PRÁCTICA N º 2 DETERMINACIÓN DE PESOS MOLECULARES DE LÍQUIDOS VOLÁTILES INTRODUCCIÓN La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces mayor es la masa de masa de una molécula de molécula de una sustancia con sustancia con respecto a la unidad de masa atómica. atómica. Con esta práctica se determinaron los pesos moleculares de un reactivo y de una mezcla. Los reactivos que se usaron fueron: alcohol, éter y acetona. El alcoho alcoholl etlic etlico o
( CH CH OH ) es 3
2
un lquido incoloro, volátil e in!ama"le
que al mezclarse con a#ua da una mezcla azeotrópica. El etanol li"re de a#ua es o"tenido a partir de la destilación en una mezcla con "enceno o ciclohe$ano. %e estas mezclas se destila a temperaturas más "a&as, la mezcla formada por el disolvente au$iliar y el a#ua, mientras que alcohol etlico queda retenido. El alcohol etlico es usado como "e"ida alcohólica, en sectores industriales y farmac farmacéut éutic icos' os' es un e$cel e$celent ente e disolv disolvent ente e y puede puede utili utilizar zarse se como como anticon#elante. El éter
( CH CH OCH CH ) es un lquido incoloro con un olor caracterstico, 3
2
2
3
volátil y muy in!ama"le' es menos denso que el a#ua e insolu"le en ella, sus vapores son más densos que el aire. El éter es o"tenido como su"producto durante la producción de etanol a través de la hidratación en fase vapor del etileno, utilizando ácido fosfórico como catalizador' otra forma de o"tenerlo es mediante la deshidratación de etanol con ácido sulfúrico a ()* + C. El éter es usado como anestésico, disolvente de #rasas, aceites, ceras, resinas, #omas, perfumes, hidrocar"uros y colorantes. am"ién se utiliza
en la e$tracción de principios activos de te&idos de plantas y animales, en reacciones or#ánicas especialmente en sntesis de -rin#nard y urtz.
( CH COCH ) es un lquido incoloro, de olor a#rada"le, volátil e
La acetona
3
3
in!ama"le aún diluida en a#ua. Es usada como disolvente de #rasas, aceites, ceras, hules, plásticos, lacas y "arnices' &unto con el hielo y dió$ido de car"ono sólido se puede utilizar para enfriar a temperaturas muy "a&as. Los principales productos de descomposición de la acetona son el monó$ido y el dió$ido de car"ono.
OBJETIVOS %eterminar e$perimentalmente el peso molecular del alcohol etlico
•
( CH CH OH ) . 3
2
%eterminar e$perimentalmente el peso molecular de la mezcla de
•
lquidos volátiles /alcohol 0 acetona 0 éter1. %eterminar el porcenta&e de error /2 e1 al comparar los resultados
•
o"tenidos e$perimentalmente con los valores teóricos.
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA (.
3aterial.4 o
3atraz de (** ml
o
5ipeta
o
5ro"eta
o
6aso de precipitado de 78* ml
o
9ornilla
o
5apel estaado
7.
5rocedimiento.4 ;LC<9
o
=e prepara una tapa para el matraz con el papel estaado, el matraz vaco con la tapa se pesan. =e introduce cierta cantidad de alcohol al matraz, se tapa y se vuelve a pesar. ;l mismo tiempo se pone a#ua en el vaso de precipitado y se calienta en la hornilla, cuando el a#ua está hirviendo se introduce el matraz con el alcohol y se espera que todo el alcohol evapore. >na vez que en el matraz sólo e$iste alcohol en forma de vapor, se pesa nuevamente, con cuidado y rápidamente para evitar que el alcohol vuelva a condensarse. 3E?CL;
o
=e pesa el matraz con la tapa de papel estaado, una vez pesado se introduce una cantidad de alcohol y se vuelve a pesar, lue#o se a#re#a un poco de acetona y se pesa nuevamente, @nalmente se a#re#a éter y se vuelve a pesar. =e repite el procedimiento con la hornilla y el vaso de precipitado, una vez listo el sistema se introduce el matraz y se espera que evapore toda la mezcla. Cuando todo el lquido se convierte en #as, se pesa nuevamente el matraz.
