crioscopia

LFQIMi08UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE QUIMICA INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA AGROINDUSTRIAL Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química (07.2) Departamento De Fisicoquímica Laboratorio de física II PRACTICA N°08 DIAGRAMA DE SOLUBILIDAD Integrantes: Olarte López Jonathan 10070024 Condori Núñez José Ronald Cárdenas Ayala Heber 10070130 10070199 Profesor: Alejandro Yarango Rojas Fecha de la experiencia Fecha de entrega 16 de Noviembre del 2011 23 de Noviembre del 2011 Tabla de contenidos U.N.M.S.M I. Facultad de Ingeniería Química RESUMEN 3 INTRODUCCION 4 III. PRINCIPIOS TEORICOS 5 IV. RESULTADOS 14 CONCLUSIONES 19 II. V. VI. RECOMENDACIONES 20 VII. BIBLIOGRAFIA 21 VIII. APENDICE 22 Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 2 U.N.M.S.M Facultad de Ingeniería Química I. RESUMEN El objetivo de la práctica es determinar el peso molecular de la muestra orgánica (urea) disuelta en agua mediante el método utilizado llamado crioscópico. Las condiciones del , trabajo de laboratorio T=22°C; son: HR=95% El principio teórico en el que se fundamenta esta práctica es el método crioscópico. Se conoce como descenso crioscópico o depresión del punto de fusión a la disminución de la temperatura del punto de congelación que experimenta una disolución respecto a la del disolvente puro. Todas las disoluciones en las que, al enfriarse, el disolvente solidifica puro sin el soluto, tienen una temperatura de congelación inferior al disolvente puro. La magnitud del descenso crioscópico, , viene dada por la diferencia de temperaturas de congelación (o de fusión) del disolvente puro y de la disolución, y , respectivamente: . 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. Cualquier soluto, en la misma cantidad, produce el mismo efecto. Como resultado se obtiene que el peso molecular de la urea hallado experimentalmente es de 67.45 g/mol y en comparación con el g mol , encontramos un Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 3 teórico que cuyo valor es de porcentaje de error de 60.055 12.3% . M Facultad de Ingeniería Química Una de las conclusiones obtenidas es que el punto de congelación de un solvente es directamente proporcional a la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.M.U. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 4 .S. Para el aumento de la exactitud de la medición de ∆T es cómodo utilizar solventes con valores grandes de Kf. como por ejemplo el alcanfor y el canfeno.N. Se recomienda mantener la agitación constante para que la temperatura sea constante en todo el sistema. los cuales en los últimos años encuentran gran aplicación. en general.M. etc. con lo que la adulteración puede ser detectada mediante medidas el descenso crioscópico. Para ellos se lanza cloruro de sodio (NaCl) o de calcio (CaCl2) sobre las placas de hielo. No es posible usar grandes cantidades de anticongelante ya que provocaría problemas de corrosión. Existen múltiples aplicaciones analíticas para el descenso crioscópico de los líquidos corporales (sangre. esta propiedad se aprovecha para detectar adulteraciones en la leche.U. autopistas y pistas de aeropuertos. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 5 . Introducción La crioscopía o descenso crioscópico un método muy utilizado para determinar masas moleculares de productos químicos que se fabrican a nivel industrial.570 °C para la de oveja.S. disminuyendo la concentración de solutos y aumentando la temperatura de congelación según la ley de Raoult.570 °C para la leche de vaca.). cuando este se disuelve. En la construcción se usan anticongelantes para los hormigones en lugares donde las temperaturas son muy bajas y se congelaría el agua.23 Las variaciones dependen de la estación (siendo menor durante el invierno) y los contenido de sales en la alimentación del animal. El descenso crioscópico también se aprovecha para eliminar capas de hielo de las carreteras. La leche se puede adulterar añadiendo agua sin que sea apreciable a simple vista. con lo que se disminuye la temperatura de congelación y se funden las placas de hielo.5466 °C y -0. lágrimas.22 y entre -0. al igual que se hace a nivel de laboratorio.21 entre -0. Para realizar estas determinaciones se usa un aparato automatizado llamado crioscopio u osmómetro de punto de congelación que permite detectar en poco tiempo variaciones de milésimas del descenso crioscópico. También se emplea para controlar la calidad de los líquidos: la magnitud del descenso crioscópico es una medida directa de la cantidad total de impurezas que puede tener un producto: a mayor descenso crioscópico.5567 °C para la de cabra. Una ventaja del cloruro de calcio es que.530 °C y -0. si se añade agua se diluye la leche. Para detectar si se ha añadido agua se realiza una determinación de su temperatura de congelación que. Los anticongelantes que se usan son sales.N. orina. más impurezas contiene la muestra analizada. -0. Para eliminar las capas de hielo que se forman sobre los aviones también se usa el etilenglicol.M Facultad de Ingeniería Química