Manual Fisicoquimica

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍAMANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA AUTORES: I.Q.I. Guadalupe Mariana Francisco Torres I.Q.I. Minerva Juárez Juárez I.B.Q. Pedro Miranda Reyes I.B.Q. Luis Martín Morín Sánchez Q.F.I. Raquel Nava Alvárez Dra. Itzia Irene Padilla Martínez 2009 MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA INTRODUCCIÓN El principal objetivo que persigue este manual de prácticas es de servir de guía en el desarrollo práctico del estudiante que cursa la asignatura de FISICOQUÍMICA. Para este fin es necesaria la comprensión de determinados conceptos teóricos imprescindibles en el manejo de los datos experimentales obtenidos durante el desarrollo de la práctica. Entonces, es muy importante la lectura previa y discernimiento de los fundamentos de cada práctica antes de iniciar la sesión en el laboratorio. Esto se logra con un poco de empeño por parte del estudiante, quién no solo debe conformarse con la lectura de los fundamentos, sino que debe consultar las fuentes bibliográficas pertinentes. De mucha ayuda resulta para esto último la realización de un protocolo de investigación que propone preguntas, solicita la búsqueda de datos y pide que se elabore un diagrama de flujo del desarrollo de la práctica, con el fin de que el estudiante conozca el procedimiento que debe seguir. El reporte escrito de la práctica debe incluir: (a) Objetivos: deberá incluir tanto los propuestos como los que eventualmente dicte el profesor e inclusive algún objetivo que la inventiva del estudiante proponga con respecto al tema estudiado. (b) Presentación de los resultados: tanto los datos como los resultados experimentales deberán presentarse utilizando tablas y gráficas debidamente intituladas. En secuencias repetitivas de cálculos se deberá ejemplificar la forma como se llevó a cabo el tratamiento de los datos experimentales incluyendo el análisis dimensional. (c) Análisis de resultados: en esta sección del informe, el estudiante interpretará los resultados obtenidos experimentalmente dentro de un marco teórico-conceptual, en el apartado correspondiente de cada práctica se proponen ciertos lineamientos para llegar a este fin. Entiéndase que no son preguntas que hay que contestar secuencialmente, sino una guía. (d) Conclusiones: éstas deberán ser congruentes con los objetivos, estar fundamentadas en el análisis de resultados y en las observaciones realizadas durante el trabajo práctico. Asimismo puede incluirse sugerencias que estén encaminadas a la obtención de datos más confiables y precisos. (e) Bibliografía: se anotarán aquellas referencias bibliográficas que respalden tanto el análisis de resultados como a las conclusiones. Estas referencias deberán citarse correctamente a lo largo del texto. Este conjunto de prácticas es perfectible, por lo que se agradecen los comentarios y sugerencias tanto por parte de los estudiantes como de los profesores que hagan uso de este manual. Los Autores 2 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA INDICE Núm. de Práctica 1 Determinación refracción 2 3 4 5 6 7 8 Nombre de la práctica Página de densidad, viscosidad e índice de 3 13 22 29 37 44 49 Equilibrio líquido-vapor en sistemas líquidos binarios Equilibrio de un sistema líquido de tres componentes Propiedades coligativas Adsorción de ácido acético sobre carbón vegetal Isoterma de adsorción de Gibbs Preparación e identificación de emulsiones Los tensoactivos y su comportamiento en la interfase sólidolíquido 55 62 9 10 Relojes químicos Cinética de la decoloración de la fenolftaleína en medio alcalino. Efecto de la fuerza iónica 68 75 11 Anexo Cinética de halogenación de la acetona Métodos experimentales para la determinación de la tensión superficial 84 3 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA PRÁCTICA No. 1 DETERMINACIÓN DE DENSIDAD, VISCOSIDAD E ÍNDICE DE REFRACCIÓN I. OBJETIVOS 1. El alumno definirá e identificara la importancia de las propiedades: densidad, viscosidad e índice de refracción en soluciones acuosas. 2. Determinará experimentalmente la relación de la densidad, la viscosidad e índice de refracción con la concentración de algunas soluciones. 3. Demostrará qué factores pueden modificar dichas propiedades. 4. Relacionará cuál es la importancia de estas propiedades en la Industria Farmacéutica, indicando ejemplos de aplicación. II. FUNDAMENTOS. Densidad La densidad absoluta de un cuerpo homogéneo (sólido, líquido y gas) es la masa del cuerpo por unidad de volumen del cuerpo. En otras palabras, la densidad ( T) de un cuerpo a una temperatura determinada es el cociente de su masa (m) entre su volumen (VT) a esa misma temperatura. ρT = m VT La densidad tiene como unidades kg/m3 ó 10 -3 g/cm3. La densidad relativa o gravedad especifica de una sustancia se define como la razón de la densidad de esa sustancia entre la densidad del agua a 4°C (ρ =1.0 g/cm3 =1.0X103 kg/m3) ρ rel = ρ sus ρ agua . La densidad relativa es un número adimensional. Los areómetros son instrumentos utilizados para medir la densidad relativa dichos instrumentos están basados en el principio de Arquímides que establece que un objeto sumergido total o parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza igual o al peso del fluido que se desaloja. Figura 1 Areómetro y Picnómetro 4 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ Este estrato de fluido retrasa el flujo del estrato que está justo encima. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. se encuentra que la fuerza necesaria. es proporcional al área de cualquiera de las placas. entre otros. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Los picnómetros constan de dos partes: . Placa en movimiento Fluido F Gradiente de Velocidades l Placa estacionaria Figura 2 Determinación de la viscosidad Para un fluido dado. especificidad.un cuerpo periforme o cilindro con cuello esmerilado estrecho o largo . v. Una capa delgada de fluido se coloca entre dos placas planas. bajo costo. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. En los líquidos se debe a las fuerza de cohesión entre las moléculas.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Los picnómetros sirven para determinar la densidad de líquidos. Los picnómetros y los areómetros son los aparatos de medición que mejor se adaptan al control de materias primas y medicamentos en laboratorios y en hospitales debido a su manejo fácil. Así. la superficie superior del fluido se mueve con la misma velocidad v que la placa superior. La viscosidad de diferentes fluidos puede expresarse de manera cuantitativa mediante un coeficiente de viscosidad η que se define de la siguiente manera. que es inversamente proporcional a la separación de las placas. mayor es la fuerza necesaria. Los areómetros se utilizan para líquidos. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .un tapón esmerilado capilar con o sin marca de aforo Viscosidad Los fluidos reales tienen cierta cantidad de fricción interna que se llama viscosidad. en tanto que el fluido en contacto con la placa estacionaria permanece inmóvil. sólidos y productos pastosos por el método del matraz. Esta propiedad existe tanto en los líquidos como en los gases y en esencia es una fuerza de fricción entre diferentes capas de fluidos que aparece cuando éstas pasan una sobre otra. mientras más viscoso sea el fluido. por lo tanto la constante de proporcionalidad para esta ecuación se define como el coeficiente de viscosidad η: 5 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. en los gases provienen de las colisiones entre las moléculas. A. este estrato retrasa el flujo del siguiente y así sucesivamente. y a la velocidad. una está inmóvil y la otra se mueve. DRA. F. F ∞ A(dv/dl). El incremento en la velocidad dividido por la distancia sobre la cual se realiza este cambio (igual a v/l) se llama el gradiente de velocidad. El fluido que se encuentra directamente en contacto con ambas placas es empujado hacia la superficie por las fuerzas adhesivas entre las moléculas del líquido y las de la placa. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. para diferentes fluidos. por otra parte podemos decir que η es función de la velocidad para los fluidos no newtonianos. ejemplos de estos fluidos newtonianos son la sangre y otras suspensiones. La presión que en cualquier instante mueve al líquido a través del capilar es proporcional a su densidad: η = ktρ (4) Donde k es la constante del viscosímetro. DRA. ρ la densidad del líquido y t el tiempo de flujo. Las unidades de la viscosidad es el poise (P) que es dina⋅s/cm2 = g⋅cm-1s-1 Cuando el gradiente de velocidades es uniforme se utiliza la ecuación anterior. La ecuación de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es: (3) donde V es el volumen del liquido de viscosidad que fluye en el tiempo t a través de un tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro cuadrado. En caso de que el gradiente de velocidad no es uniforme se utiliza la ecuación siguiente: F= η A (dv/dy) (2) Donde el gradiente de velocidad dv/dy es la rapidez con que cambia la velocidad por unidad de distancia medida en forma perpendicular a la dirección de la velocidad. El método más sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Ostwald (Figura 3).MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA F= η A(v/l) (1) Resolviendo para η encontramos η = Fl / vA. La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de Poiseuille. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Por lo tanto para dos líquidos diferentes es: η1/η2 = ρ1t1/ρ2t2 (5) El líquido utilizado para calibrar el viscosímetro debe tener aproximadamente el mismo tiempo de flujo t que el desconocido. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. es suficiente con medir el tiempo de flujo t1 del líquido de referencia de viscosidad conocida η1 y 6 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. no es necesario determinar k. La proporcionalidad directa entre la fuerza y la velocidad dada por la ecuación 1 cumple para los fluidos newtonianos. Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca B y se mide con un cronometro. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Imaginemos que una bolita de acero que se mueve en descenso en el interior de un líquido contenido en un recipiente que previamente se le hicieron dos marcas (una superior y otra inferior). v= 2 gr 2 (ρ e − ρ f 9η ) (7) En donde: La velocidad límite vl tiene unidades de m/s La densidad de la esfera ρe y del fluido ρf en kg/m3 El radio R de la esfera en m La aceleración de la caída de un cuerpo g en m/s2 Finalmente se despejará la viscosidad η y se expresará en las unidades correspondientes. 2 cuya Las cantidades t1 y t2 se miden con un viscosímetro de Ostwald (Figura 3). v= x t (6) La expresión de la velocidad límite se obtiene cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre la esfera es cero (ley de Stokes). Figura 3 Viscosímetro de Ostwald. luego se añade el líquido de referencia y se repite la operación. cuando pasa por la marca superior. El valor de dicha velocidad se obtiene dividiendo el desplazamiento x entre le tempo en el que tarda el móvil en desplazarse t. se empieza a contar el tiempo y se termina de contar cuando pase por la marca inferior. Una cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre una marca A. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Con este procedimiento se obtienen t y la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA densidad 1 y comprarlo con el tiempo de flujo t2 del líquido de densidad viscosidad η2 debe determinarse. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. El viscosímetro se limpia. existe un momento en que se alcanza una velocidad límite constante. 7 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. es el formado por el rayo refractado y la normal. lo que cambia es la longitud de onda de la luz como consecuencia del cambio de velocidad.Se cumple la ley de Snell: (8) y teniendo en cuenta los valores de los índices de refracción resulta: n1sen i = n2 sen r. En la refracción se cumplen las siguientes leyes: 1. Figura 4. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. "v".Refracción de la luz cuando pasa de un medio a otro Se llama índice de refracción absoluto "n" de un medio transparente al cociente entre la velocidad de la luz en el vacío. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.. el rayo refractado y la normal están en un mismo plano. y la velocidad que tiene la luz en ese medio. es una constante característica de cada medio: n = c/v. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ ."c". Como la frecuencia de la vibración no varía al pasar de un medio a otro.El rayo incidente. El valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad. 2. Un rayo se refracta (cambia de dirección) cuando pasa de un medio a otro en el que viaja con distinta velocidad. (9) Cuando la luz se refracta cambia de dirección porque se propaga con distinta velocidad en el nuevo medio. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la superficie de separación de los dos medios en el punto de contacto del rayo.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Índice de refracción La refractometría es un método analítico físico que se basa en la medición del índice de refracción nλ de un haz luminoso correspondiente a la línea espectral D del sodio a 20° ±0.. El índice de refracción es característico de un líquido puro.5. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. un sólido o un gas.el formado por el rayo incidente y la normal. El ángulo de refracción -r. DRA. Se llama ángulo de incidencia -i. debido al cambio de densidades. 8 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 2M. Densidad 1. Distribuir las soluciones en los 10 matraces Erlenmeyer de 125 mL y etiquetar correctamente para evitar confusiones.5M. Investigar qué es él prisma de Amici. 0. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 7. DRA. IV. Investigar como se determina la densidad relativa en las soluciones. 1 Balanza Analítica 1 Refractómetro de Abbe 1 Pipeta volumétrica de 5 mL y de 1 mL 10 Matraces Erlenmeyer de 125 mL Solución de Sacarosa 0. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 2. Explique la diferencia entre la densidad y el peso específico. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN 1. 4. 2. Investigar qué otros métodos existen para la determinación de viscosidad. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 30%. 5. Pesar en la balanza analítica y registrar según el caso mpw o mps. DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Material y reactivos 1 Picnómetro o matraz volumétrico de 10 mL 1 Viscosímetro de Ostwald 1 Vernier 2 Esferas pequeñas de acero inoxidable 1 Regla o Escalímetro 1 Cronómetro (proporcionado por los alumnos) b) Secuencia experimental Preparar soluciones de Sacarosa 0. hasta que casi rebase su capacidad. 0. Explique la diferencia entre fluido newtoniano y no newtoniano. Lavar y secar perfectamente el picnómetro o matraz volumétrico de 10 mL Pesar en la balanza analítica el picnómetro vacío y registrar (mp). 6. Esto provocará un derrame de la sustancia utilizada que será absorbido por el papel secante. así como su función y utilización. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 50%. 5. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 6. 70%. 3. 10% (25mL de cada solución). 3. 8. 4.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA III.5M Etanol absoluto Agua destilada NOTA: NO TOCAR EL PICNOMETRO CON LOS DEDOS EN CADA PESADA.4M. 0.1M y de etanol absoluto 90%. Masa del picnómetro (mp) Masa del picnometro con agua (mpw) 9 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Repetir todos los pasos anteriores para cada una de las sustancias a analizar. Secar perfectamente el exterior del picnómetro. Colocar el picnómetro sobre una superficie absorbente (papel secante) Llenar el picnómetro inicialmente con agua destilada. describa brevemente al menos dos de ellos. Introducir el tapón de vidrio en el picnómetro.3M. 0. Elaborar un diagrama de flujo para la secuencia experimental. Masas de la solución de Sacarosa a diferentes concentraciones utilizando el picnómetro. 6. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .3M 0.2M 0. Succionar utilizando una jeringa en el otro extremo del viscosímetro hasta que el nivel del líquido se encuentre por encima de la marca A (ver figura 3). 8. 5. 3. 5. Masas de la solución de etanol absoluto a diferentes concentraciones utilizando el picnómetro. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. agregando por el extremo más ancho del viscosímetro. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.4M 0. registrando los tiempos en la columna (t) en las tablas correspondientes. 5. Viscosidad empleando el Viscosímetro de Otswald. 9. Concentración mps ms solución de etanol absoluto 10% 30% 50% 70% 90% Tabla 2.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Masa del picnometro con la sustancia (mps) Masa del agua (mw) Masa de la sustancia (ms) mp = _____________ mpw = ______________ mw = ________________ Concentración mps ms solución de Sacarosa 0. 2.5M Tabla 1. repetir una vez más). DRA. activar el cronometro. 6 y 7 hasta terminar con cada una de las soluciones a diferentes concentraciones. 4. 4. Tan pronto el menisco del líquido se encuentre con la marca A. Agregar 3 mL de agua destilada en el extremo más ancho vease figura 3. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Cambiar el agua destilada por el líquido problema. Cuando el menisco del líquido cruce la marca B (ver figura 3). dos veces (si los tiempos difieren en gran medida. Suspender la succión y dejar fluir el líquido. Lavar perfectamente el viscosímetro y la pipeta de 5 mL.1M 0. Repetir los pasos 3. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 4. 1. Repetir los pasos 3. desactivar el cronometro y registrar el tiempo utilizado (tw) 7. 10 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 6. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Método de la esfera de Caída En este experimento se empleará una bureta de vidrio transparente de 50 mL. NOTA: MANIPULAR LA ESFERA CON LAS MANOS LIMPIAS O CON GUANTE DE CIRUJANO 1. Llenar la bureta con una solución preparada de 60% agua y 40% de sacarosa p/p.2M 0. 2. Tiempos de flujo y viscosidades de la sacarosa a diferentes concentraciones.1M 0. para la densidad es necesario medir el diámetro de la misma (con ayuda de un vernier) y su masa (empleando la balanza analítica). IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. DRA. lavarla y secarla previamente. medir la distancia que hay entre la última marca superior y otra a los 5 o 10 mL. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Concentración tj (seg) η sacarosa solución de sacarosa 0. Tiempos de flujo y viscosidades del etanol absoluto a diferentes concentraciones. de distancia desde el borde). Dejar caer una esfera de acero inoxidable al centro de la probeta. registrar esta distancia.5 cm.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Tiempo del agua (tw) Tiempo de las soluciones de etanol (tE) Tiempo de las soluciones de sacarosa (ts) tw = _______________ Tabla 3. Tiempo de flujo de agua destilada usando el viscosímetro de Ostwald. Concentración tE (seg) ηE de etanol absoluto 10% 30% 50% 70% 90% Tabla 5. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .4M 0. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.3M 0. previamente lavada y seca.5M Tabla 4. Antes de iniciar se deberá determinar la densidad y el radio de la esfera de acero inoxidable. hasta casi su totalidad de capacidad (dejando entre 1-1. accionar el cronómetro cuando la esfera pase frente a la marca superior y detenerlo cuando 11 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. V. Obtener las densidades relativas de las especies estudiadas y registre estos datos en las tablas 8 y 9 según corresponda. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.5M ρr ηsolución Tabla 8.4M 0. Índice de refracción Para la utilización del refractómetro de Abbe. 12 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA la esfera cruce la marca inferior (ambas marcas definidas con anterioridad). Datos de densidades relativas e índice de refracción de las disoluciones de sacarosa. Solución Sacarosa 40/60 Glicerina Propilenglicol d (m) t (seg) v (ms-1) η (kg m-1 s-1) Tabla 6. TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES Densidad. la descripción del método será proporcionada por el profesor en el momento a realizar la práctica. Datos de densidades relativas e índice de refracción de las disoluciones de etanol a diferentes concentraciones. puesto que existen diferentes tipos de instrumentos. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 2. Repetir el punto anterior. DRA. Concentración ρr ηsolución solución de etanol 10% 30% 50% 70% 90% Tabla 9. Concentración de solución de sacarosa 0. propilenglicol repetir pasos 1 y 2. Viscosidad por el método de la caída de esfera. Calcular la masa del agua destilada mw por diferencia entre la masa del picnómetro con el agua y el picnómetro vacío (mw = mpw-mp). QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.3M 0. Calcular las masas de las soluciones a las diferentes concentraciones por medio de la diferencia entre la masa del picnómetro con la solución y el picnómetro vacío (ms = mps-mp). 3. registrar el tiempo en la tabla siguiente.2M 0. con los otros líquidos glicerina. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .1M 0. 3. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. es/~qmfisica/español/QFciencia/Docencia/Ficheros/Practicas/PI. 1988 2. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos. VI. Tomo 1 19ª edición. Noriega Editores. Determine cuál es el mejor método para determinar viscosidad y por qué ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos? VIII. Analisis Químicos Farmacéuticos de Medicamentos. explica que diferencias existen en cada uno (rapidez. Alfonso R. CONCLUSIONES ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? Mencione que se puede concluir sobre la relación entre las propiedades estudiadas y la estructura molecular de las mismas. densidad para cada una de las especies estudiadas.. Índice de refracción.. Utilizando la ecuación 5 y tw completar las tablas 4 y 5. DRA. 1. uso y precauciones). VII. De acuerdo con los métodos empleados para determinar viscosidad. 5. Con los datos obtenidos realizar una comparación con datos bibliográficos.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Viscosidad. Elaborar una gráfica de viscosidad vs concentración para cada una de las soluciones utilizadas (sacarosa y etanol) Método de la esfera de Caída Con la ecuación 7 se calcular la viscosidad para los líquidos correspondientes. 1998 3. Introducción a la Química de Superficie y Coloides.pdf 13 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Shaw D. 2000. Física general. Giancoli. Pradeau D. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Volumen I. J. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.3. México. 4. ANALISIS DE RESULTADOS Realizar las gráficas de viscosidad. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 6. Colocar los datos de índice de refracción leídos directamente en el refractómetro de Abbe en las tablas 8 y 9 según corresponda. Douglas C. utilizando las densidades obtenidas en el apartado anterior (Densidad) 2. Argentina 1998. México. Genaro Remington Farmacia. Médica Panamericana. 1977. Prentice Hall Hispanomericana. indicar qué tipo de dependencia existe entre las propiedades físicas y la concentración de las especies estudiadas. Utilizando las gráficas obtenidas. México. BIBLIOGRAFIA 1. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.ugr. Utilizar el método de regresión para determinar las ecuaciones empíricas correspondientes. www. Alambra España. 7ª edición. Describir el comportamiento del equilibrio de los sistemas líquidos binarios por de diagramas de equilibrio. estas desviaciones pueden ser positivas ó negativas y para su estudio se considera la fugacidad de las sustancias en lugar de la presión. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. II. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. al ser sometida a condiciones de elevación de temperatura o cambios de presión externas. FUNDAMENTOS. Debido a esto es necesario conocer el comportamiento de esas mezclas. Sin embargo al aumentar la temperatura y cuando la presión del vapor saturado de la disolución es muy grande. OBJETIVOS. Determinar el equilibrio entre el líquido y el vapor en sistemas líquidos binarios. la ecuación de la ley de Raoult se torna inexacta debido al aumento de las desviaciones del vapor de las leyes de los gases ideales. f1 = f1º x1 = f1º (1-x2) medio 14 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Para poder realizar la separación. 2. DRA. al someterlas a calentamiento y alcanzar la temperatura de ebullición de la mezcla. I. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. es necesario conocer bien la composición de la mezcla y aplicar las leyes correspondientes. 1. Son pocas las mezclas de líquidos que cumplen con esta ley a concentraciones arbitrarias (desde 0 a 1 de fracción mol) y a dichas mezclas se les llama disoluciones ideales. Ley de Raoult. Sin embargo puede existir algún componente que no esté presente en el vapor debido a que dicha temperatura está por debajo de su temperatura de ebullición. Cuando se tienen mezclas de líquidos que son miscibles entre sí. la presión parcial del disolvente en función de la composición es: p1 = p1º x1 = p1º(1-x2) Donde: p1 = presión parcial del disolvente en el vapor. En la industria farmacéutica se emplean diferentes mezclas de sustancia líquidas miscibles. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. ya sea para preparar un medicando o para extraer un principio activo de las materias primas. Para disoluciones extremadamente diluidas. p1º = presión de vapor del disolvente puro x1 = fracción molar del disolvente x = fracción molar del soluto. el vapor saturado de la misma contendrá una cantidad proporcional de cada uno de los componentes de acuerdo a la temperatura que se tenga. este hecho es utilizado para separar una mezcla en sus componentes. tanto en forma física como química.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 2 EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR EN SISTEMAS LIQUIDOS BINARIOS. µi(vapor) = potencial químico de i en la fase de vapor. donde xv es la fracción molar del componente en la fase de vapor saturado y x es la fracción mol del mismo componente en la fase líquida. Para una disolución ideal: µi = µiº (T. será: µi = µi(vapor) Donde: µi = potencial químico del componente i en la fase líquida.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Donde: f1 = fugacidad del componente 1 f1º = fugacidad del componente 1 puro x1 = fracción molar del componente 1 x2 = fracción molar del componente 2 A las disoluciones que cumplen la ecuación anterior se les llama disoluciones ideales perfectas. lo que evita la confusión de ambas fracciones. DRA. a = relación p2º/p1º de los componentes puros p1º = presión de vapor del disolvente puro p2º = presión de vapor del soluto puro Para una mejor identificación de las fracciones mol en cada fase xy=y. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . La composición de una disolución ideal y el vapor saturado de la misma. son diferentes.P) + RTlnxi Donde: µiº (T. es decir x ≠ xv.P) = potencial químico del líquido i puro R = constante universal de los gases T = temperatura absoluta de la disolución xi = fracción molar del componente i en la disolución Por lo tanto la energía libre. El potencial químico de las disoluciones binarias en equilibrio con su vapor a una temperatura dada. la entropía y la entalpía para una mezcla binaria ideal serán: ∆Gmez = nRTΣixilnxi ∆Smez = -nRΣixilnxi ∆Hmez = 0 ∆Vmez = 0 15 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. La relación de ambas composiciones es: y= p2 º x ax = p1 º + x( p 2 º − p1 º ) 1 + (a − 1) x Donde: y = fracción mol del soluto en el vapor saturado x = fracción mol del soluto en la disolución líquida. de matraz % agua destilada % etanol 1 0 100 1 0 100 1 0 100 2 5 95 2 5 95 2 5 95 3 10 90 3 10 90 3 10 90 4 25 75 4 25 75 4 25 75 5 40 60 5 40 60 5 40 60 6 50 50 6 50 50 6 50 50 7 65 35 7 65 35 7 65 35 8 80 20 8 80 20 8 80 20 9 90 10 9 90 10 9 90 10 10 100 0 10 100 0 10 100 0 1 soporte universal Refractómetro tolueno benceno acetona etanol absoluto agua destilada. Elaborar un diagrama de flujo con la secuencia experimental a seguir. Nota: es recomendable que cada equipo de alumnos. acetona y del etanol. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. realice la determinación de una serie de disoluciones ya que el procedimiento es el mismo. DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Material y reactivos. Definir la ley de Raoult. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . de matraz % tolueno % benceno Núm. 16 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Definir el concepto de presión de vapor. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IV. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Investigar a que se le llama destilación. 2. b. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. sin embargo el reporte de la práctica es de los tres sistemas. DRA. benceno. 1. Efectuar la deducción matemática de la fracción molar para dos sustancias en el vapor saturado de su disolución. 3. 10 matraces erlenmeyer de 100 mL 1 refrigerante recto con mangueras látex 1 matraz balón de 50 mL 10 tubos de ensayo con tapón 1 termómetro de -10 a 110 ºC conexiones de vidrio 3 pinzas para matraz 1 parrilla eléctrica b) Secuencia experimental. de matraz % benceno % acetona Núm.1. Preparar las siguientes disoluciones (el volumen total debe ser de 20 mL): Núm. Investigar en la bibliografía las propiedades físicas del tolueno. indicando sus limitaciones. 4. 5. 6.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA III. Se determina el índice de refracción tanto del líquido condensado como del líquido residual. b. Figura 1. de acuerdo con el siguiente procedimiento: b. así como las densidades de los líquidos puros (se pueden utilizar los valores reportados en la literatura). IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. b.2. inmediatamente se tapa el tubo y se coloca en un recipiente con agua fría. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.2 Introducir el contenido del primer matraz en el matraz bola de calentamiento. no es necesario lavar el material de vidrio después de la determinación de la temperatura de ebullición. registrarlos. Determinar el punto de ebullición de cada una de las disoluciones.3. se puede dejar que se evapore el líquido adherido a la pared de matraz antes de agregar otra disolución. V.4 Se suspende el calentamiento y el residuo se transfiere al matraz original. Medir el índice de refracción del contenido de cada matraz.3. Determinar la temperatura a la que se hace la determinación.3 Calentar el matraz lentamente.1 Armar el aparato de destilación de acuerdo con las instrucciones del profesor (Figura 1).3. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . RESULTADOS Disolvente Benceno Tolueno Acetona Agua Destilada Etanol Tabla N° 1: Registro de las densidades de los disolventes puros. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.3.3. b. Aparato de destilación b. La densidad y el índice de refracción se determinan de acuerdo al procedimiento seguido en la práctica N° 1. b.3. DRA. se registra la temperatura cuando condense la primera gota. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Densidad (g/mL) 17 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. el bulbo del termómetro deberá estar sumergido en el líquido. en un tubo de ensayo se reciben 10 a 15 gotas del condensado y se registra la temperatura al caer la última.4.5 Se repite la secuencia anterior para todas las disoluciones.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA b. tapar y asegurarse de que no existan fugas. b. Es necesario que la temperatura de los líquidos sea la misma que la temperatura del punto 2. al alcanzar la temperatura de ebullición. La secuencia anterior se realiza para cada uno de los tres sistemas binarios de la práctica. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . temperaturas de ebullición se registran en las tablas respectivas.. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Para esto se determino la densidad y el volumen de los líquidos puros.Determinar la fracción mol de cada componente de una mezcla. Construir la gráfica de composición en el vapor (líquido condensado) en fracción mol contra la temperatura media de ebullición (se promedian las temperatura de ebullición). Construir la gráfica de composición del líquido contra la composición del vapor. 3.. 5. ANALISIS DE RESULTADOS. Indicar en la gráfica como se representarían las etapas de separación (platos teóricos).Interpolar los índices de refracción de cada líquido (condensado y residual) en la curva de calibración. 18 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 4. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. CONCLUSIONES ¿Sé cumplieron los objetivos de la práctica? En base a los experimentos realizados. 2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. VII. Nota: es conveniente que las dos gráficas (líquido residual y vapor condensado) se realicen en la misma hoja. ¿Qué se puede concluir sobre la relación entre las propiedades estudiadas y la estructura molecular de las sustancias empleadas en la práctica? ¿Existe congruencia entre los experimentos realizados y la teoría correspondiente? Explica que sistemas binarios se emplean en el área farmacéutica. 1. Discutir como se efectuaría una separación de una mezcla de líquidos en base a los resultados. de la separación de los líquidos. 1. 6. 3. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Construir la gráfica de la curva de calibración empleando los datos de índice de refracción y la fracción mol de uno de los componentes de la disolución. VI.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Nota: Los resultados de los índices de refracción. para determinar la composición en fracción mol de las mezclas. VIII. DRA. 2. 7. Construir la gráfica de composición de las disoluciones residuales en fracción mol contra la temperatura media del punto de ebullición (se promedian las temperatura de ebullición). Discutir las diferencias del comportamiento de los sistemas binarios empleados en la práctica. G. al. Argentina. CECSA. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 1987. 7. Ed. et. Fisicoquímica para Farmacia y Biología. Mir. O. 1998. Castellan. Química Física Práctica de Findlay.. España. Reverté. México. USA. MartinAlfred.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos? IX. 5. Química Física. A.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. México.A. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.Wesley Iberoamericana. W. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Ed. Prácticas de Química Física. Ed. BIBLIOGRAFIA 1.. México. 19 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1992. Ed. 10. G. Ed. J. Moscú. 1987. Addison. 2003. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 8. 2. Levvitt. Fisicoquímica para Biologos (Conceptos Básicos). DRA. 1979. Pradeau. 6. Sans Pedrero P. Remington Farmacia. P. Ed. 1993. Ediciones Científicas y Técnicas S. Fisicoquímica. 4a Edición. 1977. Engel Thomas y Reid Philip. Reverté S. Raymond Chang. IPN – Noriega – UTHEA. España. Pearson – Addison – Wesley. Willams&Wilkns. Gennaro Alfonso. Ed. Morris. Burmístova et al. 4. 3. Análisis Químicos Farmacéuticos de Medicamentos. España. A. B. 1993 9. Médica Panamericana.. Ed. Ed. 2006. Fisicoquímica con Aplicaciones a Sistemas Biológicos. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. líquidos condensados. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ PEDRO MIRANDA REYES.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Nº % Tolueno Volu. DRA. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. (ml) Benceno Masa (g) n x ηm T/(ºC) ηres x res ηvap y vap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabla N° 2: Registro de los índices de refracción de las disoluciones frías. masa (ml) (g) n X % Volu. líquidos residuales y temperaturas de ebullición del Sistema Binario Tolueno – Benceno. 20 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. líquidos condensados. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. DRA. 21 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Masa (ml) (g) n x % Volu. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. líquidos residuales y temperaturas de ebullición del Sistema Binario Benceno – Acetona. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. (ml) Acetona Masa (g) n x ηm T/(ºC) ηres x res ηvap x vap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabla N° 3: Registro de los índices de refracción de las disoluciones frías.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA N° % Benceno Volu. y temperaturas de ebullición del Sistema Binario Agua – Etanol. DRA.MANUAL DE PRÀCTICAS DE FISICOQUÍMICA Nº % Agua destilada Volu. líquidos residuales. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Masa (ml) (g) n x % Etanol Absoluto Volu. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. (ml) Masa (g) n x ηm T/(ºC) ηres x res ηvap x vap 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tabla N° 4: Registro de los índices de refracción de las disoluciones frías. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. líquidos condensados. 22 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. aB es la actividad del soluto en el disolvente B.F el sistema se puede representar en dos dimensiones.F. Si en el sistema ocurren reacciones químicas. 2. tiene una amplia utilidad en los sistemas que se forman para suministrar. OBJETIVOS. L = 4 y para una representación geométrica completa será necesario utilizar un diagrama espacial tetradimensional. II. La cantidad de cada una de las sustancias componentes que integran el sistema. Por lo tanto. Cada sustancia que pueda ser separada del sistema y existir fuera del mismo se llama sustancia componente del sistema. Si la presión permanece constante se puede emplear una representación tridimensional y si la temperatura y la presión permanecen constantes. L = 3 . FUNDAMENTOS. de estado de agregación. Elaborar el diagrama de equilibrio de fases para el sistema cloroformo-ácido acéticoagua. entonces las cantidades de las sustancias componentes integrantes del sistema en equilibrio dependen una de la otra. si hay una sola fase (F). K es un valor constante. Determinar las líneas de unión del sistema cloroformo-ácido acético-agua. el número de componentes también es una magnitud completamente determinada que depende de las propiedades del sistema. y la composición de las fases del sistema en equilibrio se puede determinar conociendo las concentraciones de una parte de las sustancias componentes. Las propiedades del sistema se determinan no por las sustancias elegidas en calidad de componentes. aplicando el triángulo de Gibbs-Roozeboom. el cual puede coincidir con el número de sustancias integrantes. extraer o purificar medicamentos. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 3 EQUILIBRIO DE SISTEMAS DE TRES COMPONENTES I. En los sistemas heterogéneos es posible observar cambios de fase. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . pero en este último caso. es decir. DRA. la proporción de las actividades es constante a una determinada temperatura y se le denomina Coeficiente de reparto o coeficiente de distribución. etc. en el que no existen reacciones químicas. El sistema puede denominarse 23 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1. La distribución del componente soluto en dos disolventes no miscibles depende de la actividad del soluto en cada uno de los disolventes. el número de componentes. La Ley de reparto de Nernst. redistribución del (los) componente (s) entre dos disolventes. en este caso para conocer la composición del sistema se determinan las concentraciones de todos los componentes. no depende de las cantidades de las demás sustancias. Para un sistema ternario la regla de las fases indica que los grados de libertad (L) están dados por L = 5 .MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA No. que es la Ley de reparto de Nernst: aA =K aB Donde: aA es la actividad del soluto en el disolvente A. o puede ser menor que el mismo. disolución de sustancias sólidas. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. sino por su número. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA de acuerdo al número de fases (F) y de grados de libertas (L) como: invariable (F = 3, L = 0), univariable (F = 2, L = 1) y bivariable (F = 1, L = 2). Para representar el comportamiento de los sistemas con tres componentes sobre un diagrama bidimensional es necesario considerar que tanto la presión como la temperatura permanecen constantes. En este caso es posible representar las fases del sistema en función de la composición. Las cantidades de los tres componentes, de ordinario referidas en cantidades porcentuales, se representan en una gráfica triangular (Fig. 1). Los vértices del triángulo ABC corresponden a los componentes puros. El lado del triángulo opuesto al vértice indica la ausencia del componente. Este método es denominado de Gibbs-Roozeboom. Figura 1. Diagrama de fases para un sistema de tres componentes. De las muchas clases posibles de sistemas ternarios, se consideran solamente los formados por tres líquidos y por un líquido y dos sólidos por ser de mayor interés práctico. A continuación se considera el sistema formado por tres líquidos (ácido acéticoacetato de vinilo-agua). Cuando dos de los componentes son miscibles entre sí y el otro sólo parcialmente, se obtiene una gráfica como la mostrada en la figura 2. Figura 2. Diagrama de fases para el sistema ternario acetato de vinilo-ácido acético-agua. Cuando se añade agua al acetato de vinilo (línea BC), el agua se disuelve en seguida, formando una disolución homogénea. Sin embargo al añadir más agua se 24 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA alcanza el punto de saturación de composición x en el cual coexisten dos fases líquidas: acetato de vinilo saturado con agua y, en menor proporción, agua saturada con acetato de vinilo de composición z. Al agregar más agua la proporción de la fase z aumenta y la fase x disminuye, manteniéndose constante la composición relativa de cada fase. Cuando el porcentaje de agua excede el correspondiente al punto z, solo existe una fase líquida: una disolución no saturada de acetato de vinilo en agua. En todas las composiciones comprendidas entre x y z coexisten dos fases líquidas con las composiciones de x y de z. Si se añade ácido acético, el cual es miscible con el acetato de vinilo y con el agua en todas las proporciones, éste se distribuye entre las dos zonas formando dos disoluciones ternarias de acetato de vinilo- ácido acético-agua en equilibrio. Suponiendo que la composición de la mezcla se encuentre en la región situada debajo de la curva xyz, por ejemplo si la composición está localizada en la línea ab, las dos fases que están en equilibrio quedan representadas por los puntos a y b. Se muestran también otras líneas de unión correspondientes a otras composiciones: por lo general estas líneas no son paralelas entre sí ni a los lados del triángulo. Las composiciones de las dos fases que están en equilibrio correspondientes a la intersección de la línea de unión de las curvas xy y zy tienen que determinarse experimentalmente. Al añadir más ácido, la composición de las dos fases se asemeja más y la línea de unión se acorta. Finalmente cuando la composición de las dos disoluciones se iguala la línea de unión se convierte en el punto y. Este punto es un punto crítico puesto que la adición posterior de ácido acético ocasionará la formación de una sola fase homogénea. Cualquier punto situado debajo de la curva xyz representa una mezcla ternaria que se separará en dos fases líquidas; cualquier punto sobre la curva xyz representa una sola fase líquida homogénea. Si existen dos fases líquidas, como el área debajo de la línea xyz, existe un grado de libertad, por lo que únicamente es necesario especificar el porcentaje de un componente en una fase para describir completamente el sistema. Los porcentajes de los otros componentes en esta fase pueden obtenerse por medio de la intersección de este porcentaje con la línea xyz; y la composición de la otra fase se obtiene a partir de la intersección del otro extremo de la línea de unión con la línea xyz. Por ejemplo si una fase del sistema de dos fases contiene 5% de agua, la composición de esta fase está dada por el punto a y la otra por el punto b. III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. Investigar brevemente lo siguiente: 1.- ¿Qué es una disolución, disolución saturada, una no saturada y una sobresaturada? 2.- ¿Qué es: solubilidad, solubilidad parcial, total e insolubilidad? 3.- De acuerdo con la naturaleza del soluto y disolvente ¿cuántos y cuales son los tipos de disoluciones se pueden formar? 4.- Elaborar un diagrama de flujo que esquematice la secuencia experimental a seguir. 25 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL. a) Material y Reactivos. Soluciones 3 buretas de 25 ml 1 gradilla disolución valorada de NaOH 0.1 N 2 pinzas para bureta disolución de fenolftaleína al 1% 1 anillo metálico ácido acético glacial 1 baño maría a 40 ºC cloroformo 14 tubos de ensayo de 30 ml con tapón 2 soportes universales 2 embudos de separación de 50 ó 100 ml 2 probetas de 50 ml 5 vasos de precipitados de 100 ml 4 matraces erlenmeyer de 100 ml 1 termómetro -10 a 200 ºC b) Secuencia experimental. b.1 Isotermas de equilibrio de fases en un sistema de tres componentes. b.1.1 Preparar mezclas de ácido acético-cloroformo como se indica en la tabla 1, en tubos de ensayo de 30 ml. Medir el volumen de cada sustancia con ayuda de una bureta. Tabla 1.- Cantidades a utilizar en el experimento de equilibrio cloroformo-ácido acéticoagua. Ácido acético (ml) 9.9 9.0 8.25 6.75 5.25 3.5 2 Cloroformo (ml) 0.6 1.0 1.75 3.25 4.75 6.5 8 Agua/(ml) a TA b.1.2 Las mezclas anteriores deberán hacerse a temperatura ambiente (TA) b.1.3 A cada tubo se le agregará agua destilada por medio de una bureta, gota a gota hasta la aparición de turbidez. Después de cada gota adicionada deberá agitarse la 26 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA mezcla y observarse la apariencia. El gasto de agua obtenido deberá anotarse en la tabla No. 1. b.1.4 Llevar un registro adecuado de los experimentos, con estos datos se construirá la isoterma correspondiente. b.2 Determinación de las líneas de unión. b.2.1 Para determinar las líneas de unión, colocar en dos embudos de separación marcados con A y B las siguientes mezclas; Tabla 2.- Cantidades a utilizar en la determinación de las líneas de unión del equilibrio cloroformo-ácido acético-agua. Embudo A Agua (ml) Ácido acético (ml) Cloroformo (ml) 10 3.5 6.5 Embudo B 7 7.5 5.5 b.2.2 Agitar ambas mezclas durante 30 min. de manera continua liberando ocasionalmente el exceso de presión interna, después de este tiempo dejar reposar durante 15 min. b.2.3 Separar la fase etérea de la fase acuosa, medir el volumen total y la densidad de cada fase (empleando los matraces volumétricos de 5 mL y pesar de acuerdo al procedimiento de la práctica 1). Valorar el contenido de ácido acético en cada fase de acuerdo con b.2.4. b.2.4 Tomar con una pipeta 0.1 ml de cada fase y colocarla en un matraz erlenmeyer, adicionar 50 ml de agua destilada y titular con NaOH 0.1N valorado previamente, empleando fenolftaleína como indicador. b.2.5 El punto anterior hacerlo por duplicado tanto para la fase orgánica como para la acuosa. Fase Volumen total de la fase (ml) Masa de fases (g)* Densidad de la fase (g/ml) Volumen de alícuota (ml) Gasto de NaOH (ml) Fase orgánica A Fase acuosa A Fase orgánica B Fase acuosa B * Tomar en cuenta que el volumen de la fase es diferente al volumen utilizado para determinar la densidad (5 ml) Normalidad del NaOH = __________________ 27 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ cloroformo y agua agregados inicialmente para cada uno de los dos experimentos. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 28 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.5 ml de agua destilada que equivalen a 1. ¿Qué diferencia se observaría en las gráficas si se modifica la temperatura del experimento? y ¿Cómo puede interpretarse este fenómeno? qué diferencias pueden existir? 2. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.73 g. Entre las gráficas a la misma temperatura pero diferentes sistemas. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Marcar así mismo.4 Los puntos localizados en el inciso anterior deben definir dos líneas rectas que reciben el nombre de líneas de unión. en el cruce con la curva de equilibrio de fases a temperatura ambiente que se construyó con los datos del experimento anterior (gráfica del sistema ácido acético-cloroformo-agua). que equivalen a 1.Isotermas de equilibrio de fases en sistemas de tres componentes. o bien por debajo de la misma? ¿Qué sucede cuando la composición del sistema se encuentra ubicada en la línea que define la isoterma de equilibrio? 4. y unir los puntos de tal manera que se aprecie la curva de equilibrio como la que se ilustra en la figura 2. 1. Trazarlas sobre la gráfica. VI. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .1 Con los resultados de la titulación con NaOH determinar la cantidad total de ácido acético en cada una de las fases. ¿qué similitudes y 3. 2. DRA. 1.Determinación de las líneas de unión.. determinar el porcentaje de ácido acético presente en cada fase.2 ml de cloroformo.. Ubicar cada uno de estos puntos en las gráficas correspondientes para cada sistema y cada temperatura. ¿los puntos encontrados fueron colineales?. 2. si no fuese el caso ¿a qué se pueden atribuir además de los consabidos errores experimentales y aleatorios?. 1. nunca volumen a volumen (v/v). 2. marcar las cuatro concentraciones porcentuales de ácido acético obtenidas. 2. 2. Construir con papel isométrico dos gráficas triangulares para sistemas de tres componentes (Gibbs Roozeboom) una para el sistema cloroformo-ácido acético-agua a temperatura ambiente.74 g y se obtuvo un gasto de 1.2 Determinar el porcentaje de cada uno de los componentes para cada mezcla en el equilibrio.50 g. las concentraciones porcentuales de ácido acético. Por ejemplo: Si se tienen 18. ¿Qué pasa con un sistema que tenga una composición ubicada por encima de la isoterma.1. En el caso de las líneas de unión.2 Con las densidades y el volumen medido de cada una de las fases. la suma de 22. 1. Nota: Todos los porcentajes deben tomarse masa a masa (m/m).3 Como cada sistema heterogéneo (recordar que son dos experiencias similares) se encuentra en equilibrio.3.8 ml de ácido acético que corresponden a 19. ANALISIS DE RESULTADOS.96 g corresponderá al 100%.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA V. tampoco masa a volumen (m/v) o viceversa. 1. 1. “Fisicoquímica con aplicaciones a sistemas biológicos”. “Fisicoquímica para Biólogos (Conceptos Básicos)”. “Curso de Fisicoquímica Experimental”. BIBLIOGRAFIA 1.W. 1991. Describir al menos tres ejemplos de sistemas de tres componentes que se emplean en el área farmacéutica. Chang. Ed. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. “Análisis Químicos farmacéuticos de medicamentos”. “Fisicoquímica”. USA 1993. A. S. Editorial Reverté S. Ed. W.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 5. ¿cómo pueden interpretarse las líneas de unión? Sustente sus conclusiones haciendo uso de las referencias bibliográficas pertinentes. G.. CECSA. et al. 1993. “Physical Pharmacy”.G. Delaware. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 8. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Reverté. J. al. “Fisicoquímica Técnicas. 1964. Conceptualmente. Barrow. Ed. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Colombia 1972. 5. IPN-NoriegaUTEHA. Ed. Williams & wilkins. Morris. 1. Atkins. Ediciones Científicas y 7. ¿Qué sugiere para obtener datos más confiables y precisos sobre la misma base experimental? VIII. CONCLUSIONES.A. Alfred Martin. Addison-Wesley Iberoamericana. VII. 1998. R. 1987. 3. P. “Química Física”. et. para farmacia y biología”. 6.. 4ª Edición. 4. Daniels. España 1992. S. 3. 2.. Pradeau. ¿Qué utilidad práctica en el área farmacéutica se puede dar a las isotermas de equilibrio de fases de tres componentes y a las líneas de unión? 2. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .A. México. Sanz Pedrero P. 29 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.. DRA. Barcelona. Mc Graw-Hill. R. de la naturaleza del soluto en tanto este no se disocie. pero es independiente. En ésta práctica se emplearán solutos del tipo de no electrolitos ya que los electrolitos al disociarse en solución incrementan el número de partículas y por lo tanto se ven modificadas las propiedades coligativas. Ejemplificar experimentalmente la variación del punto de ebullición y del punto de fusión de una disolución 3.Aumento del punto de ebullición. Relacionar la importancia de estas propiedades en la Industria Farmacéutica. I.. las cuales son: a). ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. La curva AB representa la presión de vapor del disolvente puro en función de la temperatura. Las disoluciones que contienen solutos no-volátiles presentan puntos de ebullición más elevados que el disolvente puro. Como la presión de vapor de la disolución es para todas las temperaturas. Figura 1.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 4 PROPIEDADES COLIGATIVAS. b). Determinar el peso molecular de un soluto mediante la propiedades coligativas de las disoluciones 4.Presión osmótica. 1. 30 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. se conoce como elevación del punto de ebullición que depende de la naturaleza del disolvente y la concentración del soluto.Descenso de la presión de vapor del disolvente. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. II. OBJETIVOS. FUNDAMENTOS Las soluciones diluidas de solutos no-volátiles presentan propiedades muy particulares denominadas propiedades coligativas. por lo menos en soluciones diluidas.. Estas propiedades dependen únicamente del número de partículas en solución y no de la naturaleza de las mismas. Definir e identificar la importancia de las propiedades coligativas. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Consideremos el diagrama presión de vapor-temperatura que se muestra en la figura 1.. Diagrama Presión de vaporTemperatura donde se muestra la línea de equilibrio líquido-vapor para el disolvente puro y la disolución. c).. 2.Descenso del punto de congelación del disolvente. La diferencia entre el punto de ebullición de la solución y el disolvente puro para una presión constante establecida. Aumento del punto de ebullición de las disoluciones. DRA. d). es decir en molalidad (m). si la solución es diluida T es prácticamente igual a To y T•To = To2 ln ∆H v ∆T b P P = − ln = Pº Pº R T 02 P y P° son las presiones de vapor de la solución a las temperaturas T y To respectivamente. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA menor que la del disolvente. Si designamos con x1 al número de moles del disolvente en 1000 g tenemos: 31 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. debe calentarse a temperaturas a las cuales las presiones de vapor respectivas igualan la del confinamiento. ln(1 − x 2 ) = − ∆H v R 2 ⎡ ∆Tb ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ T2 º ⎦ ∆Tb = RT0 x2 ∆H v Por costumbre. es posible deducir una relación entre el ascenso del punto de ebullición de la solución y su concentración. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. El disolvente puede alcanzar la presión P° a la temperatura To. la curva de presión de vapor-temperatura de la disolución debe quedar debajo de la del disolvente puro y esta representada en el diagrama por la curva CD. Cuando aplicamos la ecuación de Clausius-Clapeyron y la Ley de Raoult. A fin de alcanzar el punto de ebullición correspondiente a cierta presión externa que se ejerce sobre la solución P°. DRA. tenemos P = x1 = 1 − x 2 Pº x1 = fracción mol del disolvente. ambos pueden relacionarse mediante la ecuación de Clausius-Clapeyron. ln En donde: P º ∆H v = P R ⎡T −T 0 ⎤ ⎥ ⎢ ⎣ TT 0 ⎦ ∆Hv es el calor de vaporización por mol de disolvente de la solución. para la misma presión externa. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . el ascenso del punto de ebullición será entonces ∆Tb=T-To. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. pero la solución debe elevarse a una temperatura mayor que To antes de que se alcance la misma presión. la solución debe hervir a una temperatura más elevada que la del disolvente puro. x2 = fracción mol del soluto. Como los puntos E y F quedan sobre la curva de presión de vapor de la solución. Por lo tanto. Cuando la ley de Raoult se aplica a la solución. se expresa la concentración en moles de soluto por 1000 g de disolvente. Cuando se disuelve una sustancia en un disolvente líquido. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA x2 = m m ≈ n1 + m n1 Debido a que es una solución diluida. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Disminución del punto de fusión. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 32 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. El peso de soluto por 1000 g de disolvente está dado por: 1000 w2= peso del soluto en g w1 = peso del disolvente en g La molalidad de la disolución es: w2 w1 m = 1 0 0 0w w 1M 2 2 donde M2 es el peso molecular del soluto. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. DRA. así como la variación del punto de ebullición y la concentración molal de la solución. todas las cantidades en el paréntesis de la ecuación anterior son constantes y podemos simplificar como sigue: ∆T b = K b m La constante Kb se denomina también constante molal de elevación del punto de ebullición o constante ebulloscópica. El descenso en la temperatura de congelación depende del número de moles de soluto disueltos en una cantidad dada de disolvente. Relacionando las ecuaciones anteriores obtenemos: ⎛1000w 2 ⎞ ∆T b = K b ⎜ ⎟ ⎝ w 1M 2 ⎠ M2 = 1000w 2 K b w 1∆ T b de aquí. m es pequeño en relación con n1 y puede despreciarse quedando la ecuación como sigue: ⎡ RT 02 ⎤ ∆T b = ⎢ ⎥m ⎣ ∆H v n1 ⎦ Para un disolvente dado. el punto de congelación de la disolución es menor que el del disolvente puro. es posible determinar el peso molecular del soluto si conocemos el valor de la constante ebulloscópica del disolvente. hiper. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. b. escribir los resultados obtenidos para cada solución preparada. añadir perlas de ebullición. el descenso en el punto de congelación puede determinarse como: ∆Tf = Kfm con: donde: Kf = constante crioscópica o constante molal de descenso en el punto de congelación. 2 pinzas de tres dedos con nuez.Investigar que es la constante crioscópica.2 Determine el punto de ebullición del agua destilada. Aumento del punto de ebullición.Explicar a que se le llama disolución hipo-. 1. b. T0 = punto de congelación del disolvente puro.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Al igual que el incremento en el punto de ebullición. a) Materiales y reactivos. IV.Elaborar un diagrama de flujo con el procedimiento a seguir durante la práctica. de acuerdo a lo indicado en la tabla y determinar el punto de ebullición de cada disolución. 3.4 En la siguiente tabla.e isotónica. 5.3 Colocar el agua destilada y el etilénglicol (EG) en un matraz bola. 4. III.Investigar que es la constante ebulloscópica. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 2. 1 matraz balón 1 juego de conexiones para destilación. M0 = peso molecular del disolvente R = constante universal de los gases.. 1 bomba para recircular agua Kf = M0RT02/1000∆Hf b) Secuencia experimental..Mencionar por lo menos tres ejemplos de membranas semipermeables. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Antes de calentar...1 Montar el equipo para punto de ebullición de acuerdo con la figura 2. antes de iniciar el calentamiento agregue perlas de ebullición. 33 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1 refrigerante Liebig. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 1 termómetro. b. DESARROLLO EXPERIMENTAL. 1 termómetro diferencial. ∆Hf = entalpía molar de fusión del disolvente puro. b. etilénglicol agua destilada 2 matraces erlenmeyer.. DRA. 1 parrilla eléctrica. 2 soportes universales. m = molalidad de la disolución en moles/kg de disolvente. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 5 20. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Aparato para la determinación del punto de congelación. 2 g de urea agua destilada o desionizada sal de mesa hielo 34 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.0 10.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tb del agua pura __________________ºC Masa del EG/g Masa del agua/g Molalidad Mol/kg 2. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Aparato para determinar el incremento del punto de ebullición.5 5.0 22. Descenso en el punto de congelación a) Material y reactivos. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Frasco Dewar (termo) de 1 L 1 tubo de ensayo grande con tapón 1 tubo de ensayo pequeño con tapón 1 termómetro de -10 a 110 ºC 1 agitador para el tubo pequeño Figura 3.0 15. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.0 Tempertura de ebullición/ºC ∆Tb/K Figura 2. Se mezcla una parte en volumen de sal de cocina (en grano) con cuatro partes en volumen de hielo picado en un recipiente y se deja reposar por un par de minutos y luego se coloca la cantidad adecuada en el frasco Dewar. (°C) Tiempo (min) Tempe. El punto de congelación de la disolución se determina de la curva de enfriamiento.4 Se debe repetir el experimento añadiendo 1 g de urea más (debidamente pesado) a la disolución anterior y determinando de nueva cuenta el descenso en la temperatura de congelación. b. se utiliza una mezcla refrigerante de hielo-sal. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Para evitar el sobre enfriado de la disolución. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. b.1 Pese el tubo de ensayo pequeño y luego por diferencia pese alrededor de 1 g de urea en él. DRA.3 Tome lecturas de temperatura cada minuto para elaborar la curva de enfriamiento de la disolución (temperatura vs. (min) (ºC) (min) (ºC) Tiempo (min) Tempe.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA b) Secuencia experimental b. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Peso exacto de la urea (1) __________. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . justo donde ocurre un cambio drástico de pendiente. Peso exacto del agua (2) _________ Temperatura de congelamiento (2) _______________ Experimento con 1 g de urea Tiempo Tempe. Para este experimento. tiempo). determine la concentración molal de la disolución de prueba. Tiempo Tempe. Coloque este tubo dentro del tubo grande. b. Esta mezcla debe de ser recién preparada para cada corrida. Añada 10 ml de agua y pese de nuevo. se debe agitar la disolución continua y vigorosamente con movimientos verticales con una frecuencia de 1 por/seg. Se sugiere graficar en forma simultánea al desarrollo del experimento para poder definir el término de éste. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.2 Agite el tubo hasta que se haya disuelto la urea por completo y se tenga una disolución uniforme y transparente. Peso exacto del agua (1) _________ Temperatura de congelamiento (1) _______________ Peso exacto de la urea (2) __________. (ºC) 35 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. para armar el equipo mostrado en la figura 3. A partir de estas pesadas. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. Consulte en la literatura el valor de la constante crioscópica del agua y calcule el peso molecular experimental de la urea con uno y con dos gramos.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tiempo (min) Tempe. Describir en forma sencilla. CONCLUSIONES. ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica? ¿Es adecuado el empleo de las propiedades coligativas para determinar pesos moleculares de solutos? ¿Cuál de los dos métodos proporciona mayor confiabilidad para la determinación del peso molecular de un soluto con bajo peso molecular y cuál de ellos con un soluto de alto peso molecular? ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables? 36 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Aumento del punto de ebullición. VI. Determinar el peso molecular experimental del etilénglicol y compararlo con su valor teórico para determinar el error relativo. (ºC) Experimento con 2 g de urea Tiempo Tempe. (min) (ºC) (min) (ºC) Tiempo (min) Tempe. (ºC) V. la forma de realizar experimentalmente las otras dos propiedades coligativas. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Tiempo Tempe. DRA. el resultado debe ser consistente. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Consultar de la literatura el valor de Kb para el agua. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Descenso en el punto de congelación. DRA. pp132-141. Reverté. 6.G. 2. Garland. 5.. Experiments in Physical Chemistry. Fisicoquímica con aplicaciones a sistemas biológicos. Mc-Graw Hill. De C. Hill. Limusa 1977. Sonesa. 2.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA VII. Small Scale Physical Chemistry.. BIBLIOGRAFIA. 3. Principios de Química. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.The Merck Index.. McGraw-Hill New York. A.John A. México. Barrow. 1983. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Columbia. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 8.. S. 1980. J. Merck & Co. pp 722. London 1966. 1973. 1. Ed.. Ander.David P. J.. Dean..R. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .. 7. Curso de Fisicoquímica Experimental. N. y A. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 1962. Daniels. Mc-Graw Hill. V. Columbia.P. México. Schoemaker y Carl W. introducción a los conceptos teóricos.. Ed. Edward Arnold Pubs. 4.P. USA. cap. Química Física. Compañía Editorial Continental.R. Chang. 37 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Barcelona. Lange’s Handbook of Chemistry. 1987. 1991.F. . I. 5 ADSORCION DE ACIDO ACETICO SOBRE CARBON VEGETAL. 2. quedando adherido el compuesto que menor energía necesite para la unión.. La adsorción ocurre en multicapas y las capas externas se comportan como un sólido o un líquido.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA No. según la naturaleza del sistema: a) Si las fuerzas son similares a las de los enlaces químicos (atracción de iones de carga opuesta o formación de enlaces covalente o covalente coordinado) recibe el nombre de adsorción química. las cantidades sobre la superficie del sólido dependen de las interacciones que cada compuesto químico establezca con la superficie. b) La cantidad de adsorbato c0 en la fase de contacto con la superficie de la sustancia adsorbente. FUNDAMENTOS. siendo una de ellas un material sólido y la otra un solución de dos o más compuestos químicos. La adsorción se determina midiendo la cantidad de sustancia residual en la solución o en la fase gaseosa. En la industria farmacéutica se emplean métodos de separación. purificación. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. poner en contacto dos sustancias no miscibles entre sí. Las sustancias adsorbidas son retenidas por distintas fuerzas de atracción de la superficie.Determinar la isoterma de adsorción del ácido acético. Para este tipo de adsorción. II. extracción. una cantidad del gas o de la solución puede quedar adsorbida (atrapada) en la superficie del sólido. Cuando una fase sólida de gran superficie se expone a un volumen limitado de un gas o de una solución. Por lo anterior es necesario entender como se efectúa la unión de las moléculas en la superficie y las ecuaciones matemáticas que lo describen. La cantidad de sustancia adsorbida (adsorbato) es función de tres factores: a) La cantidad de sustancia sólida (adsorbente) donde se adsorberá el adsorbato. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. OBJETIVOS 1. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . que al estar en contacto con el material sólido. recibe el nombre de adsorción física. 38 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. En este tipo de adsorción el ∆H es pequeño y comparable al cambio de entalpía en la licuefacción de gases. La adsorción ocurre en una sola capa de moléculas (monocapa) en la superficie. Estos métodos en general se llaman Cromatografía. b) Cuando las fuerzas que originan el fenómeno de adsorción son las llamadas fuerzas de van der Waals. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. una gran cantidad de moléculas de los compuestos se adhieren al sólido.Comparar el comportamiento de una sustancia adsorbida en las distintas ecuaciones de adsorción. el ∆H es comparable a las energías de enlace químico y el proceso es generalmente irreversible. que tienen como fundamento. La adsorción se cuantifica en gramos de la sustancia adsorbida x.. DRA. 2) El adsorbato es un gas. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. La gráfica de la figura N° 1 indica que la sustancia adsorbente tiene una capacidad de adsorción limitada y esta se encuentra en función de la concentración del adsorbato. la curva que representa este fenómeno recibe el nombre de isoterma de adsorción. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 4) En la adsorción se establece un equilibrio entre la cantidad adherida en la superficie y la cantidad que se separa de la superficie. 1 39 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA c) La temperatura. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . lo que se expresa como x/m.Isoterma de adsorción Existen distintas ecuaciones que describen el fenómeno de adsorción. Esta teoría se basa en los postulados siguientes: 1) El adsorbato se adhiere al sólido en una sola capa de moléculas (monocapa). IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Figura 1. 