CÁLCULOS •
%;<=
= 0.124 L P SUCRE = 0.71 atm R = 0.08206 atm ⋅ L mol ⋅ K V MATRAZ
COMPUEST O
Pc (atm)
Tc (K)
Vc (Lm!")
T#$% (&)
;lcohol ;cetona Fter
AB )A,) B8,A
*,(A *,7*
8() 8*D,7 )A8,
B8(,A B7, B*D,
;LC<9
•
%atos
o
Peso molecular del alcohol ⇒ M t
= 46.07 g mol PESO (') 88,7A
CARACTERISTICA 3atraz vaco 0 tapa ( m ) 3atraz vaco 0 tapa0alcohol lquido 1
(m )
88,A8
2
3atraz vaco 0 tapa 0 alcohol vapor
(m )
88,BAD
3
Ecuaciones
o
mvapor
=
mvapor
=
−
m1
( 55.368
−
55.269 )
=
0.099 g
AS IDEAL PV = nRT
m3
mRT
s : n =
=
M
∴
PV =
m M e
RT
( 0.099 g ) ⋅ (0.08206 atm ⋅ L mol ⋅ K ) ⋅ ( 351.6 K )
M e
=
M e
= 32.44 g mol
PV
m
( 0.71atm) ⋅ ( 0.124 L )
%e
=
%e
=
M t
−
M e
* 100
M t 46.07
−
32.44 g
46.07 g
VAN DER *AALS
* 100
=
29.6%
P = a=
a=
27 ⋅ ( R ⋅ T C )
RT V − !
−
a
(1)
V
2
!=
64 ⋅ P C
(
27 ⋅ 0.08206 atm ⋅ L
⋅ 514 K ) mol ⋅ K
2
!=
64 ⋅ 63atm
a = 11.91atm ⋅ L
2
R ⋅ T C 8 ⋅ P C
0.08206 atm ⋅ L
mol ⋅ K 8 ⋅ 63atm
! = 0.0837 L
2
mol
⋅ 514 K
mol
a y " en /(1:
0.71atm =
V n
⋅
s : n =
m
∴
M e
%e
=
%e
=
REDLIC+
−
mol 2
(V ) L mol 2
2
2
mol M e
M e
351.6 K 11.91atm ⋅ L
mol ⋅ " (V − 0.0837 ) L mol
V = 40.31 L V =
2
0.08206 atm ⋅ L
M t
−
M e
=
m ⋅ V V
(0.099 g ) ⋅ 40.31 L =
0.124 L
mol = 32.18 g mol
* 100
M t 46.07
−
32.18 g
46.07 g
* 100
=
30.1%
P =
RT V − !
−
a
R 2 ⋅ T C
R ⋅ T C ! = 0.08664 P C
2.5
a
= 0.42748 ⋅
(1)
V ⋅ (V + ! ) ⋅ T 0.5
P C 2.5
2 atm L ⋅ ) ⋅ ( 514 K 0 . 08206 mol K ⋅ a = 0.42748 ⋅
! = 0.08664
63atm
a
2 0.5 = 273.6 atm ⋅ L ⋅ K
! = 0.058 L
2
mol
0.08206 atm ⋅ L
mol ⋅ K 63atm
mol
a y " en /(1: 0.71atm =
⋅ 351.6 K 2 mol ⋅ K mol − 2 0.5 0.5 (V − 0.058) L mol (V ⋅ (V + 0.058) ) L 2 ⋅ ( 351.6 ) K mol
V = 40.81 L V =
V n
2 0.5 273.6 atm ⋅ L ⋅ K
0.08206 atm ⋅ L
s : n =
mol
m M e
∴
M e
M e
%e
=
%e
=
m ⋅ V
=
=
V
(0.099 g ) ⋅ 40.81 L 0.124 L
M t
−
M e
* 100
M t 46.07
BERT+ELOT
mol = 32.6 g mol
−
32.6 g
46.07 g
* 100
=
29.2%
⋅ 514 K
P =
RT V − !
