determinar que compuestos conforman al soluto.
FUNDAMENTO TEORICO
CRIOSCOPIA
Es la determinación del punto del punto de congelación de un líquido en el que se halla disuelta una sustancia, para conocer el grado de concentración de la solución. DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACION O DESCENSO CRIOSCOPICO
Se conoce como descenso crioscópico a la disminución de la temperatura del punto de congelación que experimenta una solución respecto a la del disolvente puro. Todas las disoluciones en las que, al enfriarse, el disolvente solidifica, tienen una temperatura de congelación inferior al disolvente puro. La magnitud del descenso crioscópico, ∆Tc, viene dada por la diferencia de temperaturas de congelación (o de fusión) del disolvente puro y de la disolución, Tf* y Tf, respectivamente:
∗
ΔTc=T f−Tf
El descenso crioscópico es una de las propiedades coligativas y por lo tanto, la magnitud del descenso sólo depende de la naturaleza del disolvente y de la cantidad de soluto disuelta, es decir, es independiente de la naturaleza de este último.
Termómetro diferencial de Beckmann
El punto de congelación de un solvente disminuye cuando una sustancia se disuelve en él, esta disminución es proporcional a la concentración molal de la sustancia disuelta, según la ecuación:
∗
……………………..(1)
Donde la concentración molal (m) está dada por la expresión:
∗ ∗
…………………….(2)
Teniendo en cuenta las ecuaciones 1 y 2, 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 ecuación:
∗∗ ∗ Donde: M=peso molecular del soluto. W1=peso en g del solvente. W2=peso en g del soluto. K=Cte. Crioscopía.
= descenso del punto de congelación. La constante crioscopica K, depende de las características del solvente y se calcula utilizando la siguiente ecuación:
∗∗ ∗ Donde: Ms= peso molecular del solvente. R=constante universal de los gases. Tf =temperatura de fusión del solvente en grados absolutos.
H=entalpia molar de fusión del solvente.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Determinación del peso molecular de un soluto en solución
a) Calibre el termómetro Beckman a una escala de temperatura adecuada, de acuerdo al punto de congelación del solvente, utilizando para ello un baño de temperatura adecuada. b) Arme el equipo de la figura 1 de la guía con los tubos A y C limpios y secos, siguiendo las indicaciones del profesor. c) Vierta 25 mL del solvente en el tubo A y coloque el termómetro Beckman calibrado y un agitador. El solvente debe cubrir totalmente el bulbo del termómetro. d) Coloque el tubo A dentro del tubo C (chaqueta de aire). e) Sumerja este conjunto en el baño de enfriamiento que debe encontrar a una temperatura 8°C menor que la temperatura de cristalización del solvente. Observe el descenso del Hg en el termómetro. f) Cuando la temperatura esta próxima a la de congelación, lea la temperatura cada 20 segundos, hasta obtener varios valores constantes. Que corresponden al punto de congelación del solvente puro. g) Retire la chaqueta de aire y funda el solvente, mediante calentamiento con las manos. h) Pese 0.1 a 0.3g de soluto y agregue al tubo A , utilizando el lado V. i) Agite el solvente hasta disolver completamente el soluto y luego coloque el tubo A en la chaqueta de aire.
j) Determine el punto de congelación de la solución, repitiendo e) y f). Tenga presente que la solución no congela a temperatura constante. k) Al terminar el experimento retire cuidadosamente el termómetro Beckman de la solución, y deje el equipo completamente limpio.
TABLA DE DATOS Tabla Nº 1: Condiciones experimentales
Presión (mmHg)
Temperatura (ºC)
% Humedad
756mmHg
23°C
93%
Tabla Nº 2: Datos Teóricos
Peso molecular de la urea
Peso molecular del agua (Ms)
60.06g/mol
18.0153g/mol
Tabla Nº 3: Pesos Peso del soluto
Peso del solvente
Peso de sal
(W2)
(W1)
que se usó
25g
0.5Kg
0.2785g
Tabla Nº 4: Datos de estado
Constante universal(R)
T de fusión del agua
8.31434 J/mol-K
Entalpia de fusión del agua(Tf)
273.15°K
Tabla N° 5: Datos de la relación ∆T vs t en el termómetro de Beckmann
Tiempo
Agua pura
Agua + úrea
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
5 4.74 4.62 4.54 4.45 4.35
5 4.8 4.55 4.37 4.23 4.09
4.22 4.06 3.88 3.7 3.53 3.33 3.16 2.99 2.58 2.46
3.93 3.78 3.61 3.49 3.36 3.17 3.07 2.95 2.84 2.72
320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660
2.39 2.31 2.23 2.14 1.75 1.63 1.57 1.43
2.57 2.45 2.35 2.23 2.1 2.01 1.91 1.82
3.15 3.18 3.19 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
1.79 1.63 1.54 1.46 1.37 1.29 1.21 1.13 1.04 0.96
680 700 720 792 840 860 900
3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
960 1020 1060 1170 1440 2040
0.87 0.77 0.67 1.85 2.81 2.84 2.84
3.2 3.2 3.2 3.2 3.2 3.2
2.84 2.83 2.84 2.86 2.82 2.81
CÁLCULOS
1) Grafica tiempo vs ∆Temperatura
La grafica de enfriamiento se mostrará tanto en hoja de Excel como en papel milimetrado, los cálculos se realizaron mediante la hoja de papel milimetrado.