II. En la industria agroalimentaria. varía muy poco. libera gran cantidad de calor que ayuda a fundir más el hielo.24 Ya que las temperaturas de congelación son características dentro de un margen muy estrecho. N. ampliaron posteriormente los estudios sobre el descenso crioscópico. La aplicación del descenso crioscópico fue esencial para el estudio de las propiedades de las sustancias. es independiente de la naturaleza de este último. ya que permitió la determinación de sus masas moleculares de forma precisa. respectivamente: El descenso crioscópico es una de las propiedades coligativas y por lo tanto. También fue fundamental para la confirmación de la teoría de la disociación electrolítica de Arrhenius y para la determinación de coeficientes de actividad.U. en la misma cantidad. viene dada por la diferencia de temperaturas de congelación (o de fusión) del disolvente puro y de la disolución. la magnitud del descenso sólo depende de la naturaleza del disolvente y de la cantidad de soluto disuelta. Tf* y Tf. produce el mismo efecto.M. CaCl 2. Cualquier soluto. ∆Tc. Parte Teórica DESCENSO CRIOSCÓPICO: Se conoce como descenso crioscópico o depresión del punto de fusión a la disminución de la temperatura del punto de congelación que experimenta una disolución respecto a la del disolvente puro. Todas las disoluciones en las que. Las primeras investigaciones sobre este fenómeno se deben al químico francés François-Marie Raoult y datan de 1882.M Facultad de Ingeniería Química normalmente cloruro de calcio. entre los que destacan Jacobus Henricus van 't Hof. Eliminación del hielo de un avión mediante una disolución anticongelante. Wilhelm Ostwald y Ernst Otto Beckmann. Raoult definió una ecuación experimental que reproduce bien los datos que se obtienen a bajas concentraciones. al enfriarse. III. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 6 . que en una proporción del 2 % reduce la temperatura de congelación a -5 °C. el disolvente solidifica puro sin el soluto.S. donde la curva se aproxima a una recta. tienen una temperatura de congelación inferior al disolvente puro. es decir. La magnitud del descenso crioscópico. Otros científicos. Se observa que la temperatura de congelación de la disolución disminuye a medida que aumenta la molalidad y la concentración de la disolución. átomos o iones) de un sólido ocupan una posición fija y solo vibran alrededor de esa posición. además de las partículas del disolvente en movimiento. CAUSAS DEL DESCENSO CRIOSCÓPICO: El descenso crioscópico se puede explicar a partir de la variación de entropía que se produce durante el cambio de fase. Si una disolución acuosa se encuentra en el punto a y se reduce la temperatura. Diagrama de fases de una disolución acuosa. El desorden es debido a que las partículas (moléculas. etc.U.S.M Facultad de Ingeniería Química El descenso crioscópico ha encontrado aplicaciones prácticas fuera de los laboratorios de investigación. se congelará en el punto b por debajo de 0 °C que corresponde al agua pura. también se encuentran las partículas de soluto en movimiento. para la preparación de disoluciones en la industria farmacéutica. un sólido puro está más ordenado que un líquido puro. La entropía es una medida del desorden del sistema. en un líquido las partículas están en movimiento y no tienen una posición determinada. como en el uso de anticongelantes para evitar que los circuitos de refrigeración de los motores de los vehículos o los mismos combustibles se congelen cuando las temperaturas bajan en invierno. Podemos ordenar los sistemas de más a menos entropía: Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 7 .M. para análisis clínicos de sangre y orina.N. lo que hace que el sistema esté más desordenado. un mayor desorden. y por lo tanto. Así. Una disolución líquida tiene más desorden que un líquido puro ya que en la disolución. este último tiene una mayor entropía. para la determinación de la adulteración de la leche con agua. Por el contrario. siguiendo una curva descendente. M. y se le llama ∆Sf. viene acompañada de una variación de entropía. en el caso de una disolución.U. y la temperatura. la variación corresponde a la diferencia de entropía entre el disolvente sólido y el disolvente líquido y se le llamará ∆S*f. ∆Hf. es decir. Por otro lado. ∆Hf. Tf. Así.S. que es la diferencia de entropía entre los estados final e inicial. la congelación es una transición de fase de primer orden. se obtiene que si la variación de entropía es mayor en el caso de la disolución. es constante. la temperatura del cambio de fase deberá ser menor para que el segundo miembro de la igualdad aumente para igualar la mayor variación de entropía de la congelación del disolvente de la disolución. Esta última es superior a la primera porque la disolución tiene más entropía que el disolvente líquido. la variación de entropía es la diferencia entre la entropía del disolvente sólido y la disolución. se puede relacionar la variación de entropía que se produce con la entalpía de cambio de fase (calor latente). tiene lugar con una variación brusca de entropía de forma prácticamente