Guzmán Bejarano Abigail Luna López José Mariano Munguía Pérez Oscar Ramírez Limeta Rena Leticia Ramos !ontreras "lizabet#
CATEDRÁTICO: María $e Jes%s Gil gallegos
&o'iembre ()*+
INTRODUCCIÓN
Las propie$a$es 1ísicas $e las soluciones 2ue $epen$en e.clusi'amente $e la concentración se llaman propie$a$es coligati'as3 "stas consisten en algunas propie$a$es $el sol'ente 2ue se mo$i1ican cuan$o se #alla 1orman$o parte $e una solución3 La causa $e estos cambios es la presencia $el soluto3 "n el sol'ente puro solo e.isten las 1uerzas intermoleculares típicas $e él4 en una solución5 la presencia $el soluto implica la 1ormación $e enlaces entre las moléculas $el sol'ente las partículas $el soluto 6iones o moléculas73 "sto #ace 2ue la 1racción $e moléculas libres $el lí2ui$o $isminua $e mo$o 2ue la presión $e 'apor $e la solución sea menor 2ue la $el sol'ente puro3 La $isminución en la presión $e 'apor trae como consecuencia un aumento en el punto $e ebullición una $isminución en el punto $e congelación3 Otra propie$a$ coligati'a es la Presión Osmótica5 la cual $epen$e $e la concentración molar $el soluto $e la temperatura absoluta3 Las propie$a$es coligati'as en las soluciones iónicas son marca$amente $i1erentes 2ue en las soluciones moleculares8 la razón es 2ue las concentraciones $e las especies $isueltas son por lo menos el $oble $e las moleculares3 "ntre las aplicaciones $e las propie$a$es coligati'as se encuentra la $eterminación $e la masa molar3 "n esta práctica se estu$iará el cambio en el punto $e congelación elaboran$o nie'e a 2ue es una $e las aplicaciones más coti$ianas conoci$as4 también se estu$iara en cambio $el punto $e ebullición #acien$o 'ariar el soluto6&a!l7 en una mezcla3
MARCO TEÓRICO
9na $isolución es una mezcla #omogénea a ni'el molecular o iónico $e $os o más sustancias 2ue no reaccionan entre sí5 cuos componentes se encuentran en proporciones 'ariables3 -ambién se pue$en $e1inir como una mezcla #omogénea 1orma$a por un $isol'ente por uno o 'arios solutos3 9na $isolución es una mezcla #omogénea $e sustancias puras5 1recuentemente 1orma$a por un sol'ente5 $isol'ente5 $ispersante o me$io $e $ispersión5 me$io en el 2ue se $isuel'en los solutos5 uno o 'arios solutos3 :e suele llamar sol'ente al componente 2ue tiene el mismo esta$o $e agregación 2ue la $isolución4 soluto o solutos5 al otro u otros componentes3 :i to$os tienen el mismo esta$o5 se llama $isol'ente al componente 2ue inter'iene en maor proporción $e masa5 aun2ue muc#as 'eces se consi$era $isol'ente al 2ue es más 1recuentemente usa$o como tal3 "n el caso $e $os metales $isueltos mutuamente en esta$o sóli$o5 se consi$era $isol'ente a a2uél cua estructura cristalina persiste en la solución4 si ambos tienen la misma estructura5 se consi$era $isol'ente al metal 2ue ocupa la maoría $e las posiciones en la estructura cristalina3 Muc#as $e las propie$a$es $e las $isoluciones 'er$a$eras se $e$ucen $el pe2ue;o tama;o $e las partículas $ispersas3 "n general5 1orman $isoluciones 'er$a$eras las sustancias con un peso molecular in1erior a *)<= /alton3 Algunas $e estas propie$a$es son 1unción $ela naturaleza $el soluto 6color5 sabor5 $ensi$a$5 'iscosi$a$5 con$ucti'i$a$ eléctrica5 etc373 Otras propie$a$es $epen$en $el $isol'ente5 aun2ue pue$en ser mo$i1ica$as por el soluto 6tensión super1icial5 ín$ice $e re1racción5 'iscosi$a$5 etc373 :in embargo5 #a otras propie$a$es más uni'ersales 2ue sólo $epen$en $e la concentración $el soluto no $e la naturaleza $e sus moléculas3 "stas son las coligati'as