DIAGRAMA DE ENFRIAMIENTO Agua pura
Agua + úrea
6
5
4 ) C °
( 3 T ∆
2
1
0 0
500
1000
1500
∆T (SEGUNDOS)
2) Cálculo de la constante crioscópica La Kf esta determinado por:
∗ ∗ Kf= ∗ Kf=
∗∗ ∗
Kf=
1.8595
2000
3) Calculo del peso molecular del soluto (Urea) El peso molecular se calcula por medio de:
M=
Murea=
∗∗ ∗
∗∗ ∗
Murea= 86.312g/mol 4) Calculo del porcentaje de error
%Error=| | %Error= 43.7%
TABLA DE RESULTADOS
Tabla Nº 1: Variación de los puntos de congelación
∆T (ºC)
0.24°C
Tabla Nº 2: Calculo de la contante crioscopica
K f 1.8595
Tabla Nº 3: Resultado del peso molar del soluto(urea)
Murea 86.312g/mol Tabla N°4: Porcentaje de error del peso molar de la urea.
%Error 43.7%
DISCUSIÓN
El valor experimental del peso molar de la urea es de 86.312g/mol, con lo cual al compararlo con el valor teórico produce un error de 43.7%.
Esta cifra tan elevada de error es debido a muchos factores que influyeran en la práctica como son las condiciones en que se trabajó. Como por ejemplo al momento de hacer la medición de variación de temperatura con respecto al tiempo no se agito de manera constante.
El porcentaje de error es bastante considerable, se debe considerar el hecho de que en instancia que la variación de temperatura ascienden la gráfica se pudo haber cometido errores de medición.
El error podría deberse a la interpretación grafica que el estudiante dio, debido a que al hacer los gráficos en papel milimetrado se estaría más propenso a cometer errores.
CONCLUSIONES
El punto de congelación de la solución urea-agua resulta ser menor al compararla con el agua lo cual se corrobora con la literatura.
El termómetro de Beckmann resulta ser muy útil para medir las
variaciones de temperaturas con rangos muy pequeños a través del tiempo.
La sal de mesa es un gran agente que permite reducir la temperatura del agua por tiempos prolongados.
El uso de papel milimetrado para interpretar graficas aumenta el
porcentaje de error en los cálculos respectivos.
La cantidad de medio kilogramo de sal para enfriar el agua es precisa en vista a que permite disminuir la temperatura a un tiempo prudente lo cual permite recolectar muchos datos para el análisis.
ANEXOS Propiedades Coligativas y Conducción
Podría parecer que las propiedades coligativas no tienen ningún propósito o utilidad en nuestro día a día, pero participan en muchas actividades aunque no lo parezca. Una de las actividades que guarda más relación con las propiedades coligativas es la conducción, más concretamente el mantenimiento del motor y las carreteras, sin el cual seríamos incapaces de utilizar nuestros automóviles por las vías sin que hubiese un problema de refrigeración o un accidente por deslizamiento.
¿Qué problemas pueden surgir en la vía que las propiedades coligativas solucionen?
Existen zonas de la tierra donde en ciertas épocas, o en la mayoría del año, padecen unas temperaturas por debajo de los 0ºC. En estos sitos se presencian nevadas, o si no han alcanzado los 0ºC, lluvias que al darse temperaturas tan bajas, congelan el agua de la lluvia o hacen que se mantenga la nieve. Estas condiciones meteorológicas forman capas de nieve y hielo que pueden ser peligrosas. No fueron tan problemáticas hasta que en los años treinta, con la expansión del automóvil, se necesitaron soluciones para el hielo y nieve en las vías, ya que por ella circulan los vehículos que, además de ser muy pesados, van a mucha velocidad que puede traer graves consecuencias. Los problemas vienen debido a la pérdida de adherencia provocada por la presencia del hielo que hace que los vehículos deslicen, haciendo muy difícil la frenada y la maniobrabilidad, pudiendo causar así muchos accidentes. Por ello se toman medidas contra estas trampas climáticas. La más común es el vertido de sal sobre las carreteras heladas.