reversible a la temperatura y presión de equilibrio. Dado que la variación de la entalpía. según la ecuación. Por lo tanto: Termómetro diferencial de Beckmann. Matemáticamente se demuestra: Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 8 . en este caso de líquido a sólido.M Facultad de Ingeniería Química La variación de entropía que se produce durante un cambio de estado.N. En el caso de un disolvente puro. tanto en el paso del disolvente líquido a sólido como del disolvente de la disolución a sólido. Se puede calcular de forma aproximada hasta que temperatura puede mantenerse el agua del mar sin llegar a congelarse. A mayor concentración de soluto. hasta un mínimo de -2 °C. las temperaturas de congelación de las disoluciones son siempre menores que las del disolvente puro debido a que la disolución tiene más entropía. El agua que se encuentra en contacto con la atmósfera alcanza temperaturas mucho más bajas y llega a congelarse.S. Suponiendo que todas las sales son cloruro de sodio (NaCl) y que la concentración es de 35 g por kg de disolvente.M Facultad de Ingeniería Química Por tanto. que el disolvente líquido puro. en sus respectivos inviernos. La razón por la cual permanece en estado líquido es la concentración de sales disueltas (unos 35 g de sales.U.N.M. por kg de agua) que disminuyen la temperatura de congelación del agua marina. Conociendo que la constante crioscópica del agua vale 1. pero sí que se encuentra a uno o dos grados bajo cero. por lo tanto. EL DESCENSO CRIOSCÓPICO EN LA NATURALEZA: El agua marina: La temperatura del agua de los océanos Ártico y Antártico.2 °C sin congelarse. menor temperatura de congelación y mayor descenso crioscópico. se supone que está completamente disociado y el coeficiente de Van't Hof toma el valor de 2. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 9 . más desorden. mayor desorden.86 °C·kg/mol se puede calcular el descenso crioscópico como: Por lo que el agua del mar puede alcanzar una temperatura de -2. sin embargo. se tiene una molalidad de: Dado que el cloruro de sodio es un electrolito fuerte. el agua líquida que queda por debajo no alcanza temperaturas tan bajas. mayor entropía en la disolución y. aunque ese valor límite sólo se alcanza para disoluciones muy diluidas. llega a bajar varios grados Celsius bajo cero. principalmente cloruro sódico. Estas proteínas tienen un mecanismo de funcionamiento que no se basa en el descenso crioscópico y una efectividad unas 500 veces mayor.M. por ejemplo. de las larvas de invierno de Bracon cephi que tienen una temperatura de congelación que puede alcanzar los -17 °C durante el invierno. sorbitol o manitol durante el invierno.N.8 °C. que vive en la mitad septentrional de Norteamérica. Este animal puede hibernar. sobreviviendo a la congelación de entre el 35 y el 45% de su cuerpo. La Rana sylvatica. mientras que los individuos de verano sólo pueden alcanzar los -1 °C. estas se adhieren a los núcleos de cristalización del hielo que se forman inicialmente e impiden su crecimiento posterior.M Facultad de Ingeniería Química En el ártico. Se trata de solutos elaborados o incorporados a sus líquidos corporales durante las estaciones frías. producen concentraciones elevadas de glicerol. por ejemplo. urea acumulada en los tejidos y glucosa almacenada en el hígado para limitar la cantidad de hielo que se forma en su cuerpo y reducir así la contracción osmótica de las células. Es el caso. También los huevos de invierno de la oruga Malacosoma contienen glicerol en una cantidad del orden del 35% de su peso en seco.S.U. es capaz de prosperar en un clima subártico. En el océano Antártico género Notothenioidea que viven un centenar de especies del sintetizan un tipo de proteínas con características anticongelantes que se disuelven en la sangre y que les permiten sobrevivir a temperaturas de hasta -1. Para ello se sirve de proteínas especiales. el agua se encuentra en estado líquido pese a encontrarse a temperaturas por debajo de los 0 °C. Al parecer. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 10 . Seres vivos con anticongelantes: Algunos animales evitan la congelación usando anticongelantes fisiológicos. Muchos insectos. con los que incrementan la concentración total de solutos y reducen la temperatura de congelación. 2 Dietanolam C4H11O2 ina N 105.S.N.11 C6H6O 94.63 H2O 18. las constantes crioscópicas serán elevadas si las entalpías de fusión son bajas.8 Ciclohexan ol C6H12O 100.2 3. lo que provoca que la dietanolamina tenga un valor medio de la constante crioscópica.23 C6H6 78.29 40.84 C3H8O3 92.07 Ciclohexan o C6H12 84. la menor entre todos los disolventes mostrados en la tabla.23 -13 3.54 16.01 0.14 25.16 2.0 1. la menor de las listadas.95 5.M Facultad de Ingeniería Química CONSTANTES CRIOSCÓPICAS: Los valores se han analizado usando la expresión obtenido en la deducción termodinámica de la constante crioscópica: Las constantes crioscópicas serán elevadas si lo son las temperaturas de congelación y las masas molares. El agua.02 6.16 1.5 5. Sin embargo. que tiene una temperatura de congelación de 40 °C que hace que su