Propiedades Coligativas :on las propie$a$es 1ísicas 2ue presentan las soluciones5 2ue $epen$en $el n%mero $e partículas $e soluto en una canti$a$ $e $isol'entes3 "stas propie$a$es son características para to$as ca$a una $e las soluciones3 > se sabe 2ue conocien$o la 'ariación e.perimental su1ri$a por una $e ellas se conoce el cambio su1ri$o en las otras3 "llas son8
a) Abatimiento o /isminución $e la -ensión o Presión $el ?apor8 la cual es la más importante por2ue su 'ariación es la 2ue $etermina a las siguientes3 ) Ascenso "bulloscópico
!) /escenso !rioscópico o /isminución $el Punto $e @usión3 d) Presión Osmotica Dis"i#$!i%# de la Presi%# del &apor '(P): "sta propie$a$ surge $el análisis $e la relación sol'entesoluto $e la solución en la 2ue estemos trabajan$o3 "s una consecuencia $e la $isminución $e la concentración e1ecti'a $el sol'ente5 por la presencia $e las partículas $el solutoC3 "s $ecir5 el n%mero $e partículas $el sol'ente 2ue pue$en atra'esar la super1icie es menor $ebi$o a la presencia $e partículas $e soluto en la super1icie $e la solución3 Lo cual 1ísicamente lo e.presamos por me$io $e la8 Le $e Raoult8 la cual nos e.plica 2ue8 “ La
$isminución $e la presión $el 'apor $e la solución $i'i$i$a por la presión $el 'apor $el sol'ente puro5 es igual a la concentración molal $el soluto por una constante 2ue es propia $e ca$a sol'enteC
P8 Presión $el 'apor $el sol'ente puro3 P * P+ , DP , " - . P+8 Presión $el 'apor $e la solución3 "8 molali$a$3 .8 constante 2ue $epen$e $el sol'ente e2ui'ale a la $isminución $e tensión 2ue pro$uce un mol $e soluto en ese sol'ente3 Recor$ar8 E "sta le es 'áli$a solo para solutos no 'olátiles E La presión $el 'apor $isminue a me$i$a 2ue aumenta el soluto $isuelto E La $isminución $e la tensión $el 'apor se mi$e me$iante el manómetro3
As!e#so E$llos!%pi!o '(Te): Las $isoluciones 2ue contienen solutos noF'olátiles presentan puntos $e ebullición más ele'a$os 2ue el $isol'ente puro3 La $i1erencia entre el punto $e ebullición $e la solución el $isol'ente puro para una presión constante estableci$a5 se conoce como ele'ación $el punto $e ebullición 2ue $epen$e $e la naturaleza $el $isol'ente la concentración $el soluto5 pero es in$epen$iente5 por lo menos en soluciones $ilui$as5 $e la naturaleza $el soluto en tanto este no se $isocie3
!onsi$eremos el $iagrama presión $e 'aporFtemperatura 2ue se muestra en la 1igura *3
/ig$ra 3 /iagrama Presión $e 'aporF -emperatura $on$e se muestra la línea $e e2uilibrio lí2ui$oF'apor para el $isol'ente puro la $isolución3 La cur'a AB representa la presión $e 'apor $el $isol'ente puro en 1unción $e la temperatura3 !omo la presión $e 'apor $e la $isolución es para to$as las temperaturas5 menor 2ue la $el $isol'ente5 la cur'a $e presión $e 'aporF temperatura $e la $isolución $ebe 2ue$ar $ebajo $e la $el $isol'ente puro esta representa$a en el $iagrama por la cur'a !/3 A 1in $e alcanzar el punto $e ebullición correspon$iente a cierta presión e.terna 2ue se ejerce sobre la solución P5 $ebe calentarse a temperaturas a las cuales las presiones $e 'apor respecti'as igualan la $el con1inamiento3 "l $isol'ente pue$e alcanzar la presión P a la temperatura -o5 pero la solución $ebe ele'arse a una temperatura maor 2ue -o antes $e 2ue se alcance la misma presión3 Por lo tanto5 para la misma presión e.terna5 la solución $ebe #er'ir a una temperatura más ele'a$a 2ue la $el $isol'ente puro4 el ascenso $el punto $e ebullición será entonces D-bH-F-o3 !uan$o aplicamos la ecuación $e !lausiusF!laperon la Le $e Raoult5 es posible $e$ucir una relación entre el ascenso $el punto $e ebullición $e la solución su concentración3 !omo los puntos " @ 2ue$an sobre la cur'a $e presión $e 'apor $e la solución5 ambos pue$en relacionarse me$iante la ecuación $e !lausiusF!laperon3