a
−
2
a = 3 ⋅ P C ⋅ V C ⋅ T C 2
(1)
2
T ⋅ V
V C
!=
(
a = 3 ⋅ 63atm ⋅ 0.167 L
)
⋅ ( 514 K )
mol
a = 2709.3 atm ⋅ L ⋅ K 2
2
2
!=
2
3 0.167 L
mol
3
! = 0.0557 L
2
mol
mol
a y " en /(1: 0.71atm
mol ⋅ " (V − 0.0557 ) L mol
=
V = 40.42 L V =
V n
2 2 atm ⋅ L ⋅ K 2709 . 3 ⋅ 351 .6 K
0.08206 atm ⋅ L
s : n =
( 351 .6 K ) ⋅ (V 2 ) L
mol 2
2
mol 2
mol
m
M e
∴
M e
%e
=
%e
=
M t
−
=
m ⋅ V V
(0.099 g ) ⋅ 40 .42 L
M e
−
=
0.124 L
M e
*100
M t 46.07
−
32.27 g
* 100
46.07 g
=
30%
P%E%C% T r = T r = T r =
mol = 32 .27 g
T
P r =
T C 351.6 K
P r =
514 K
P r =
0.684
Z ≅
0.994
P P C 0.71atm 63atm 0.011
mol
PV = ZnRT
s : n
=
m
∴
M
m PV = Z RT M e
( 0.099 g ) ⋅ (0.08206 atm ⋅ L mol ⋅ K ) ⋅ ( 351.6 K ) = 0.994 M e = 0.994 ( 0.71atm ) ⋅ ( 0.124 L ) PV mRT
M e
= 32.25 g mol
%e
=
%e
=
M t
−
M e
* 100
M t 46.07
−
32.25 g
* 100
46.07 g
=
30%
3E?CL;
•
o
%atos
CARACTERÍSTICA 3atraz vaco 0 tapa ( m ) 3atraz vaco 0 tapa 0 alcohol ( m ) 3atraz vaco 0 tapa 0 alcohol 0 acetona ( m 3atraz vaco 0 tapa 0 alcohol 0 acetona 0 éter ( m ) 3atraz pesado después del proceso ( m ) 1
2
3
)
4
5
o
Ecuaciones malcohol = m2 − m1 malcohol =
( 55.887 − 55.522) = 0.365 g
macetona = m3 − m2 macetona =
( 56.106 − 55.887 ) = 0.219 g
meter = m4 − m3 meter =
( 56.358 − 56.106) = 0.252 g
mme#cla = m4 − m1 mme#cla = mvapor
=
mvapor
=
( 56.358 − 55.522) = 0.836 g m5
−
m1
( 55.67
−
55.522 )
=
0.148 g
PESO (') 88,877 88,DD 8A,(*A 8A,B8D 88,A
0.365 χ alcohol
=
0.836
0.219
0.44
=
χ acetona
=
0.836
=
0.252
0.26
χ eter
=
=
0.30
0.836
n
M me#cla
= ∑ χ ⋅ M =1
M me#cla
= [ ( 0.44 ⋅ 46.07 ) + ( 0.26 ⋅ 58.08) + ( 0.30 ⋅ 74.12) ] g mol
M me#cla
= 57.6 g mol n
T me#cla =
∑ χ ⋅ T
=1
T me#cla =
[ ( 0.44 ⋅ 351.6) + ( 0.26 ⋅ 329.7) + ( 0.30 ⋅ 308.7) ] K
T me#cla =
333.0 K
AS IDEAL
PV = nRT
s : n =
m M
∴
PV =
m M e
RT
( 0.148 g ) ⋅ (0.08206 atm ⋅ L mol ⋅ K ) ⋅ ( 333.0 K ) = M e = ( 0.71atm) ⋅ ( 0.124 L) PV mRT
M e
= 45.9 g mol
%e
=
