Crioscopia - Laboratorio Fisicoquímica

Universidad Nacional Mayor de San Marcos - 20111. INTRODUCCION 2 2. RESUMEN 3 3. PRINCIPIOS TEORICOS 4 4. DETALLES EXPERIMENTALES 7 5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS 9 6. CALCULOS 13 7. ANALISIS Y DISCUCIION DE RESULTADOS 15 8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 16 9. APENDICE 17  HOJA DE DATOS  CUESTIONARIO  GRAFICOS 10. Crioscopía BIBLIOGRAFIA 19 Página 1 Universidad Nacional Mayor de San Marcos - 2011 Crioscopía es una palabra griega que quiere decir “Observación del enfriamiento” y por tal se encarga del estudio de la temperatura de solidificación de las soluciones. Se sabe que el punto de congelación del agua u otro líquido disminuye por la adición de un soluto solido no volátil y fue puntualizado por Blagden hace ya cien años, que la depresión en el punto de congelación es directamente proporcional a la concentración de la solución. La adición de un soluto baja la presión de de vapor del solvente, según la ley de Raoult, es en base a esta ley que existen algunos métodos para el estudio de los solutos en cualquier tipo de disolvente. El descenso de la presión de vapor depende solamente de la formación molar del soluto, es independiente de cualquier otra propiedad del mismo. Una de las utilidades más importantes de la crioscopia es la utilización de diversas sales para evitar la congelación de diversos líquidos a bajas temperaturas ya que disminuye el punto de congelación de los líquidos como los combustibles, y del agua. Ya que en diversos países polares la temperatura en invierno esta bajo cero lo cual haría que el líquidos puros se congelen en las tuberías y no habría flujo. La crioscopia tiene diversas aplicaciones una de las más importantes es la determinación experimental del peso molecular del soluto. El método empleado es el de beckmann quien se basa en el descenso del punto de congelación, que consta de un termómetro el cual tiene un deposito de mercurio en la parte superior, por medio del cual es posible variar la cantidad de mercurio de la cubeta, de forma que pueda utilizarse amplia gama de temperaturas. Crioscopía Página 2 Esta práctica se realizó a condiciones de laboratorio de 19ºC de temperatura. cuando se disuelve en él una cantidad conocida de la sustancia no identificada. teniendo en cuenta el descenso del punto de congelación del solvente. Luego de haber desarrollado el experimento y con los datos tomados se hicieron los cálculos respectivos dando los siguientes resultados: El peso molecular de la urea hallado experimentalmente es de 67. Para esta experiencia se considera que el descenso del punto de congelación es una propiedad coligativa que depende de las características del soluto. y la segunda parte donde se la determina las alturas en el termómetro de Beckmann para cada intervalo de tiempo de 20 segundos. Crioscopía Página 3 . El procedimiento experimental a llevarse a cabo para lograr cumplir los objetivos anteriormente planteados se dividen en dos partes.3% .45 g/mol y en comparación con el teórico que cuyo valor es de porcentaje de error de g 60. la primera parte.055 mol . Para cumplir este fin se empleó el método de Beckmann que consiste en la determinación crioscópica del peso molecular. Este proceso que determina las masas moleculares se denomina crioscopía. encontramos un 12. y de la cantidad del soluto disuelto en el solvente. donde se debe calibrar el termómetro de Beckmann.2011 La presente práctica experimental tuvo como finalidad determinar el peso molecular de una sustancia disuelta en un solvente. 