"n $on$e8
P P son las presiones $e 'apor $e la solución a las temperaturas - -o respecti'amente3 DI' es el calor $e 'aporización por mol $e $isol'ente $e la solución5 si la solución es $ilui$a - es prácticamente igual a -o -E-o H -o(
!uan$o la le $e Raoult se aplica a la solución5 tenemos
.* H 1racción mol $el $isol'ente3 .( H 1racción mol $el soluto3
Por costumbre5 se e.presa la concentración en moles $e soluto por *))) g $e $isol'ente5 es $ecir en molali$a$ 6m73 :i $esignamos con .* al n%mero $e moles $el $isol'ente en *))) g tenemos8
/ebi$o a 2ue es una solución $ilui$a5 m es pe2ue;o en relación con n* pue$e $espreciarse 2ue$an$o la ecuación como sigue8
Para un $isol'ente $a$o5 to$as las canti$a$es en el paréntesis $e la ecuación anterior son constantes po$emos simpli1icar como sigue8
La constante b se $enomina también constante molal $e ele'ación $el punto $e ebullición o constante ebulloscópica3 "l peso $e soluto por *))) g $e $isol'ente está $a$o por8 K(H peso $el soluto en g K* H peso $el $isol'ente en g La molali$a$ $e la $isolución es8
/on$e M( es el peso molecular $el soluto3 Relacionan$o las ecuaciones anteriores obtenemos8
$e a2uí5 es posible $eterminar el peso molecular $el soluto si conocemos el 'alor $e la constante ebulloscópica $el $isol'ente5 así como la 'ariación $el punto $e ebullición la concentración molal $e la solución3
Des!e#so Crios!%pi!o 'DT!): !uan$o se $isuel'e una sustancia en un $isol'ente lí2ui$o5 el punto $e congelación $e la $isolución es menor 2ue el $el $isol'ente puro3 "l $escenso en la temperatura $e congelación $epen$e $el n%mero $e moles $e soluto $isueltos en una canti$a$ $a$a $e $isol'ente3 Al igual 2ue el incremento en el punto $e ebullición5 el $escenso en el punto $e congelación pue$e $eterminarse como8
$on$e8 •
• • • • •
1 H constante crioscópica o constante molal $e $escenso en el punto $e congelación3 m H molali$a$ $e la $isolución en molesg $e $isol'ente3 M) H peso molecular $el $isol'ente R H constante uni'ersal $e los gases3 -) H punto $e congelación $el $isol'ente puro3 DI1 H entalpía molar $e 1usión $el $isol'ente puro3
La a$ministración $e un soluto no 'olátil a un sol'ente puro a$emás $e con'ertirlo en una solución $isminue su presión $e 'apor5 #ace 2ue éste se congele a una temperatura in1erior en comparación con el sol'ente puroC3 Por ello $ecimos 2ue las soluciones congelan a temperaturas in1eriores a las $el sol'ente puro3 La le $e Raoult8 e.presa 2ue8 "s $escenso crioscópico es $irectamente proporcional a la molali$a$ a la constante crioscópica $el sol'enteC 6con 2ue estemos trabajan$o73 "s $ecir8
T+8 temperatura $e congelación $e la solución 6es la temperatura menor7 T8 temperatura $e congelación $el sol'ente puro 6es la temperatura maor73 "8 concentración molal 3 0!8 constante crioscópica3 ?aría con el sol'ente utiliza$o es $e *3+ ! para el agua3 DT!8 'ariación $e temperatura $e congelación3 P$#tos de !o#gela!i%#E 1olve#te: congela aN3 2-emperaturas maores con respecto a la solución3 FMenor presión $el 'apor con respecto a la solución3