constante crioscópica sea elevada.56 -6.0 5.13 10.09 8.76 25.48 18.63 6. que tienen entalpías de fusión bajas.11 9. La dietanolamina tiene una entalpía de fusión muy alta que compensa los elevados valores de la masa molar y de la temperatura de congelación. por el contrario.07 11.86 C6H7N 93.M.6 3. ya que son directamente proporcionales. lo que da lugar a una constante crioscópica baja.4 42.56 Agua Anilina Benceno Etilenglicol Fenol Glicerol Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 11 .6 20.16 C2H6O2 62.11 11.09 28 3. lo que da valores muy elevados para sus constantes crioscópicas. tiene una masa molar baja. Es el caso del fenol. Disolvente Ácido acético Fórmu la Masa molar g/mol Entalpía de fusión kJ/mol Temperatura de kf fusión °C·kg·mol -1 °C C2H4O2 60. Este es el caso de disolvente como el ciclohexano y el ciclohexanol.05 11.U.9 6. 17 16. expresadas en °C·kg·mol-1. para un mismo disolvente las constantes ebulloscópicas serán menores que las crioscópicas. Las Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 12 . no consiguen compensar la de las entalpías. de distintos disolventes. la cual varía entre determinados límites. La razón de esta diferencia se encuentra en las diferencias de las entalpías de fusión y de vaporización del disolvente.31 La tabla muestra valores de temperaturas de congelación y constantes crioscópicas. lo que hace que la primera sea más usada a la hora de determinar masas moleculares u otras determinaciones analíticas. DISOLUCIÓN: Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular (a diferencia de una suspensión) de dos o más sustancias químicas que no reaccionan entre sí. a pesar de estar situadas en el numerador y al cuadrado. Por eso.81 13.55 p-xileno C8H10 106.M Facultad de Ingeniería Química Tolueno C7H8 92. pero su influencia. se obtienen valores de las constantes menores para entalpías mayores. si las entalpías de vaporización son mayores que las de fusión. y cuyos componentes se encuentran en una determinada proporción.N. COMPARACIÓN CON EL AUMENTO EBULLOSCÓPICO: Para una misma disolución. Las temperaturas de ebullición del disolvente son siempre mayores que las de congelación.9 3.14 6. Por tanto.S. como en las expresiones de las constantes crioscópica y ebulloscópica las entalpías están en el denominador. kf. Las entalpías de vaporización del disolvente son siempre más elevadas que sus entalpías de fusión y.U.M. Una disolución consta de una fase dispersa llamada soluto y una fase dispersante denominada disolvente. para una misma disolución se obtendrán descensos crioscópicos mayores que los aumentos ebulloscópicos ya que la constante crioscópica es mayor que la ebulloscópica.2 4. la magnitud del descenso crioscópico es mayor que la del aumento ebulloscópico.85 -94. Alternativamente. saturada y sobresaturada. que la suma de los volúmenes de las sustancias por separado. la solubilidad depende de la temperatura. Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor. Se representa con la letra M. y no de la naturaleza o tipo de soluto). Como se ha señalado. poco soluble para valores menores e insoluble para valores muy pequeños. que es la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida. es decir.N. El soluto excedente se deposita en el fondo del recipiente. la solubilidad aumenta con la temperatura.S. concentrada. En general. y para cada temperatura hay una proporción límite a partir de la cual el disolvente no es capaz de disolver más soluto. Se representa con la letra m. la molalidad es el cociente entre el número de moles de soluto disuelto y la masa del disolvente en kg. y el volumen de la disolución es menor. cociente entre el número de moles del soluto y el volumen total de la disolución en litros. con lo que la disolución pasa a ser saturada.U.1 M. Por ejemplo. como en el caso de la disolución de azúcar en agua o zumo. las propiedades físicas y químicas de la disolución dependen de la concentración del soluto (proporción de masa o moles). pues el sistema absorbe energía en forma de calor que puede aportar adicionalmente para la solvatación del soluto. El soluto no puede separarse por centrifugación (no sedimenta) ni filtración. Una disolución diluida se caracteriza por una proporción de soluto (en volumen) muy baja respecto al disolvente. En la mayoría de casos.M. de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales. Por tanto. Una magnitud relacionada es la solubilidad. cuando Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 13 . Se distingue entre disolución diluida. Tanto el disolvente como el soluto pueden estar en diferentes estados de agregación. que caracteriza la capacidad que tiene un disolvente para disolver una sustancia dada. en general. Ésta no es ilimitada. la solubilidad de NaCl en agua a 20ºC es de 0.M Facultad de Ingeniería Química partículas del soluto se encuentran dispersas entre las moléculas del disolvente. sino que es necesario recurrir a cambios de fase. Sólo en algunos casos. PROPIEDADES COLIGATIVAS: Se llaman propiedades coligativas a aquellas propiedades de una disolución que dependen únicamente de la concentración (generalmente expresada como concentración molar. ya que la disolución va acompañada de una liberación de calor (el estado de menor energía interna es el disuelto). la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. se considera que una sustancia es soluble cuando su solubilidad es mayor que 0. La forma más frecuente de expresar la concentración en disoluciones químicas es la molaridad. En general.6 M. la solubilidad de una sustancia respecto a un disolvente es la concentración que corresponde al estado de saturación a una temperatura concreta. pues es menos probable que existan moléculas de disolvente en el límite de cambio. Para evitarlo se le agregan ciertas sustancias químicas que hacen descender su punto de congelación.M Facultad de Ingeniería Química el líquido se encuentra en un recipiente cerrado. El descenso de ésta se produce por dos razones: por probabilidad. se observa que la de la solución es menor que la del solvente. Descenso crioscópico: El soluto obstaculiza la formación de cristales sólidos. Esto es consecuencia de la presencia del soluto no volátil. al compararla con la presión de vapor de su solvente puro (medidas a la misma temperatura).  La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente. La presión de vapor depende del solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor temperatura. Este efecto es el resultado de dos factores:  La disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre. ΔT = Kf · m   m es la molalidad. A su vez. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 14 . aquella solución más concentrada tiene menor presión de vapor. es decir. PROPIEDADES COLIGATIVAS MÁS COMUNES: Descenso de la presión de vapor: Cuando se prepara una solución con un solvente y un soluto no volátil (que se transformará en gas) y se mide su presión. mayor presión de vapor). por ejemplo el líquido anticongelante de los motores de los automóviles tiene una base de agua pura a presión atmosférica se congelaría a 0°C dentro de las tuberías y no resultaría útil en lugares fríos. Se mide cuando el sistema llega al equilibrio dinámico.M. dificultando su paso a vapor. y por cohesión. pues las moléculas de soluto atraen a las de disolvente por lo que cuesta más el cambio.S.N. ΔTf es el descenso del punto de congelación y es igual a Tf T donde T es el punto de congelación de la solución y Tf es el punto de congelación del disolvente puro. se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg).U. cuando se las comparan las presiones de vapor de dos soluciones de igual composición y diferente concentración. La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil. cuando la cantidad de moléculas de vapor que vuelven a la fase líquida es igual a las moléculas que se transforman en vapor. cuando se hallan separadas por una membrana semipermeable. pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullición sube algunos grados centígrados. Presión osmótica: La ósmosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de menor concentración hacia zonas de mayor concentración de soluto.86 °C kg/mol.314472 J · K-1 · mol-1. El efecto puede pensarse como una tendencia de los solventes a "diluir". Es el pasaje espontáneo de solvente desde una solución más diluida (menos concentrada) hacia una solución menos diluida (más concentrada). La presión osmótica (π) se define como la presión requerida para evitar el paso de solvente a través de una membrana semipermeable. Su valor cuando el solvente es agua es 0. el agua pura a presión atmosférica ebulle a 100 °C. Aumento ebulloscópico: Al agregar moléculas o iones a un solvente puro la temperatura en el que éste entra en ebullición es más alto. Por ejemplo.N. ΔTb es el aumento del punto de ebullición y es igual a T Tb donde T es el punto de ebullición de la solución y Tb el del disolvente puro. y cumple con la expresión: (También: π = (nRT) / V)    n es el número de moles de partículas en la solución.U.512 °C kg/mol. Observación: Se utiliza la unidad de molaridad (M) para expresar la concentración ya que el fenómeno de ósmosis ocurre a temperatura constante (de esto se deduce que las unidades de concentración para el Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 15 .M  Facultad de Ingeniería Química Kf es una constante de congelación del disolvente. ΔTb = Kb · m    m es la molalidad. T es la temperatura en Kelvin. Kb es una constante de ebullición del disolvente. R es la constante universal de los gases. la presión osmótica no depende de la carga de las partículas.M. cuando el solvente es agua es 1. se expresa en moles de soluto por kilogramo de disolvente (mol/kg). donde R = 8. Su valor.S. Teniendo en cuenta que n/V representa la molaridad (M) de la solución obtenemos: Al igual que en la ley de los gases ideales. M Facultad de Ingeniería Química ascenso ebulloscópico y el descenso crioscópico estén dadas en molalidad (m). ya que este tipo de expresión no varía con la temperatura). CALORÍMETRO DE BECKMANN: Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 16 .S.N.M.U. 91 2.93 2.41 250 0.85 200 1.4 20 3.65 4.95 2.2.40 100 2.93 2.20 120 1.48 4.35 105 1.55 240 0.90 185 1.45 170 1.1 45 3.70 4.80 4.13 285 3.00 Determinación Crioscópica del Peso Molecular 32 0 32 5 33 0 33 5 34 0 34 5 35 0 35 5 36 0 36 5 2.43 4.45 95 2.90 190 1.59 160 1. RESULTADOS Tabla Nº 1: Condiciones de laboratorio 756 22 95 Tabla Nº 2: Datos experimentales Tabla 2.56 4.: Datos de temperatura en función al tiempo para el soluto.95 2.51 4.16 280 2.30 260 0.90 195 1.85 4.M Facultad de Ingeniería Química IV.2456 0.92 2.26 265 0.91 40 0 40 5 41 0 41 5 42 0 42 5 43 0 43 5 44 0 44 5 Página 17 .67 80 2.27 180 1.6 10 3.61 4.9981 Tabla 2.93 2.18 275 2.30 110 1.92 2.36 255 0.2 40 3.64 85 2.U.7 5 3.5 15 3.25 115 1.M.8 0 3.3 30 3.95 2.85 205 1.3 25 3.N.2 35 3.55 165 1.21 270 0. 