3) La velocidad de adsorción es proporcional al número de colisiones de las moléculas del gas con la superficie de la sustancia adsorbente (que es proporcional a la presión del gas P. Al determinar la relación x/m en función de la concentración c0 (a temperatura constante). que depende la sustancia adherida y de la superficie Isoterma de Adsorción de Langmuir. y a la superficie aún no cubierta). Isoterma de adsorción de Freundlich Freundlich fue quien describió primero el fenómeno de adsorción e indico una ecuación. x = Kp n m Donde: x/m es la relación entre la masa adsorbida de sustancia por la superficie y la masa de material adsorbente K es la constante de equilibrio de adsorción p es la presión de gas sobre la superficie n es un valor constante. por gramos de la sustancia adsorbente m. DRA. ym = Masa de gas que adsorbe un gramo de adsorbente cuando la primera capa está completa. Emmet y Teller (BET).p) p = ( b . que es la relación de las constantes de adsorción de la capa de condensación y la constante de la primera capa. Efectuando sustituciones de k1/k2 = K = b y θ por y/ym. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . se transforma la ecuación al invertirla y multiplicar por p todos los términos. ym = Masa de gas que adsorbe un gramo de adsorbente cuando la monocapa está completa. aplicando la ecuación de van´t Hoff. Calor de adsorción. p = Presión del gas. que queda como: ⎤ ⎡ ⎢ ∂ ln ( p) ⎥ = . y =Masa adsorbida por gramo de adsorbente a la presión p. en una ecuación de representación de línea recta: k1 ⋅ p k1 ⋅ p Kp k2 = θ= = k2 + k1 ⋅ p 1 + k1 ⋅ p 1 + Kp k2 ( ) ( ) p 1 p = + y ym ⋅ b ym donde: p = Presión del gas. La variación de entalpía molar (∆H) es la variación de la energía de las moléculas en fase gaseosa y la energía de las moléculas adsorbidas por el adsorbente. Ecuación de Brunauer. por lo que la ecuación de la isoterma de Langmuir deja de ser útil para el estudio de estos fenómenos. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. b = Relación de constantes de proporcionalidad.1) p 1 ⋅ + ym ⋅ b ym ⋅ b po donde: p = Presión del gas. k2 = Constante de desorción. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.∆H ⎢∂ 1 ⎥ R ⎣ T ⎦x ( ) A 40 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. b = Constante de proporcionalidad. k1 = Constante de adsorción. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Esta ecuación toma en consideración el hecho de que un sólido se cubre de varias capas de la sustancia adsorbida (adsorbato). y = Masa adsorbida por gramo de adsorbente a la presión p. La ecuación de BET tiene la forma: y ⋅ ( po . Po = Presión de vapor saturado del adsorbato.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA donde: θ = Fracción de superficie ocupada por las moléculas del gas. 5 Se debe concluir el experimento hasta que las titulaciones tiendan a ser iguales.1 En una serie de siete matraces agregar 20 ml de solución de ácido acético 0. 2 probetas de 25 ml. 1. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 1 anillo metálico. 1 soporte universal. 3.Indicar algunos compuestos que pueden ser adsorbidos por carbón activado. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.1.5 M Hidróxido de sodio 0.Elaborar un diagrama de flujo con la secuencia experimental a seguir. 6.Investigar las limitantes de la ley de Langmuir.Isoterma de adsorción del ácido acético sobre carbón vegetal. Carbón activado.1.1. b. b) Secuencia experimental.. 10 matraces Erlenmeyer de 125 ml.4 Repetir el punto 1.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA donde: p = Presión del gas. 1 bureta de 25 ml. Velocidad de adsorción.1 N. DESARROLLO EXPERIMENTAL.2 y 1. PROTOCOLO DE INVESTIGACION.. a) Material y reactivos. utilizando fenolftaleína como indicador. Papel filtro.2 Después de 2 min.3 Tomar una alícuota de 1 ml del filtrado y titular con NaOH 0.1.25 M y 0. eliminando los primeros 5 ml de filtrado.3 con los demás matraces filtrando una vez transcurrido los tiempos indicados en la tabla de resultados. 4. III. Agitarlos continuamente..Indicar qué otras sustancias pueden ser empleadas como adsorbentes. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 1 embudo. IV. b.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.1 N.1. T = Temperatura a la que adsorbe el gas. 3 vasos de precipitados de 125 ml. b. b. 2. DRA.25 N en cada uno y 1 g de carbón activado. R = Constante de los gases.Explica porque se llaman isotermas. ∆H = Calor isóstérico de adsorción.Investigar cuándo la ecuación de Freundlich se transforma en la ecuación de la ley de Langmuir. Taparlos bien. 5. Acido acético 0. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.2.. repetir la titulación del filtrado. b. filtrar el contenido del primer matraz con papel filtro.. 41 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.1. b. b.. de matraz. Resultados del experimento de velocidad de adsorción. b.5 Tomar alícuotas de los filtrados y titularlos con NaOH 0. b. 5 ml de cada uno de los demás (¿cuál el la utilidad práctica de este proceder?).1 Preparar la serie de matraces con las siguientes cantidades: No. 2 ml del segundo. 1 2 3 4 5 6 7 (g) CS (g) Ácido Acético x (g) x/m NaOH 0. Es conveniente eliminar los primeros 5 ml del filtrado en cada concentración (¿porqué se hace esto?).3 Agitar los matraces por períodos de 10 min. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 0. V. Nota: hacer esto en forma escalonada tal que los tiempos de terminación de agitación no se empalmen.2.2 Agregar 1 g de carbón activado a cada matraz. Ac.) 2 4 6 8 10 12 14 Tabla 1.2.2. o por tiempo determinado en experimento de velocidad de adsorción. Las alícuotas serán las siguientes: 1 ml del primer matraz. 42 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Ac.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA b.2.5 N. RESULTADOS Matraz Carbón No. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. b.1 N ( ml ) ( ml ) Tiempo (min.4 Transcurrido el tiempo. (ml) Agua (ml) 1 25 0 2 20 5 3 15 10 4 10 15 5 7 18 6 3 22 7 0 25 b.1 N (esto debe realizarse por duplicado en cada concentración). IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. filtrar el contenido de cada matraz.2. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. En base a la exactitud de las líneas. (g) 1 1 1 1 1 1 1 NaOH mL mL X CS x/m Ácido Acético ln(CS) ln(x/m) m/x 1/CS Tabla 2.Determinar la constante de adsorción al representar en una gráfica ln(x/m) en función de ln(CS). Resultados de la isoterma de adsorción. así como la masa de ácido acético adsorbido por gramo de carbón activado(x/m). VI. De ser una recta.Determinar la masa de ácido acético adsorbido (x) por el carbón activado. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 5.. explicar cual describe mejor el fenómeno de adsorción. antes y después de la titulación. 3. que se puede representar como una recta de la siguiente manera: x = k ⋅ C Sn m ⎛ x⎞ ln ⎜ ⎟ = ln ( k ) + n ⋅ ln ( C S ) ⎝ m⎠ 6. Analizar las distintas gráficas comentando las ventajas y desventajas de cada una. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 2.. ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES.Representar los datos en una gráfica m/x en función de 1/CS. 2.Representar en una gráfica los datos obtenidos x/m en función de CS.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 4. 1.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA N° Ma. 1 2 3 4 5 6 7 Car. calcular las constantes de la ecuación: esta es la ecuación de Freundlich. 43 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. DRA.Determinar la masa de ácido acético en cada matraz. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.. VII. para saber si cumple con la ecuación de Langmuir.Representar en una gráfica la variación de x/m en función del tiempo... España. DRA. Toral. 3.. Ed. Ed. España. Sans Pedrero P. Practical Physical Chemistry. Indicar qué importancia tendrá efectuar la separación de sustancias utilizando los procedimientos de esta práctica en el área farmacéutica. Química Física. Levitt.Wesley Iberoamericana. 12. G. Ed. Química Física Práctica de Findlay. 10. Churchill LTD. T. 1993 11. P. 2006. Castellan. Londres. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Ediciones Científicas y Técnicas S. Ed. IPN – Noriega – UTHEA..M. & A.. W. CECSA. 2. Urmo. 7. Raymond Chang. España. J. Fisicoquímica de superficies y sistemas dispersos. Médica Panamericana. Remington Farmacia. ¿Se cumplieron con los objetivos de la práctica? 2. Reverté.. MartinAlfred. México. J. Morris. O.B. Engel Thomas y Reid Philip. ¿Que sugerirías para obtener datos mas confiables y precisos? IX. 1979. Argentina. 3. A. 44 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 8. al.A. Ed. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 1973. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . USA.. Prácticas de Química Física. Addison.A. explica al menos tres ejemplos. ¿Existe congruencia entre los conceptos teóricos y los resultados experimentales? De no existir congruencia explica las posibles causas que la originan. Fisicoquímica para Farmacia y Biología. México. 4a Edición.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 1992. Willams&Wilkns. 1993. España. 5. Ed. Pearson – Addison – Wesley. 2003. Fisicoquímica. Ed. Ed. 1977. 199. G. et. Burmístova et al. Fisicoquímica con Aplicaciones a Sistemas Biológicos. CONCLUSIONES 1.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 3. Pradeau. M. Análisis Químicos Farmacéuticos de Medicamentos. BIBLIOGRAFIA 1. Reverté S. Fisicoquímica para Biologos (Conceptos Básicos). Moscú. A. México. Ed. 1987. Gennaro Alfonso. 4. 6. 9. 1967. James. Ed. VIII. Ed. 1987.. Mir. Si se considera que la interfase está bien definida.Comprender el concepto de adsorción en superficies líquidas. La actividad superficial es un fenómeno dinámico. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.Si Γi es la concentración del surfactante en la superficie ( en mol / cm2). FUNDAMENTOS. puesto que el estado final de una superficie o interfase representa un equilibrio entre la tendencia hacia la adsorción y hacia la disolución completa debido a la agitación térmica de las moléculas. La fuerte adsorción de estas sustancias en la superficie o interfase formando una capa monomolecular orientada se conoce como actividad superficial. 3.. la adsorción puede describirse apropiadamente en términos de concentraciones en exceso superficiales.Determinar la isoterma de adsorción de Gibbs para la adición de diferentes alcoholes al agua. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. ni σ A Γi puede ser positiva o negativa y su magnitud depende de la tendencia del La energía interna total de un sistema viene dada por la ecuación : U = TS − PV + Σµ i ni 45 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. mientras que el grupo -COOH o el -OH de carácter muy polar permite que sean lo suficientemente afines para formar soluciones acuosas. son solubles tanto en agua como en disolventes no polares como hidrocarburos. 1. I. a partir de datos de tensión superficial. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. La parte hidrocarbonada les confiere solubilidad en disolventes no polares. mientras que las sustancias con actividad superficial (surfactantes) son moléculas que tienen partes polares y no polares ( amfifílicas ). 2. Esta situación es energéticamente más favorable que la disolución del compuesto en cualquiera de las dos fases.. La ecuación de adsorción de Gibbs permite calcular la magnitud de la adsorción en la superficie de un líquido. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. se orientan de tal forma que sus grupos hidrofílicos quedan en la fase acuosa y las cadenas hidrocarbonadas escapan a la fase no polar. Las sustancias que presentan en su estructura una parte polar y una no polar como en el caso de ácidos grasos y alcoholes de cadena corta. Si estas moléculas se sitúan en una interfase aceite-agua. DRA. La tendencia de las moléculas surfactantes a acumularse en la interfase favorece una expansión de la misma. II.. lo cual es contrarrestado por la tendencia de la interfase a contraerse bajo la fuerza de la tensión superficial.Determinar el efecto de la adición de alcoholes sobre la tensión superficial del agua. OBJETIVOS. viene dada por la ecuación : Γi = surfactante a acumularse en la superficie.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 6 ISOTERMA DE ADSORCION DE GIBBS. la ecuación anterior conduce a : dγ = − Γ1dµ 1 − Γ2 dµ 2 Las concentraciones en exceso se definen respecto a una superficie de separación arbitraria. P y el potencial químico no tienen índices. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Los términos T. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Si la situación de esta superficie para una disolución binaria se define de manera que la concentración en exceso del disolvente ( Γi ) sea cero. ya que la presión es una fuerza expansiva y la tensión superficial es contractiva. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Diferenciando la ecuación tenemos: σ dU σ = TdS σ + S σ dT − PdV σ − V σ dP + γdA + Adγ + Σµ i dni σ + Σni σ dµ i por primera y segunda ley de la Termodinámica: U = TdS − PdV + Σµ i dni en el caso de la fase superficial : dU σ = TdS σ − PdV σ + γdA + Σµ i dni σ restando las ecuaciones anteriores : S σ dT − V σ dP + Adγ + Σni σ dµ i = 0 Por lo tanto a temperatura y presión constantes : ni σ dγ = − Σ dµ i = − ΣΓi dµ i A Para una disolución sencilla de dos componentes ( constituida por un solo disolvente y un soluto ). la expresión anterior se reduce a : dγ = −Γ2 dµ 2 Y dado que los cambios de potencial químico están relacionados con las actividades por : tenemos : Por consiguiente : µ 2 = µ 2 º + RT ln a 2 dµ 2 = RTd ln a2 a 2 dγ 1 dγ =− RT d ln a 2 RT da 2 Γ2 = − 46 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA La expresión correspondiente para la energía interna de la fase superficial σ es: U = TS σ − PV σ + γA + Σµ i ni σ donde los términos PV y γA tienen signos opuestos. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. DRA. puesto que estos deben tener valores iguales en ambas fases y en la interfase para que el sistema esté en equilibrio. 6.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Para el caso concentraciones.Elaborar un diagrama de flujo con el procedimiento a seguir durante la práctica. Esta ecuación puede simplificarse si sustituímos dc/c = d(lnc). 20 tubos de ensayo con tapón de rosca 1 gradilla 1 trampa de humedad 1 vaso de precipitados de 100 ml 1 soporte universal 1 rejilla con asbesto 1 anillo metálico 1 pipeta pasteur 1 vernier etanol n-propanol n-butanol n-pentanol agua destilada 1 pipeta de 5 ml 1 pipeta de 0.Describir el método de ascenso capilar para determinar la tensión superficial de un líquido.. 