E 1ol$!i%#: congela aN3 2Menor temperatura 2ue el sol'ente puro3 FMaor presión $el 'apor 2ue el sol'ente puro3
Presi%# Os"oti!a: "s el pasaje $e moléculas $e sol'ente $es$e una solución $ilui$a a una más concentra$a5 es $ecir5 $e una 2ue tiene maor presión $e 'apor a una 2ue tiene menor presión $e 'aporC3 !oe1iciente iC $e ?ant Io118 "s un 1actor $e corrección aplicable a la 1órmula $e Raoult5 cuan$o ésta trabaja sobre sustancias 2ue $isocien4 a 2ue éstas presentan una maor concentración $e partículas por lo 2ue las propie$a$es coligati'as se 'en notablemente e.agera$as en comparación con las 2ue no $isocian3(Q "ste 1actor lo e.presamos como8
PRACTICA N3 PARTE I: AUMENTO EN E5 PUNTO DE E6U55ICIÓN Materiales 7 rea!tivos • • • • • •
* mec#ero bunsen * tapón $e #ule S perlas $e ebullición Agua $estila$a gramos $e &a!l
PROCEDIMIENTO E8PERIMENTA5 *3 "n un matraz $e balón se agregaron () ml $e agua $estila$a tres perlas $e ebullición3 (3 :e acoplo un termómetro a la boca $el matraz utilizan$o un tapón $e #ule5 sin tocar el 1on$o3 S3 :e sujetó el matraz al soporte uni'ersal un tripié metálico con tela $e asbesto =3 Posteriormente se calentó lentamente el 1on$o $el matraz $e balón5 #asta llegar al punto $e ebullición3 3 :e anotó la temperatura obteni$a3 +3 /espués se pesó * gramo &a!l5
mientras
temperatura $escen$ía a la mita$ la solución T3 :e #omogeneizo
se agregó el &a!l a
mi$ió
nue'amente
temperatura $e ebullición3 3 :e repitió el proce$imiento
PROCEDIMIENTO E8PERIMENTA5 *3 "n una bolsa agrego un ) U $e #ielos un )U $e la sal (3 "n otra bolsa se agregaron )) ml $e lec#e5 az%car 'ainilla al gusto3
S3 :e !erró bien la bolsa con la solución se ,ntro$ujo en la bolsa en la $e #ielos con sal =3 :e agito constantemente #asta 2ue se 1ormó la nie'e3
RE1U5TADO1 PAR-" ,8 A9M"&-O "& "L P9&-O /" "B9LL,!,V& /atos8 /ensi$a$ 6I(O78 * gml b agua8 )3( PM8 *3)*( gmol ?olumen I(O H () mlQ -emperatura ebullición $el agua I () H ) !Q Masa $el &a!l H 3== gmol -emperatura ebullición mezcla H !Q Masa $e &a!l agrega$a H * gQ
&ol$"e# de +O
() ml
9ra"os de NaCl agregado ) * ( S =
Te"perat$ra de e$lli!i%# de la "e;!la ) ! ! = ! ( ! ) ! = !
Tabla 18
?ariación $e la temperatura $e ebullición con respecto a los gramos $e &a!l agrega$os a la mezcla3 CALCULOS:
Masa $e soluto m = ρ∗∨
¿ m =¿ * gml76() ml7 H () g
1) Calculo de molalidad ∆ Tb = Kb + molalidad
Molalidad =
∆ Tb Kb
∆Tb H $i1erencia $e temperaturas $e ebullición3
b H !onstante $e ele'ación $el punto $e ebullición $el sol'ente3
Molali$a$ H
∆ Tb Kb
H
(85 −80 ) 0.52
20 g
H W3+* x ( mol de NaCl ) x ¿ $e sol'ente7H
)3*W(S) mol &a!l @inalmente PM &a!l H
masa 1g = =5.20002 g / mol mol 0.19230
1000 g solvente
Molali$a$ H
∆ Tb Kb
H
( 84 −82 ) 0.52
20 g
H S3=+* x ( mol de NaCl ) x ¿ $e sol'ente7H 1000 g solvente
)3)T+W(S mol &a!l @inalmente PM &a!l H
masa 1g = =13. OOOg / mol mol 0.076923
PAR-" ,,8 /":!"&:O "& "L P9&-O /" !O&G"LA!,V& :e obtu'o nie'e por me$io $el proceso lle'a$o a cabo en el laboratorio3 Xsta práctica 1ue principalmente $e tipo obser'ati'a3 Por lo cual el resulta$o principal en ésta 1ue 2ue $espués $e alre$e$or $e una #ora se logró lle'ar la mezcla $e az%car5 lec#e 'ainilla a su punto $e congelación gracias al ambiente 1rio 2ue se generó por me$io $e los #ielos
5e!