4.S.35 175 1.55 90 2.1: Datos para la determinación del peso de la urea 0.12 125 1.45 245 0. 75 315 2.26 3.1 50 3.40 3.00 4.15 3.98 3.65 150 1.60 2.80 210 1.76 215 0.97 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 3.1Constante crioscópica del agua 1.92 135 1.: Datos de temperatura en función al tiempo para la solución.U.95 3.90 2.00 100 105 110 115 12 125 130 135 140 145 1.95 295 2.87 45 0 45 5 46 0 46 5 47 0 47 5 Tabla 2.3.50 3.72 220 0.85 60 2.89 3.30 2.98 3.80 2.96 37 0 37 5 38 0 38 5 39 0 39 5 2.99 3.90 2.20 3.74 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 2.80 3.23 3.M.98 3.75 3.42 2.37 2.89 2.69 225 0.66 2.M Facultad de Ingeniería Química 4.05 130 1. 4.55 3.97 1.66 230 0.68 3.60 235 0.52 2.88 2.07 2.64 155 1.80 310 2.05 2.50 3.10 2.92 1.11 290 3.80 140 1.0 55 2.78 70 2.23 2.98 3.86 ©UNMSM.36 3.90 3.85 305 2.80 3.98 3.98 3.S.98 3.00 3.98 3.98 3.90 2.70 145 1.30 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 3.96 3.99 3.89 2. pág.98 3.2 Pesos atómicos de algunos elementos Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 18 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 .90 300 2.98 Tabla Nº 3: Datos teóricos Tabla 3.87 2.95 2.N.96 3.05 3.82 65 2. Guía de Laboratorio de Fisicoquímica.73 75 2.34 Tabla 3.89 3. 1era edición.V.1 Datos de la determinación del descenso del punto de congelación (de acuerdo a la gráfica obtenida en el papel milimetrado).83 urea y 4. “Balances de Materia y Energía”.S. 3.7525 67.98 3. 1989.2 Masa de la su peso molecular experimental 0. Editorial McGRAW-HILL. Pág.U.45 Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 19 . 606 Tabla Nº 4: Resultados y Porcentajes de Error Tabla 4. Reklaitis.15 Tabla 0.M Facultad de Ingeniería Química Elemento C O H N © G.N.M. Donde:  Peso del papel más el de la urea Peso de la urea Para = 0.U. Experimental 67.M.45 CÁLCULOS Determinación de la masa de la urea.M Facultad de Ingeniería Química Tabla 4.45 Teórica 60.3 Peso molecular teórico 60.9981 g W urea+ papel W papel =0.055 12.S.4 Error porcentual de la masa molecular de la urea.N.2456 g W urea =0.7525 g Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 20 .055 Tabla 4. N.83 K mol M exp= 1000× 1.86 ×0.83 K ×25 g 67.S.7525 g ∆ T =0.U.M Facultad de Ingeniería Química Calculo del peso molecular experimental de la urea ( M exp ) Dónde:  Peso molecular del soluto Constante crioscópica Peso del solvente (agua) Peso del soluto (urea) Descenso del punto de congelación Para: K f =1.M.45 g/mol Determinación del peso molecular teórico de la urea Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 21 .7525 g 0.86 ×103 g × Kgsolv W 1=25 g W 2=0. U.3 Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 22 .055−67.S.055 g mol 67.45| 60.055 g mol Determinación del Porcentaje de Error Donde: - Peso molecular teórico de la urea Peso molecular experimental de la urea Para M teorica=60.M Facultad de Ingeniería Química M teorica=60.N.M.055 × 100 %error=12.45 g/mol %error= |60.  Se ha comprobado el fenómeno del descenso crioscópico a partir de la comparación de las curvas de enfriamiento y se ha determinado la masa molecular del soluto.N.U.S.  Cuando tiene lugar un gran sobre-enfriamiento.  La temperatura desciende gradualmente hasta que aparece el sólido y la primera temperatura estable se anota como el punto de congelación. la subsiguiente congelación de la solución trae como resultado la separación de una gran cantidad de solvente al estado sólido y la solución se torna considerablemente más concentrada que la original. CONCLUSIONES  Recordemos que la presencia de un soluto en un disolvente hace variar la estabilidad de la disolución formada de modo que. ente otros efectos.M.  Se puede concluir que el punto de congelación de un solvente es directamente proporcional a la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.  El punto de congelación de una solución no es la temperatura a la cual la solución como un entero se convierte en una masa sólida.M Facultad de Ingeniería Química V. disminuye la temperatura a la cual se produce el cambio de estado de líquido a sólido. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 23 . sino que es la temperatura donde la solución comienza a depositar el solvente al estado sólido. S. como por ejemplo el alcanfor y el canfeno. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 24 .  Para el aumento de la exactitud de la medición de ∆T es cómodo utilizar solventes con valores grandes de Kf.  