3. b. quedando: c dγ RT dc Γ=− 1 dγ RT d ln c III. 1. al sustituir las actividades por Γ=− que es la forma en que se da normalmente la ecuación de Gibbs. a) Materiales y reactivos. determinar la tensión superficial de cada una de las soluciones que se indican en la tabla. 47 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.1 ml 1 picnómetro o matraz aforado de 10mL b) Secuencia experimental. 2.. 5. b. de disoluciones diluidas.2.Comprobar las unidades de Γ haciendo el análisis de unidades de la ecuación de Gibbs. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.1. IV.Investigar en qué casos Γi presenta valor positivo y cuando negativo. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .Describir como se calibra el dispositivo para medir tensión superficial por el método de ascenso capilar. Registrar la temperatura a la que se llevó a cabo el experimento. Mediante el método del ascenso capilar. 4. PROTOCOLO DE INVESTIGACION.Definir que es la tensión superficial e interfacial. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ... DESARROLLO EXPERIMENTAL.. Calibrar el dispositivo para determinar tensión superficial por el método del ascenso capilar empleando agua destilada como líquido de referencia (ver metodología en el anexo en este manual de prácticas). IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. en g/cm3.4M (mL) 1 3 2 3 4 5 6 9 12 15 Agua (mL) 12 9 6 3 0 Concentr. DRA. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. (mol/L) Altura (cm) γ (din/cm) mp (g) ms (g) ρ (g/cm3) 48 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA b.3.8M (mL) 1 3 2 3 4 5 6 9 12 15 Agua (mL) 12 9 6 3 0 Concentr. Determinar mediante un picnómetro la densidad disoluciones. 0. RESULTADOS Etanol Tubo Etanol No. 0.4M (mL) 1 3 2 3 4 5 6 9 12 15 Agua (mL) 12 9 6 3 0 Concentr. de cada una de las V. 0. (mol/L) Altura (cm) γ (din/cm) mp (g) ms (g) ρ (g/cm3) Propanol Tubo Propanol No. (mol/L) Altura (cm) γ (din/cm) mp (g) ms (g) ρ (g/cm3) Butanol Tubo Butanol No. Fisicoquímica.Elaborar una gráfica que represente la variación del exceso superficial (ordenadas) con respecto al número de átomos de carbono presentes en el alcohol. Maron y C.. 417-429. 5. DRA. 3.Construir las gráficas de tensión superficial (ordenadas) contra concentración (abscisas) para cada uno de los alcoholes empleados. ¿ Cómo es el comportamiento de la tensión superficial del agua en relación al tipo de alcohol utilizado? ¿Cuál es el signo de Γ de acuerdo a sus resultados y qué significa este hecho? ¿Qué tendencia. en base a datos reportados en la bibliografía.Determinar valores de dγ/dlnc a partir de una gráfica de tensión superficial contra lnc. Reportar el coeficiente de correlación. 2.. W. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. 3. Fondo Educativo Interamericano. Prutton. 813822.G. 1. 1. ¿Se cumplieron los objetivos de la práctica ? ¿Qué sugiere para obtener resultados más precisos ? ¿ Qué utilidad tiene en su especialidad el manejo de los conceptos aprendidos en esta práctica ? IX. Shaw.. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. en cuanto al exceso superficial serefiere. México.1971.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. F. se observa al incrementarse el tamaño de la cadena hidrocarbonada del alcohol? ¿Cómo varía la superficie del alcohol en función del tamaño de la cadena hidrocarbonada? ¿Hay diferencias significativas? VIII. 49 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.S.Estimar el valor de la superficie de una molécula de alcohol.D. Fundamentos de Fisicoquímica. Introducción a la química de superficies y coloides.Calcular el error relativo. CONCLUSIONES. Limusa. BIBLIOGRAFIA. Alhambra. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 4. J. 60-83 2..MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Pentanol Tubo Pentanol No. ANALISIS DE RESULTADOS. (mol/L) Altura (cm) γ (din/cm) mp (g) ms (g) ρ (g/cm3) VI. Castellan. VII. 1990 .. México.2M (mL) 1 3 2 3 4 5 6 9 12 15 Agua (mL) 12 9 6 3 0 Concentr. H. 0. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . para cada caso.. FUNDAMENTOS. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 50 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. del inglés oil/water). Con el aporte suficiente de energía mecánica. siendo ambos líquidos inmiscibles. Las emulsiones son un sistema binario disperso en el cual tanto la fase dispersa como el medio de dispersión que no son miscibles entre sí en condiciones normales. puede repartirse normalmente una sustancia en el agua a tal grado que se forme una emulsión. II. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.Identificar los tipos de emulsiones preparadas.Preparar emulsiones de agua en aceite y de aceite en agua. Cuando el agua forma predominantemente la fase externa y el aceite la interna... A veces esta última es tan inestable que se hace imprescindible el uso de una sustancia adecuada para conseguir una mejora de la estabilidad de la emulsión. El líquido disperso se designa generalmente como fase interna y la fase continúa se denomina externa. líquido y gaseoso. Una emulsión de aceite en agua puede diluirse con agua en cualquier proporción. I. Puede presentarse transitoriamente el caso extremo de que un líquido penetre en otro de manera íntima. la emulsión se denomina "aceite en agua" (o/w. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. En la clasificación de Ostwald de los sistemas de dos fases.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 7 PREPARACION E IDENTIFICACION DE EMULSIONES. en el cual uno de los dos líquidos forma la fase continúa. OBJETIVOS. la emulsión se denomina "agua en aceite" (w/o). En caso de ser el aceite la fase externa y el agua la interna. las emulsiones ocupan un lugar especial entre las nueve posibilidades que pueden darse al mezclar íntimamente dos sustancias en los diferentes estados de agregación: sólido. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 1. El agua es el componente más común y el otro líquido es usualmente un aceite ó algún otro líquido lipofílico. 2. Por otra parte las emulsiones agua en aceite se comportan como sustancias insolubles en agua por lo que no pueden disolverse fácilmente en ella. sin ninguna dificultad. El agua al ser el diluyente más barato se emplea en emulsiones industriales en donde una de las dos fases es siempre el agua. El término emulsión que utilizaremos en esta práctica se refiere a la dispersión de un líquido en otro. Tipos de emulsiones. para poder disolver estas sustancias se requieren disolventes orgánicos que su aplicación es más costosa y que su manejo representa además ciertos peligros. se hallan en el estado líquido ó semilíquido. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. pues se trata simplemente de aumentar la fase externa. Las emulsiones de sustancias insolubles en agua se emplean muchas veces en lugar de sus disoluciones verdaderas. sin embargo al cabo de un tiempo el sistema tiende a un estado de equilibrio. ¿Qué se puede concluir con respecto al tipo de emulsión? 2. Se coloca una muestra de la emulsión por identificar y se observa al cabo de 10 min. Método de la conductividad. Un papel filtro previamente tratado con una disolución de CoCl2. 5. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Método del cloruro de cobalto. Por lo tanto. En otro vaso de precipitados de 100 ml. Si la emulsión es agua/aceite se formará rápidamente una 51 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 3. Solamente uno de los dos colorantes pigmenta de manera uniforme a la muestra de emulsión. colocar 40 ml de agua. En un vaso de precipitados de 100 ml. Método de la dilución de la gota. Se coloca una muestra pequeña de la emulsión a ensayar. Una emulsión con el agua en la fase externa. 3. puede conducir fácilmente la corriente eléctrica. agregar una gota de la emulsión. los más interesantes son aquellos que permiten un juicio rápido y al mismo tiempo fáciles de realizar. agitar para mezclar. colocar 40 ml de aceite comestible. Método de la dilución de la gota. Método del cloruro de cobalto. 1. 4. Método del papel filtro. 4. Método de la conductividad. en cambio cuando la fase externa es el aceite. 5. en la práctica. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Se conocen los siguientes ensayos: 1. la primera emulsión es del tipo o/w ó aceite en agua. se formará un anillo de color púrpura alrededor de la muestra. se corta en tramos de 5 x 5 cm. Si la emulsión es del tipo aceite/agua. agitar para observar y concluir. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. DRA. En dos vidrios de reloj se coloca una pequeña cantidad de la emulsión a identificar. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . no puede conducirla.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Identificación del tipo de emulsión. observar y concluir. Método del indicador. agregar una gota de la emulsión a ensayar. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Método del indicador 2. mediante un agitador de vidrio colocar una gota de colorante soluble en agua a una muestra y colorante soluble en aceite en la otra. Se cortan tramos de papel filtro de 5 x 5 cm. Existen varios métodos para reconocer el tipo de emulsión. Método del papel filtro. 4. DRA. Pruebas de estabilidad aplicadas a una emulsión. Investigar brevemente lo siguiente: 1. indicador y papel filtro. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 2. a) Materiales y Reactivos. III. b. En qué consiste el sistema HLB y qué aplicación práctica tiene. En caso de ser aceite/agua. b) Desarrollo experimental. 5. 3. el anillo ó mancha se formará lentamente y será más pequeña. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Elaborar un cuadro de datos con las observaciones de cada método y para cada emulsión comercial y las preparadas: 52 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.1 Identificación de emulsiones. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Identificar las emulsiones comerciales disponibles por los métodos de: dilución de la gota. Pigmentar una misma emulsión con ambos colorantes con el fin de notar la diferencia.. Observar la prueba del indicador al microscopio. Los factores que afectan la estabilidad de una emulsión. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IV. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Investigar métodos para emulsificar.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA mancha grande alrededor de la muestra. DESARROLLO EXPERIMENTAL. 4 vidrios de reloj 4 pipetas pasteur 2 vasos de precipitados de 600 ml 4 vasos de precipitados de 200 ml 2 vasos de precipitados de 100 ml 1 espátula 1 parrilla eléctrica 1 balanza analítica 1 balanza granataria papel filtro microscopio 2 porta objetos 2 cubreobjetos Muestras de emulsiones comerciales cera de abejas parafina trietanolamina ácido esteárico propilénglicol aceite mineral colorante hidrosoluble colorante liposoluble agua destilada.Elaborar un diagrama de bloques que indique el procedimiento a seguir durante el desarrollo de la práctica. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 1.2.2.3. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. agitando vigorosamente con una varilla de vidrio.5. identificado con la letra A. Adicionar el perfume y color. Identificar los componentes solubles en agua y pesarlos por diferencia en un vaso de precipitados de 200 ml.6. Hacer la adición rápida y en el vértice del remolino. En un vaso de precipitados de 600 ml.2.4.2. Suspender la agitación y envasar en recipientes adecuados. 53 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.2 Preparación de emulsiones.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Emulsión comercial Método dilución gota de de la Método la indicador del Observación microscopio al Método papel filtro del b. Marcar el recipiente con la letra B y calentarlo a ebullición. b. Calcular las cantidades necesarias para preparar 200 g de emulsión.2. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Calentar el vaso A y agitar su contenido hasta la total homogeneización (85-90 ºC). DRA. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.2. b. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.2. Prepara las emulsiones I-IV de acuerdo con el procedimiento general siguiente: b. b. pesar el agua indicada en la formulación y añadir los componentes hidrosolubles. Adicionar A en B. Se sugiere que de ser posible el estudiante traiga de su casa un aparato eléctrico muy utilizado en la cocina que sirve para procesar alimentos. b. Continuar la agitación mientras se enfría en un baño de agua fría hasta los 35-40 ºC. b. 0 0.7.0 c.0 1.0 0.5 0.n.D.n.n. Método utilizado Fórmula I observaciones Fórmula II observaciones Fórmula III observaciones Fórmula IV observaciones V.n. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.b. 54 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.0 c.0 0.0 0. Verificar el tipo de emulsión formada por el método de su elección.5 0.8 5. 1.0 0.0 0.n.0 1. c. c.0 0. Discutir el procedimiento de preparación de las emulsiones. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. (A) emulgín B1 (A) emulgín B2 (A) Agua (B) glicerina (B) trietanolamina (B) metil paraben (B) perfume (C) 0.0 0.0 0.n. c. c.n.5 0. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.6 8.2.0 alcohol cetílico (A) aceite mineral (A) lanolina A cera de abejas (A) cutina M.p 1.0 0.5 c.0 c.0 c.0 0.0 0.2 0.2 0.0 0.0 0. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. ácido esteárico (A) 5.5 c.n.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA b. Fórmula IV 5.b.4 0.0 0.0 c. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSION Analizar las pruebas de identificación para las emulsiones comerciales y las preparadas en el laboratorio.p.0 1. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .8 5.0 5.b.0 0.b. 5.p. Fórmula III 3.2 0.0 2.p. DRA. 3. componente Fórmula I Fórmula II 4.2 c. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. BIBLIOGRAFIA.G. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Explicar la relación de los experimentos con el área de la Ingeniería Farmacéutica. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Addison-Wesley Iberoamericana. 2. 