756 mmHg de presión y 93% de humedad relativa. La masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente.Universidad Nacional Mayor de San Marcos . Para obtener resultados con pequeños errores se recomienda un calibrado adecuado del termómetro Beckmann. en sustancias que se expanden al solidificarse (como el agua). El punto de solidificación de un líquido puro (no mezclado) es en esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia en su estado sólido.2011 Crioscopía. cuando se disuelve en él una cantidad conocida de la sustancia no identificada. Para una masa fija de 1 kg de disolvente. Punto de ebullición y punto de congelación Tanto la elevación del punto de ebullición como el descenso del punto de congelación son proporcionales al descenso de la presión de vapor. Punto de solidificación o punto de congelación. Este proceso que determina las masas moleculares se denomina crioscopía. la presión rebaja el punto de solidificación. y se puede definir como la temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio. M la masa molecular relativa del soluto y K la constante ebulloscópica o crioscópica. Temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma en sólido. El punto de solidificación de la mayoría de las sustancias puede elevarse aumentando la presión. Crioscopía Página 4 . característica de cada disolvente. el cambio de temperatura viene dado por : δT = Km/M Donde m es la masa de soluto. No obstante. siempre que sólo se consideren disoluciones diluidas de solutos no volátiles.Universidad Nacional Mayor de San Marcos . La masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente. queda debajo de la del solvente puro.2011 Descenso del punto de congelación de las soluciones Al enfriar una solución diluida. y entonces tendremos el punto de congelación de la solución. El único punto de la gráfica en la cual ambas formas del solvente puro tienen igual presión de vapor es en B. hay un descenso de la presión de vapor de este último. To. Como la curva de presión de vapor de la solución. la intersección de EF y AB tiene lugar solamente en un punto tal como E para el cual la temperatura es menor que To. que corresponde a B. Cuando en este se disuelve un soluto. corta la de sublimación. intersección de AB y CD. y ya no hay equilibrio a To. sino que se alcanza de nuevo cuando la curva de presión de vapor de la solución. EF.Universidad Nacional Mayor de San Marcos . debe ser el punto de congelación del solvente puro. La temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto de congelación de la solución. y. Crioscopía Página 5 . se hallan en equilibrio la fase sólida y la liquida y en consecuencias ambas deben poseer idéntica presión de vapor. menor que la del solvente To. se alcanza eventualmente una temperatura en la cual un solvente sólido comienza a separarse. por tanto. consideremos el diagrama de presión de vapor-temperatura en el cual AB es la curva de sublimación del solvente sólido. De aquí que cualquier solución deba tener un punto de congelación T. una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto. que de una manera más general se define como aquella temperatura en la cual una solución particular se halla en equilibrio con el solvente sólido. Las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto de congelación de una solución es. mientras que CD es de presión de vapor del líquido solvente puro. Para darnos cuenta de este hecho. En el punto de congelación de este último. otra vez. 2011   Materiales y reactivos: Crioscopía Página 6 .Universidad Nacional Mayor de San Marcos . c) Armar el equipo adecuadamente y con los materiales bien limpios y secos. d) Vierta 25ml del solvente en un tubo y coloque el termómetro Beckmann calibrado y el agitador.Universidad Nacional Mayor de San Marcos . Termómetro Pipeta aforada de 25ml Vasos Solvente agua Soluto: urea.2011       Aparato crioscópico de beckmann. sal común   Determinación del peso molecular de un soluto en solución: a) Calibrar el termómetro Beckmann a una escala de temperatura adecuada. Crioscopía Página 7 . siempre en cuando de acuerdo a b) l punto de congelación del solvente. sobre todo la pipeta aforada. ya que con esta se realiza la medición del volumen del solvente quien se debe encontrar puro. lo cual utilizamos para ello un baño de temperatura que se encuentre a la temperatura de congelación del solvente. e) Colocar el tubo dentro de la chaqueta de aire como se muestra en la figura siguiente. y deje el equipo completamente limpio. g) Agite suavemente el contenido del tubo. j) Agite la mezcla hasta disolver completamente el soluto y luego coloque el tubo en la chaqueta de