Para obtener resultado digno de confianza con el método del punto de congelación es necesario que solo se separe el solvente puro cuando la solución se congela y que el enfriamiento excesivo sea evitado. en este caso cada 5 segundos.U. RECOMENDACIONES  Se debe mantener la agitación constante para que la temperatura sea constante en todo el sistema. bajo esas condiciones.N.M Facultad de Ingeniería Química VI.  Los mejores resultados se tienen no pesando el soluto para dar una concentración definida. sino analizando la solución que se halla en equilibrio con el soluto sólido.  A veces es necesario introducir un pequeñísimo cristalito del solvente sólido con el objetivo de prevenir el sobre-enfriamiento. los cuales en los últimos años encuentran gran aplicación. el sobreenfriamiento de la solución no introduce dificultades. ya que cuanto menor es el tiempo mayor exactitud será para la hallar el peso molecular.M.  Se debe anotar la temperatura cada pequeño intervalo de tiempo. Fondo educativo interamericano. Fisicoquímica. México  Glasstone S..N. 1979.  Atkins P. Fisicoquímica. Facultad de Ingeniería Química BIBLIOGRAFÍA  Ball W David. Pearson. 1986  Daniel F. España.  Castellan G. 1967. México. 2004. “Balances de Materia y Energía”.M. "Termodinámica para químicos". Pág. 1era edición.. 1989.U. Aguilar. Ed.S.M VII. Thomson. Editorial McGraw-Hill. 7ma ed. 1998. “Experimentos en fisicoquímica” Mc Graw Hill. 606 Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 25 .W.  Reklaitis.W “ Fisicoquímica”. para evitar la formación de placas de hielo. y están relacionadas con las fuerzas de interacción o cohesión entre moléculas dependiendo de la cantidad de soluto presente. Esta propiedad se aplica. por ejemplo. en disoluciones diluidas.S. una constante que es característica del disolvente. se alteran algunas propiedades físicas de la disolución.APENDICE Cuestionario 1. skopein= examinar). o para aumentar la capacidad de enfriamiento del hielo en las heladeras tradicionales.-Explique la diferencia de las propiedades coligativas entre soluciones electrolíticas y no electrolíticas: Disoluciones diluidas de no electrolitos Raoult. 2. disminuye respecto a la del disolvente puro. La ecuación de dicha ley es: Donde:   ΔTc es la diferencia entre la temperatura de congelación del disolvente puro y la temperatura de congelación de la disolución.M Facultad de Ingeniería Química VIII.M.Defina el concepto general de una propiedad coligativa: Las propiedades coligativas (del latín colligare = unir. y en concreto con la presión de vapor que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida en un recipiente cerrado (línea de equilibrio de fases). de forma experimental. disminuye la presión de vapor en solutos no volátiles. el punto de ebullición es mayor (aumento ebulloscópico) y el de congelación.. Este fenómeno se puede medir experimentalmente con relativa facilidad en disoluciones diluidas de solutos no volátiles y permite en última instancia determinar la masa molecular del soluto si se conoce la del disolvente y la concentración de soluto. es decir. La disolución es capaz de ejercer una presión osmótica. llegó a deducir lo que se conoce como Ley de Raoult del descenso crioscópico para el caso del descenso crioscópico de disoluciones diluidas con solutos que no se disocian. kf es la constante crioscópica.U.N. Experimentalmente se constata que a medida que se añade soluto a un disolvente. A este último fenómeno (disminución de la temperatura de fusión a presión constante) se le denomina descenso crioscópico (del griego kryos = frío. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 26 . ligar) de una disolución son aquéllas que dependen de la concentración de soluto y no de la naturaleza del mismo. no electrolitos. para evitar la congelación de los circuitos refrigerantes de agua del automóvil. donde se observa la curva experimental en rojo y la recta que se obtiene de aplicar la ecuación de Raoult en azul . le condujeron a introducir el llamado factor de van't Hof. Descenso crioscópico experimentado por una disolución acuosa de etanol en función de la molalidad. Se trata de un factor empírico simbolizado por i que se define como el cociente entre el valor experimental de la propiedad coligativa media y el valor teórico que se deduce de las ecuaciones de Raoult.M  Facultad de Ingeniería Química m es la molalidad del soluto. los moles de soluto por kilogramo de disolvente. en el caso del etanol. aunque para ser exactos se debería expresar en función de la fracción molar. como lo demostró Raoult.U. y que. según la cual las moléculas de los electrolitos se disocian en mayor o menor extensión en iones cargados eléctricamente. Disoluciones diluidas de electrolitos Las anomalías descubiertas por Jacobus Henricus van 't Hof. que eran excepcionalmente elevadas en el caso de muchos electrolitos. capaces de Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 27 . De esta forma. la nueva ecuación para el descenso crioscópico tomó la siguiente forma: El factor i fue explicado por el químico