&ai#illa'"l)
A;=!ar 'g)
Tie"po de !o#gela!i%# '<) =) ( * *3() Tala II: -iempo $e 1ormación $e nie'e con respecto a la 1ormulación $e la misma3 DI1CU1IÓN Las propie$a$es coligati'as $e las soluciones $ilui$as son las 2ue $epen$en solamente $el n%mero $e moléculas $e soluto en una canti$a$ $a$a $e sol'ente5 esto nos re1iere a 2ue $ic#as propie$a$es 'arían respecto a la canti$a$ $e soluto 2ue se encuentre presente5 las moléculas $el soluto interaccionan o inter1ieren en el normal mo'imiento $e las moléculas $el sol'ente a1ectan$o seriamente a estas propie$a$es3 "l aumento en el punto $e ebullición el $escenso en el punto $e congelación son $os $e las propie$a$es coligati'as $e las soluciones3 La 1orma en la 2ue $i1ieren los puntos $e ebullición $e congelación $e una solución #í$rica $e los $el agua pura es me$iante la a$ición $e un soluto no 'olátil5 2ue $isminue la presión $e 'apor $e la solución3 "n la presente práctica Aumento en el punto $e ebulliciónC se $emostró por me$io $e la parte e.perimental 2ue en una $isolución $e &a!l 6:al $e mesa7 agua5 el punto $e ebullición aumenta con1orme se iba agregan$o maor canti$a$ $e sal 6soluto73 -oman$o en cuenta )! como la temperatura $e ebullición $el agua
pura se pue$e #acer én1asis 2ue las siguientes temperaturas $e ebullición con gramos $e sal agrega$a son maores3 :e presentaron errores a lo largo $e la práctica tenien$o como resulta$o las 'ariaciones $e temperaturas $e ebullición5 estos errores pu$ieron ser a la #ora $e obser'ar el momento en 2ue la $isolución comenzó a ebullir5 con1un$ien$o $ic#os momentos toman$o por en$e e2ui'oca$as temperaturas3 Otro error 2ue pu$o in1luir 1ue el escape 2ue se tu'o $e 'apor $e agua al momento $e estar calenta$o5 algunos 'apores se escapaban al no #aber cerra$o bien el matraz con el tapón3 !abe mencionar 2ue se prestó total atención al momento $e calentar la $isolución el matraz a 2ue se po$ía pro$ucir un acci$ente al tener $emasia$a presión $entro $el matraz5 pu$ien$o ser otro error el ejercer $i1erentes presiones con el tapón e in1luir esta presión con el punto $e ebullición ser la causa $e 2ue nuestras temperaturas #aan 'aria$o3 -o$os los posibles errores nos lle'aron a la $i1erencia tan gran$e 2ue se tu'o al realizar la $eterminación $e la masa molar $el &a!l5 obtenien$o así una práctica 1alli$a3 "n la parte $emostrati'a $e /escenso en el punto $e congelaciónC $e acuer$o al tiempo el mo'imiento 2ue se re2uirió en los #ielos 2ue cubrían la mezcla para la elaboración $e la nie'e se pue$e obser'ar 2ue está re2uirió un gran tiempo para su obtención3 Xsto sobre to$o a 2ue las con$iciones necesarias no 1ueron alcanza$as en un inicio5 la $istribución $e la temperatura no 1ue uni1orme en las bolsas 2ue se usaron en un principio5 esto $ebi$o a 2ue se #acía $i1icil el mo'imiento $e los #ielos en ésta por lo 2ue se cambió al menos $os 'eces el recipiente en $on$e estaban estos5 al 1inal se tu'o 2ue #acer uso $e un recipiente plástico gran$e en $on$e se colocó to$o el #ielo la mezcla en el centro3 Iacien$o girar los #ielos alre$e$or #asta 2ue se obser'ara el cambio en la consistencia3 Otro $e los aspectos 2ue in1lueron en el tiempo $e obtención $e la nie'e 1ue la canti$a$ 2ue se buscaba conseguir5 si bien la práctica proponía una base $e *)) ml $e lec#e se $eci$ió usar poco más $e =)) ml5 por lo tanto5 las canti$a$es a usar $e az%car5 'ainilla #ielo 1ue maor #acien$o 2ue el tiempo por tanto aumentara3 "ste aspecto pu$o notarse con el resto $e los e2uipos5 puesto 2ue los e2uipos 2ue usaron la base $e *)) ml $e lec#e o cercana tar$aron menor tiempo en obtener la nie'e3
CONC5U1IÓN: "n la parte , $el e.perimento se pu$o i$enti1icar 2ue mientras más soluto $isuelto #abía en el agua5 aumentaba la temperatura $e ebullición5 tal como se muestra en la tabla ,3 "s importante también5 consi$erar los 'alores reales $e las 'ariables 2ue se ocupan $entro $el proceso e.perimental5 en este caso5 como a1ectan los 1enómenos $e presión5 altura temperatura $el me$io ambiente en el $esarrollo $e la práctica3 "n la parte ,, $e e.perimento $isminución $el punto $e congelación se pu$o obser'ar 2ue el punto $e congelación $isminue con
respecto a su concentración5 su 'ez también se pue$o obser'ar el proceso $e 1ormación $e cristales por %ltimo la obtención $e nie'e $e 'ainilla3