M t
−
M e
* 100
M t 57.6
−
45.9 g
57.6 g
* 100
=
20.3%
Cálculo de las constantes a y " de mezcla:
aalcohol =
=
VAN DER *AALS
aalcohol =
%e
27 ⋅ ( R ⋅ T C )
2
64 ⋅ P C
(
27 ⋅ 0.08206 atm ⋅ L
mol ⋅ K 64 ⋅ 63atm
2
aalcohol = 11.91atm ⋅ L
mol 2
⋅
)
514 K
2
aacetona
27 ⋅ ( R ⋅ T C )
=
2
64 ⋅ P C
(
27 ⋅ 0.08206 atm ⋅ L
aacetona
mol ⋅ K 64 ⋅ 46 .4atm
=
⋅
)
508 .2 K
2
aalcohol = 11 .65 atm ⋅ L 27 ⋅ ( R ⋅ T C )
aeter =
mol 2
2
64 ⋅ P C
(
27 ⋅ 0.08206 atm ⋅ L
mol ⋅ K 64 ⋅ 35.6atm 2 aalcohol = 17.32 atm ⋅ L mol 2 aeter =
= ∑ ⋅ χ a = n
ame#cla
⋅
2
1
[
ame#cla = 0.44 ⋅ 11.91 + 0.26 ⋅ 11.65 + 0.30 ⋅ 17.32 ame#cla = 13.35 atm ⋅ L
]
2
2
!alcohol =
2
mol
( R T C ) ⋅
8 ⋅ P C
(0.08206atm L mol K 514 K ) ⋅
!alcohol =
!acetona
=
⋅
⋅
8 ⋅ 63atm
!alcohol = 0.0837 L
mol
( R ⋅ T C ) 8 ⋅ P C
(0.08206 atm L mol K 508.2 K ) ⋅
!acetona
=
!acetona
=
⋅
⋅
8 ⋅ 46.4atm 0.112 L
mol
)
465.9 K
2
2
!eter =
( R ⋅ T C ) 8 ⋅ P C
(0.08206 atm L mol K 465.9 K ) ⋅
!eter =
⋅
⋅
8 ⋅ 35.6atm
!eter = 0.134 L
mol
n
!me#cla =
∑ χ ⋅ !
=1
!me#cla = 0.44 ⋅ 0.0837 + 0.26 ⋅ 0.112 + 0.30 ⋅ 0.134 !me#cla = 0.106 L
mol
a y " de mezcla en : P =
0.71atm =
V n
a 2
⋅
333.0 K 13.35 atm ⋅ L
mol ⋅ " (V − 0.106 ) L mol
s : n =
−
mol 2
(V ) L mol 2
2
2
mol
m
M e
∴
M e
M e
−
V − ! V 2
0.08206 atm ⋅ L
V = 38.10 L V =
R ⋅ T
%e
=
%e
=
M t
−
M e
=
m ⋅ V V
(0.148 g ) ⋅ 38.10 L =
0.124 L
mol = 45.47 g
mol
* 100
M t 57.6
−
45.47 g
57.6 g
* 100
=
21.1%
REDLIC+ Cálculo de las constantes a y " de mezcla:
2.5
aalcohol = 0.42748 ⋅
R 2 ⋅ T C P C
(0.08206 atm L mol K ) ( 514 K ) ⋅
aalcohol = 0.42748 ⋅
⋅
2.5
⋅
63atm
2 0.5 aalcohol = 273 .7 atm ⋅ L ⋅ K
mol 2
2 .5
aacetona
R 2 ⋅ T C = 0 .42748 ⋅ P C
(0.08206 atm L mol K ) ( 508 .2 K ) ⋅
aacetona
=
aacetona
=
0.42748 ⋅
⋅
2 .5
⋅
46 .4 atm
2 0.5 361 .2 atm ⋅ L ⋅ K
mol 2
2.5
aeter = 0.42748 ⋅
R 2 ⋅ T C P C
(0.08206 atm L mol K ) ( 465 .9 K ) ⋅
aeter = 0.42748 ⋅
⋅
2.5
⋅
35 .6 atm