sueco Svante August Arrhenius cuando desarrolló entre 1883 y 1887 la teoría de la disociación electrolítica. La concentración se expresa en molalidad porque es más práctico a la hora de realizar medidas. es decir. es válida hasta concentraciones de aproximadamente 3 molal.S.M.N. de manera que en una disolución de electrolitos tendremos más partículas que las disueltas. en partes más pequeñas. A estas soluciones se les denomina electrolitos y a las otras no electrolitos. Sus solutos también reciben estas denominaciones.M. Descenso crioscópico experimentado por una disolución acuosa de cloruro de calcio en función de la molalidad.U. CaCl2. las cuales se han de tener en cuenta para calcular la molalidad total. Van't Hof introdujo el factor i (factor de Van't Hof ) A medida que las soluciones se hacen más diluídas. se puede suponer un electrolito binario como el cloruro de calcio. existiendo un equilibrio entre las moléculas no disociadas y los iones. depende del número total de partículas en disolución. 4.N. bases o sales. se disocian.S. Hay soluciones que presentan valores para sus propiedades coligativas.3 En la figura se observa que los datos experimentales se desvían mucho de la predicción de la Ley de Raoult. como el resto de propiedades coligativas. 3. el factor i tiende a tomar valores enteros positivos ( 2. Por ejemplo. Por tanto.M Facultad de Ingeniería Química transportar la corriente eléctrica. muy diferentes a lo calculado teóricamente y además son conductoras de la electricidad. El ascenso ebulloscópico. Se basa en lo siguiente: Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 28 . hay más partículas que las disueltas inicialmente porque parte de estas se han disociado en iones. ). Arrhenius estableció la teoría de la disociación electrolítica para los electrolitos. Los electrolitos son generalmente soluciones de ácidos. en disolución hay más partículas que las que se han disuelto. etc. que alcanza el equilibrio de disociación en agua según la siguiente ecuación: En disolución. por tanto. ya que estas se rompen. prácticamente todas las moléculas se han disociado y esto explica el hecho de que el factor i tome valores enteros positivos en estas soluciones. De entre los métodos osmóticos se emplea preferentemente el crioscopico(por medida de la disminución del punto de congelación) y en menor escala el ebulloscopico(por medida del aumento del punto de ebullición). 4. 5.M 1. de tal forma que las cargas positivas totales sean iguales a las cargas negativas totales. 3. multiplicado por la formula proporcional nos conduce a la formula bruta y el calculo del peso Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 29 .U. debido a su estructura molecular tiene una constante crioscopíca extraordinariamente alta .S.5% del valor teórico. los iones pueden reagruparse para formar nuevamente la molécula.-Mencione algunas limitaciones del método crioscópico en la determinación de pesos moleculares El conocimiento exacto del peso molecular es indispensable para poder establecer la formula bruta. 3. En soluciones muy diluidas. lo que permite la determinación en escala micro. y son diferentes en sus propiedades físicas y químicas. que se funda en la medida de la disminución del punto de congelación del alcanfor empleado como disolvente. Una variación importante del método crioscopico es el de la determinación de pesos moleculares propuestos por Rast. y en algunos casos de compuestos fácilmente volátil. es decir. Los iones actúan independientemente unos de otros y de las moléculas no disociadas. Facultad de Ingeniería Química Los electrolitos en solución o fundidos se disocian parcialmente en iones con cargas eléctricas. que es el mas frecuentemente seguido. Su determinación se realiza exclusivamente por métodos físicos.M. de 40° para una disolución normal . porque están más alejados. Los iones son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica positiva para los metales y carga eléctrica negativa para los no metales o radicales no metálicos. Esta sustancia. de entre los cuales se utilizan preferentemente los métodos osmóticos. La disociación electrolítica es un proceso reversible. A mayor dilución de la solución el reagrupamiento de los iones se hace más difícil. Por esto la determinación del peso molecular da solamente un primer valor aproximado que nos permite calcular un factor que. con una considerable simplificación respecto al método de Beckmann. 2.N. El limite de error en todos los métodos osmóticos es relativamente grande y alcanza aproximadamente a +/. Estos radicales permanecen sin modificaciones para compuestos químicamente análogos (por ejemplo: Cl – para todos los cloruros ) . Todos estos métodos encuentran una cierta limitación en su campo de aplicación por la no siempre fácil elección de un disolvente adecuado que funda o hierva a temperaturas próximas a la ambiente. M Facultad de Ingeniería Química molecular exacto se realiza siempre de modo secundario por suma de pesos atómicos de los atomicos contenidos en la citada formula bruta. Determinación Crioscópica del Peso Molecular Página 30 .U.S.M.N.