aire.Universidad Nacional Mayor de San Marcos . que corresponden al punto de congelación del solvente puro. hasta obtener varios valores constante. h) Retire la chaqueta de aire y funda el solvente. i) Pese de 0.2011 f) Sumergir todo este conjunto en un baño de enfriamiento que debe encontrarse a una temperatura 5º menor que la temperatura de cristalización del solvente. mediante calentamiento con las manos. Tener presente que la solución no congela a temperatura constante. Crioscopía Página 8 . k) Determine el punto de congelación de la solución repitiendo el quinto y sexto paso. l) Al terminar el experimento retire cuidadosamente el termómetro de Beckmann de la solución.8g de soluto y agréguelo al tubo que contiene al solvente.4 a 0. y lea la temperatura cada 20 segundos desde 5ºC. 88 3.73 3.65 4.5 4.1 Datos te temperatura y tiempo para la el Agua t (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Crioscopía T (°C) 5 4.03 3.Universidad Nacional Mayor de San Marcos .2011 Tabla Nº 1: Condiciones de laboratorio Presión 756 mmHg Temperatura 20°C Humedad Relativa 92% Tabla Nº 2: Datos experimentales Tabla 2.29 Página 9 .44 3.35 4.87 4.57 3.75 4.2 4. 22 2.78 3.87 4.12 3 Página 10 .45 2.85 3.75 4.48 3.05 2.62 3.25 3.43 4.87 2.62 2.2011 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 3.95 1.32 2.55 4.02 3.16 4.9 3. Datos te temperatura y tiempo para la Urea t (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 Crioscopía T (°C) 5 4.97 3.95 2.07 1.35 3.97 3.28 4.97 3.75 2.Universidad Nacional Mayor de San Marcos .97 Tabla 2.65 4.67 3.2.82 3. 95 1.97 3.88 2.97 3.97 Página 11 .97 3.65 2.2011 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 Crioscopía 3.55 2.82 3.97 3.45 1.Universidad Nacional Mayor de San Marcos .85 3.75 2. “Balances de Materia y Energía”. Editorial McGRAW-HILL. Guía de Laboratorio de Fisicoquímica. pág. Pág. 1989. 606 . Reklaitis.V.2 Pesos atómicos de algunos elementos Elemento C O H N © G.1 Constante crioscópica del agua 1.34 Tabla 3. 1era edición.86 ©UNMSM.Tabla Nº 3: Datos teóricos Tabla 3. 8112 86.055 Tabla 4.21 Tabla 4.90 0.07 Tabla 4.1 Datos de la determinación del descenso del punto de congelación (de acuerdo a la gráfica obtenida en el papel milimetrado). .2 Masa de la urea y su peso molecular experimental 0. T° de solvente (°C) 3.3 Peso molecular teórico 60.4 Error porcentual de la masa molecular de la urea.Tabla Nº 4: Resultados y Porcentajes de Error Tabla 4.97 T° de la Solución (°C) 3. 055 Error porcentual % 43.21 Determinación de la masa de la urea.Experimental 86.55 . Donde: Teórica 60.  Peso del papel más el de la urea Peso de la urea Para W urea+ papel = W papel =0. 07 K mol M exp= 1000× 1.86 ×0.8112 g ∆ T =0.2456 g 1.8112 g 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. 07 K × 25 g 86.21 g/mol Determinación del peso molecular teórico de la urea .8112 g 0.86 ×103 g × Kgsolv W 1=25 g W 2=0.0568 g W urea =0. 21g/mol |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=60.21| error = error =43.M teorica=60.055 ×100 g mol .5 60.055−86.055 86. en la mayoría de las ocasiones por la solubilidad y reactividad química de la sustancia. muestran de una forma mas o menos clara su proximidad al punto de congelación. A partir de esto se puede deducir la ecuación para determinar la constante crioscópica. está en equilibrio con la disolución a temperatura más baja que la que corresponde al equilibrio con el disolvente puro. Se consiguen resultados de mayor garantía cuando se utiliza un disolvente cuya constante de descenso del punto de congelación tenga un valor elevado. CONCLUSIONES: . cuya presión de vapor no esta afectada por la presencia del soluto en la disolución. cuyo peso molecular se quiere medir. o La elección del disolvente esta determina.o Las curvas de presión de vapor como función de la temperatura que se dan para los disolventes puros y para las disoluciones. que no depende sino de las características propias y particulares del disolvente considerándose como una propiedad coligativa. o Para estos diagramas se da que el sólido. I. temperatura y el volumen. Defina el concepto general de una propiedad coligativa.  