2 0 .5 aeter = 378 .8 atm ⋅ L ⋅ K
mol 2
2
n ame#cla = ∑ χ ⋅ a =1 ame#cla = [0.44 ⋅ 273.7 + 0.26 ⋅ 2 ame#cla = 325.8 atm ⋅ L 2
361.2 + 0.30 ⋅ 378.8
mol
!alcohol = 0.08664 ⋅
( R T C ) ⋅
P C
(0.08206 atm L mol K 514 K ) ⋅
!alcohol = 0.08664 ⋅ !alcohol = 0.058 L
mol
⋅
⋅
63atm
]
2
!acetona
=
0.08664 ⋅
( R T C ) ⋅
P C
(0.08206 atm L mol K 508.2 K ) ⋅
!acetona
=
!acetona
=
0.08664 ⋅ 0.0779 L
!eter = 0.08664 ⋅
⋅
⋅
46.4 atm
mol
( R T C ) ⋅
P C
(0.08206 atm L mol K 465 .9 K ) ⋅
!eter = 0.08664 ⋅ !eter = 0.0930 L
⋅
⋅
35 .6atm
mol
n
!me#cla = ∑ χ ⋅ ! =1
!me#cla = 0.44 ⋅ 0.058 + 0.26 ⋅ 0.0779 + 0.30 ⋅ 0.0930 !me#cla = 0.742 L
mol
a y " de mezcla en : P =
0.71atm =
0.08206 atm ⋅ L
R ⋅ T V − !
−
a V ⋅ (V + ! ) ⋅ T 0.5
⋅ 333.0 K mol ⋅ K −
(V − 0.742) L mol
2 0.5 325.8 atm ⋅ L ⋅ K
mol 2 0.5 0.5 2 V ⋅ (V + 0.742) ⋅ ( 333.0 ) L ⋅ T
V = 39.2 L V =
V n
s : n =
mol m
M e
∴
=
M e
%e
=
%e
=
M t
V
(0.148 g ) ⋅ 39.2 L
=
M e
m ⋅ V
0.124 L
−
M e
mol = 46.79 g mol
* 100
M t 57.6
−
46.79 g
57.6 g
* 100
=
18.8%
mol 2
BERT+ELOT
Cálculo de las constantes a y " de mezcla:
aalcohol
=
3 P C V c ⋅
2
⋅
(
⋅
)
T C
(
0.169 L
aalcohol
=
3 63atm
aalcohol
=
2709.3 atm L K
⋅
⋅
)
2
mol
⋅
( 514 K )
2
⋅
⋅
2
mol
2
aacetona
=
3 ⋅ P C ⋅ V c ⋅ T C
aacetona
=
3 ⋅ ( 46.4atm ) ⋅ 0.209 L
aacetona
=
2 3090.1atm ⋅ L ⋅ K
(
) mol
2 ⋅
( 508 .2 K )
mol 2
2
aeter = 3 ⋅ P C ⋅ V c ⋅ T C
(
aeter = 3 ⋅ ( 35.6atm ) ⋅ 0.281 L 2 aeter = 3928 .95 atm ⋅ L ⋅ K
) mol
2 ⋅
( 465.9 K )
mol 2
2
ame#cla ame#cla ame#cla !alcohol
=
n = ∑ χ ⋅ a =1 = [0.44 ⋅ 2709.3 + 0.26 ⋅ 2 = 3153.9 atm ⋅ L ⋅ K 2
mol
V C 3 0.167 L
!alcohol
=
!alcohol
=
mol
3 0.057 L
mol
3090.1 + 0.30 ⋅ 3928.95
]
2
!acetona
=
V C 3 0.209 L
!acetona
=
!acetona
=
!eter
=
3 0.070 L
mol
V C 3 0.281 L
!eter
mol
=
mol
3
!eter 0.0937 L =
mol
n
!me#cla = ∑ χ ⋅ ! =1
!me#cla = 0.44 ⋅ 0.056 + 0.26 ⋅ 0.070 + 0.30 ⋅ 0.0937 !me#cla = 0.0714 L
mol
a y " de mezcla en : P =
0.71atm =
R ⋅ T
−
V − !