¿Cómo puede la sal ayudar con este problema?
Ya mencionamos mientras introducíamos las propiedades coligativas, que el punto de congelación de una sustancia pura era mayor que el de una disolución de ésta. Por ello, en las carreteras heladas, al verter la sal, se humedece formando una disolución de agua y sal que no se congela a 0ºC sino a temperaturas más bajas. De esta manera se disuelve el hielo de las carreteras quedando solo agua salada que no congelará a menos que desciendan mucho las temperaturas. La sal más usada para este proceso es el cloruro sódico (NaCl), posiblemente por su abundancia y efectividad. Para la distribución de la sal, se utilizan camiones especiales en las épocas del año conflictivas y se echa la sal directamente a las carreteras o en forma de disolución muy concentrada en agua.
No obstante, se están desarrollando nuevos métodos para la distribución de la sal a base de tanques con líquidos anticongelantes que utilizan aspersores en el suelo, o elementos de la vía que disparen agua y que, a la vez, detecten los descensos de temperatura críticos y la formación de hielo. De esta manera, las ruedas de los coches podrán contribuir a la distribución de las disoluciones anticongelantes. Se piensa que estas medidas son especialmente importantes en las salidas de túneles puesto que, en los túneles, los coches pueden circular a mayor velocidad, por la ausencia de hielo en la vía, y pueden olvidarse de reducir la velocidad al salir del túnel y volver a encontrarse con el hielo. Sin embargo, estas medidas tienen su impacto ecológico, ya que se invierten toneladas de sal, y el agua salada de las carreteras puede acabar en zonas de plantas y causar ciertos problemas de los que hablaremos más adelante.
CUESTIONARIO
1-. Defina el concepto general de una propiedad coligativa
Las propiedades coligativas son propiedades que dependen solo del numero de partículas de soluto en la disolución y no de la naturaleza de las partículas de soluto presente independientemente de que sean átomos, iones o moléculas.
2.- explique la diferencia de las propiedades coligativas entre soluciones de electrolitos y no electrolitos. Las propiedades coligativas se dividen en dos partes: Aquellos disoluciones que tienen solutos electrolíticos y los no electrolíticos la diferencia principal entre estos dos solutos es que lo electrolíticos en disolución se
disocian en iones; por lo tanto, cuando se disuelve una molécula de un compuesto de un electrolito se separa en dos o más partículas. A diferencia que los no electrolitos que no se ionizan y se mantienen como una solo partícula. Esta diferencia afecta a todas las propiedades coligativas ya que estas dependen del número de partículas en un determinado volumen de solvente. Para explicar este efecto, se define una cantidad denominada factor de van’t Hoff que está dada por:
Asi , i debe ser 1 para todos los no electrolitos. Para electrolitos fuertes como el NaCl y el KNO3, I debe ser dos y para electrolitos fuertes del tipo de Na2SO4 y CaCl2, i debe ser 3. En consecuencias las ecuaciones de las propiedades coligativas deben modificarse como siguen:
3..- Mencione algunas limitaciones del método crioscopico en la determinación de pesos moleculares
Se tienen diferentes limitaciones en la determinación del peso molecular, por el método crioscopico y entre ellos tenemos:
Error en la determinación del peso molecular por la cantidad no tan exacta de la masa del soluto, solvente, y la imprecisión en medición del termómetro. Se necesita datos teóricos adicionales como la temperatura de fusión, constante universal R, entalpia de formación y peso molecular del solvente para la determinación de la constante crioscopica.
BIBLIOGRAFIA
Fisicoquimica de Castellan, 2da edición. Manual de Fisico-quimica, UNMSM.
http://fisicoquimica230med.blogspot.com/2012/10/calor-latente-de-
fusion-del-hielo.html
http://www.uv.es/=termo/Laboratori/Termodinamica/Guiones/cas/1210.pdf
http://www.infoescola.com/quimica/crioscopia/
http://es.wikipedia.org/wiki/Descenso_criosc%C3%B3pico