Se debe tener cuidado en la manipulación de los reactivos como los ácidos y las base. .  La energía o calor en las reacciones de neutralización casi siempre es exotérmica debido a la formación de agua en estos procesos químicos. La variación de energía depende de diversas propiedades propias de las sustancias químicas.  Todos los cambios de estado físico y las reacciones químicas están acompañados de una variación en la cantidad de energía interna. y poder hallar la cantidad de calor ganado o perdido se debe aislar térmicamente. para obtener datos más exactos. como el calor especificó.  El cambio de la cantidad de calor depende de diversos factores como la presión.  Tener bastante precisión en la titulación y valoración de las soluciones del acido clorhídrico e hidróxido de sodio.  Se debe usar pipetas diferentes para tomar los reactivos y de esta manera evitar contaminarlos. RECOMENDACIONES:  Para llegar a un equilibrio térmico. CUESTIONARIO 1. I debe ser dos y para electrolitos fuertes del tipo . Las modificaciones debidas a solutos gaseosos son despreciables. Esta diferencia afecta a todas las propiedades coligativas ya que estas dependen del número de partículas en un determinado volumen de solvente. la elevación del punto de ebullición. las medidas pueden llevar a una estimación del porcentaje de ionización que tiene lugar. por lo tanto. pueden permitir determinar con precisión las masas moleculares relativas. Las medidas de estas propiedades en una disolución acuosa diluida de un soluto no ionizado. y si son electrolitos o 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. i debe ser 1 para todos los no electrolitos. A diferencia que los no electrolitos que no se ionizan y se mantienen como una solo partícula. cuando se disuelve una molécula de un compuesto de un electrolito se separa en dos o más partículas. el descenso del punto de congelación y la presión osmótica. Para electrolitos fuertes como el NaCl y el KNO3. Explique la diferencia de las propiedades coligativas entre soluciones electrolíticas y no electrolíticas. Entre las propiedades coligativas figuran el descenso de la presión de vapor.Propiedades coligativas. como la urea o la glucosa. propiedades de las disoluciones que dependen del número de partículas en un volumen de disolvente determinado. 2. En el caso de solutos ionizados. Para explicar este efecto. se define una cantidad denominada factor de van’t Hoff que está dada por: i= nú mero real de particulas en disoluci ó n despues de la disocianci ó n n ú mero de unidades formula inicialmente disueltas en ladisolucion Asi . entalpia de formación y peso molecular del solvente para la determinación de la constante crioscopica. 1984. Daniels F. Cia Ed.. solvente. México. Continental. y la imprecisión en medición del termómetro. En consecuencias las ecuaciones de las propiedades coligativas deben modificarse como siguen: ∆ T b=i k b m ∆ T f =ik f m π =iMRT 3. 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. i debe ser 3..  Se necesita datos teóricos adicionales como la temperatura de fusión. versión SI.  Alberty R. constante universal R. "Fisicoquímica ". Ira ed. Mencione algunas limitaciones del método crioscopico en la determinación de pesos moleculares Se tienen diferentes limitaciones en la determinación del peso molecular. .de Na2SO4 y CaCl2. Cleveland. Fondo Educativo Interamericano.. Buenos Aires.. " . México. Gastón. 3ra ed. Tomos I y II. Me Graw Hill.  Jose Huapaya Barrientos “Fisico-quimica Teoria y Problemas “ CRC. 1975  Castellan G. "Química Física Experimental".  Barrow G. "Handboof of Chemistry". México. 1969  Lange.. Edit. Me Graw Hill. " Fisicoquímica". Limusa. Ed.G.. 1975. Ed CRC Press. Landò J.. "Química Física". Barcelona.  CRC.  Marón S.  "Norbert Adolph Lange " Handbook of Chemistry". Reverté.  Palmer W. 1966. Ed.. Ed. Ira ed..W. "Fisicoquímica ".  Pons Muzzo.. " Handbook of Chemistry and Physics". Eudeba. 1978. Ed. Ed. "Fisicoquímica Fundamental". Primera ed..A. Ed. Universo S.. 54 th ed. 2da ed. 1988. Addison Wesley. Ira ed. " Fisico-quimica ".. México. 1978. Atkins P. Iberoamerican..