a V ⋅ T 2
0.08206 atm ⋅ L
2 333.0 K 3153.9 atm ⋅ L ⋅ K ⋅ mol ⋅ K mol − 2 2 (V − 0.07139) L mol V ⋅ ( 333.0) L ⋅ T 2
mol
V = 38.21 L V =
V n
s : n =
mol
m M e
∴
M e
M e %e
=
%e
=
=
=
m ⋅ V V
(0.148 g ) ⋅ 38.21 L 0.124 L
M t
−
M e
mol = 45.6 g
* 100
M t 57.6
−
45.6 g
57.6 g
* 100
=
20.8%
mol
P%E%C%
n
T C =
∑ χ ⋅ T
=1
T C =
( 0.40 ⋅ 514) + ( 0.26 ⋅ 508.2) + ( 0.30 ⋅ 465.9 )
T C =
475.5 K
T R
=
T R
=
P R
=
P R
=
333 K 475 .5 K 0.70
n
P PC =
∑ χ ⋅ P
=1
P PC =
( 0.40 ⋅ 63) + ( 0.26 ⋅ 46.4) + ( 0.30 ⋅ 35.6)
T PC =
47.9atm
Z ≅
PV = ZnRT
s : n =
m
∴
M
0.71atm 47 .9 atm 49 .7
0.86
m PV = Z RT M e
( 0.148 g ) ⋅ (0.08206 atm ⋅ L mol ⋅ K ) ⋅ ( 333 K ) M e = 0.86 = 0.86 ( 0.71atm) ⋅ ( 0.124 L) PV mRT
M e
= 39.5 g mol %e
=
%e
=
M t
−
M e
* 100
M t 57.6
−
39 .5 g
57.6 g
* 100
=
31.4%
GE=>L;%<=
•
A"c!,!" ECUACION -;= H%E;L 6;I %EG ;;L= GE%LHC9 JEG9EL< 5.E.C.
M ('m!") M ('m!") )A,* B7,)) )A,* )A,* )A,* )A,*
B7,(D B7,A B7,7 B7,78
-# 7,A B*,( 7,7 B* B*
M#.c"a ECUACION -;= H%E;L 6;I %EG ;;L= GE%LHC9 JEG9EL< 5.E.C.
M ('m!") 8,A
M ('m!") )8,
-# 7*,B
8,A 8,A 8,A 8,A
)8,) )A, )8,A B,8
7(,( (D,D 7*,D B(,)
CONCLUSIÓN La práctica se realizó con é$ito, se pudo determinar e$perimentalmente los pesos moleculares tanto del alcohol como de la mezcla. =e usaron cuatro ecuaciones considerando #ases reales y la ecuación de #as ideal, para determinar el volumen molar en primera instancia se#ún los datos o"tenidos de ta"las y del proceso y se#ún la masa se pudo determinar el peso molecular. Los resultados o"tenidos varan de los resultados teóricos, el porcenta&e de error vara entre 7* y B*2, estas discrepancias e$isten de"ido a diferentes errores. La presión local vara un poco respecto a la u"icación del la"oratorio y a la temperatura del mismo, la masa de vapor calculada no es la correcta de"ido a que e$isten fu#as del vapor después de la e"ullición tanto del alcohol como de la mezcla.