55 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. DRA. 1990. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Castellan. EUA. VI. CONCLUSIONES Obtenga las conclusiones pertinentes de acuerdo a los experimentos realizados. Química Henkel. Fisicoquímica.Catálogo de Información Técnica. 1. Ed. W... Consulte la bibliografía necesaria. 1987. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. emulsificación..Identificación de los tipos de tensoactivos. con afinidad y solubilidad en las grasas u otros líquidos insolubles en agua o simplemente con repelencia al agua. las sustancias que tienen la cualidad de modificar la tensión superficial de los líquidos en los cuales se disuelven. y una parte lipofílica o hidrofóbica.Determinar la capacidad espumante en agua blanda. que es la parte hidrofóbica de la molécula es negativa. Se llaman tensoactivos o productos tensoactivos de superficie. 56 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 8 LOS TENSOACTIVOS Y SU COMPORTAMIENTO EN LA INTERFASE SOLIDO-LIQUIDO. ya que es precisamente el agua el disolvente más abundante y los procesos húmedos los más frecuentes. emulsificación. dependiendo de que se disocien o no en solución acuosa pueden ser: iónicos (disociables en agua) y no iónicos (no disociables en agua). ceras. II. 3. partículas sólidas suspendibles. FUNDAMENTOS.. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 1. Los tensoactivos iónicos están constituidos por una parte orgánica de alto peso equivalente y una inorgánica u orgánica de bajo peso equivalente. suspensión y detergencía. La parte hidrofílica se orienta hacia la fase acuosa y la lipofílica o hidrofóbica hacia la fase no soluble en ella. La modificación que los productos tensoactivos efectúan en la tensión superficial e interfacial es la causa que produce los fenómenos de humectancía. Carácter químico.. superficies sólidas. Las moléculas de los tensoactivos. I. que al disociarse se separan produciendo radicales con carga eléctrica. Ambas partes de la molécula ejercen fuerzas sobre la interfase y la resultante de las mismas establece el fenómeno final que puede ser: humectación. En forma general se puede decir que los compuestos tensoactivos tienen en su molécula una sección hidrofílica con afinidad y solubilidad en el agua. El caso más frecuente es el de la modificación de la tensión superficial del agua y la interfacial entre el agua y las grasas..Determinar la capacidad cortagrasa. DRA. Estos componentes de la molécula establecen una orientación específica de la misma en la interfase del agua y cualquier otro material. la tensión interfacial entre el disolvente del tensoactivo y las materias insolubles en él. media y dura. suspensión y detergencía. Cuando la carga del radical orgánico de alto peso equivalente. 2. OBJETIVOS. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. y como consecuencia. etc. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. el compuesto se denomina "tensoactivo aniónico" y cuando es positiva se le llama "tensoactivo catiónico". ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . las amidas grasas y los derivados del óxido de etileno son las de mayor consumo a nivel mundial. Químicamente son casi inertes en sus soluciones y son más biodegradables que los Alquil Aril Sulfonatos. alcohol graso o ácido graso. Por otro lado su elevado costo comparado con los aniónicos limita las posibilidades de un uso más extenso. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. Tensoactivos no iónicos. R-O-SO3X R-C6H4-SO3X Alquil Sulfatos Alquil Aril Sulfonatos Tensoactivos catiónicos.A este tipo pertenecen los primeros desarrollados industrialmente por el hombre: los jabones.. Los ésteres de ácidos grasos. Su campo de aplicación para el caso de los ésteres de ácidos grasos se encuentra en la industria farmacéutica. Es importante puntualizar que los derivados etoxilados son en la actualidad los más importantes tensoactivos no iónicos y están altamente industrializados en los países que disponen de recursos petroquímicos. 3. CH2-CH2-OH donde R es un radical Alquil Fenol.Repelencia al agua. lo cual hace que disminuya sensiblemente su efectividad cuando se usan con aguas de alta dureza y que desafortunadamente son las más abundantes en el mundo. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. especialmente por su pobre resistencia a las aguas duras.. Son sumamente económicos y no son afectados en absoluto por la dureza del agua ni la presencia de productos aniónicos o catiónicos.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tensoactivos aniónicos.. industriales y cosméticos. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. En la industria de suavizantes de telas y la cosmética tienen gran aplicación.. Los tensoactivos aniónicos han tenido un desarrollo espectacular en la industria de los detergentes domésticos.Detergencia y su mecanismo.. textil.. de cosméticos y alimenticia. 2.. III. Un ejemplo típico representativo de este grupo son las sales cuaternarias de amonio: (R)4NX.Los tensoactivos catiónicos combinan frecuentemente cualidades bactericidas que los hacen especialmente útiles para algunas aplicaciones especializadas. los no iónicos han sido producto del desarrollo de la síntesis orgánica con una amplísima variedad.. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. DRA. Posteriormente el avance de la tecnología llevó a la investigación y a la elaboración de otros tensoactivos aniónicos que no adolecen de los defectos de los jabones. como emulsificantes y acondicionadores. Investigar brevemente: 1. Las amidas grasas se emplean en la industria textil y de los cosméticos principalmente y los derivados de óxido de etileno se usan para shampoos. IBQ PEDRO MIRANDA REYES..Al igual que los catiónicos. 57 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. baños de burbujas y productos de limpieza en general.Agentes humectantes. R-O-CH2-O-CH2-CH2-O. 3 probetas con tapón esmerilado de 500 ml. (Alcohol C12-14 Láurico con 3 moles de óxido de etileno) Aniónico..Elaborar un diagrama de flujo en el que se indiquen los pasos a seguir en el desarrollo de la práctica. b.3. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Capacidad espumante b.Aditivos de detergentes. b. Emulgín W-100. 58 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. solución de detergente no iónico al 0. IV. 1 pipeta 5 ml/1 ml volumétrica. así como el tipo de espuma (abierta. Nota: se recomienda traer una bomba para pecera por cada equipo para incorporar aire. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. b.6. 6. b.7. 5.. Jabón de lavandería. DRA.. 4 vasos de precipitados de 100 ml. anotar el volumen de espuma generado. En cuatro probetas de 500 ml agregar en cada una 50 ml de agua destilada y hacer adiciones de las soluciones anteriores de 0.1. Suspender las soluciones de tensoactivo. dando 5 ciclos de agitación después de cada adición. b. (Cloruro de Cetil Trimetil Amonio) Catiónico. con diferente tipo de mugre. agua media.1.5% en peso de los siguientes tensoactivos. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.Eliminación de la suciedad.1.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 4.. solución de detergente aniónico al 0.5% b) Secuencia experimental. empleando agua destilada para su dilución.¿En base a qué parámetros se le clasifica al agua en dura. b.2. (Estearato de Sodio) Aniónico..1. 3 pipetas de 1 ml/0. DESARROLLO EXPERIMENTAL.1.Redeposición de la suciedad. 7.5% solución de detergente catiónico al 0.Mojado.1. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.5 ml. Deyquart A. Lauril Eter Sulfato de Sodio. agua destilada.1. a) Material y reactivos.5% tramos de loseta vinílica de 3 por 8 cm. cuando el volumen generado haya alcanzado 500 ml.5 ml volumétricas. aceite vegetal. media y blanda? 9. agua dura. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Preparar soluciones al 0.. 8.4. cerrada o cremosa). (Alcohol Cetoesteárico con 10 moles de óxido de etileno) No iónico.5. 9.Explicar de acuerdo a sus resultados.1.. CONCLUSIONES. volumen generado de espuma para cada tipo de agua incluyendo en cada una los cuatro tensoactivos. haciendo uso de los datos obtenidos en la práctica. Observar y anotar el tiempo para remoción de grasa. ANALISIS DE RESULTADOS. Con el volumen máximo generado de espuma agregar una gota de aceite vegetal por medio de una pipeta pasteur y dar cinco ciclos de agitación.En base a sus resultados.Discutir sobre el efecto que tiene la presencia de aceite en el abatimiento de espuma en las disoluciones acuosas de agentes tensoactivos.2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. c) Describir lo más detallado posible lo que ocurrió en cada tensoactivo al remover la grasa de la loseta vinílica. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . volumen abatido de espuma para cada tipo de agua incluyendo en cada gráfica los cuatro tensoactivos. anotar el nuevo volumen de espuma. qué clase de tensoactivo resulta más eficiente en cuanto a su poder detergente. 3. si existe relación entre las características iónicas de los detergentes con su capacidad de formación de espuma y la resistencia de esta ante agentes antiespumantes.8. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.. ¿qué propiedades determinan la selección adecuada de un detergente para un uso específico? 5. ¿cuál considera mejor y por qué? 6. Agregar un gramo de grasa mineral y distribuirla uniformemente en toda la superficie (cuatro tramos). ¿Se cubrieron los objetivos de la práctica? 59 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1.. VII. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. a) Elabore gráficas de los mililítros de solución vs. b.De acuerdo al tipo de agua. Agregar 10 ml de solución de tensoactivo al 0. Cortar tramos de pisos de vinil de 3 por 8 cm. 2. b.1.. VI. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. Suspender la adición de gotas de aceite hasta el abatimiento de la espuma.. Sírvase de sus gráficas para concluir. b. V. b.De los detergentes utilizados en la práctica. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.2. Capacidad de remoción de grasa mineral. en la actividad espumante de los tensoactivos. de agua previamente identificados..1 En cuatro vasos de precipitados de 100 ml colocar 80 ml.5% y al mismo tiempo introducir los tramos de vinil enmugrecidos con aceite mineral.2.Discutir cómo influye el tipo de agua utilizada. b) Elabore gráficas del número de gotas de aceite vs.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA b.. 4.2. York. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Mildwisky. exactitud y precisión de los resultados experimentales? En base a lo experimentado en la práctica. Chang. VIII. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. Ed C.R. Ed. Ed. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.R. 1988.. DRA.A.. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 60 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Fisicoquímica con Aplicaciones a Sistemas Biológicos. 3. México. 1. N. indicar la relación con la industria Farmacéutica.E.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA ¿Qué propondría para mejorar la confiabilidad. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Academic Press..S. BIBLIOGRAFIA. Synthetic Detergents. 1989.Detergentes y emulsificantes. 1987.C. 2. Química Retzloff Internacional. México. Catálogo. 2 3 4 1 Agua media Tensoactivo. 2 3 4 61 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 2 3 4 1 Agua dura. Tensoactivo.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tabla 1. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .Volumen de espuma generada (ml) ml de solución Agente: 1 Agua destilada Tensoactivo. DRA. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Agua destilada Tensoactivo.Volumen de espuma abatida (ml) Gotas de aceite. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 1 2 3 4 Agua media Tensoactivo. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 2 3 4 Agua dura.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tabla 2. 2 3 4 1 1 62 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.. Tensoactivo. DRA. La cinética química estudia las velocidades y mecanismos por los cuales se realizan las reacciones. mediante la determinación del orden de reacción respecto al reactivo limitante. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. estos tiempos a su vez nos sirven para calcular los órdenes de reacción de acuerdo a los reactivos y el orden de reacción global. el equilibrio bisulfito/sulfito se desplaza a la derecha. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Las reacciones reloj.Evaluar la influencia de la concentración de un reactivo y temperatura en la velocidad de una reacción química. II. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 9 RELOJES QUIMICOS. que actúa como quelante del indicador. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . que aparece por la variación de pH de la mezcla reaccionante e indicando que la reacción termino. este es el caso al que se enfoca la actividad. a mayor tiempo que tarde en reaccionar. menor es su velocidad. da como resultado un producto intermedio ácido forma el sulfonato de hidróximetano.Conocer las reacciones reloj. es decir. Los objetivos centrales de esta actividad es evaluar la influencia de la concentración de un reactivo en la velocidad de una reacción química determinada. Al disminuir la concentración de sulfito de sodio (especia atacante del formaldehído). 3. El medio ácido para el desarrollo de la reacción anterior y el sulfito que reacciona con el formaldehído son proporcionados por la descomposición del bisulfito de sodio. Mediante la reacción entre sulfito de sodio y formaldehído se determinan experimentalmente los tiempos que tarda en desarrollarse la reacción alimentando diferentes volúmenes de reactivos (concentraciones). La terminación de la reacción entre el sulfito de sodio y el formaldehído en un tiempo “x” da una coloración rosa. El tiempo empleado en una reacción depende de las concentraciones de los reactivos. Esta es el simulacro de una alarma visual a la que se denomina “reacción reloj”. El tiempo de desarrollo de una reacción química esta inversamente relacionado con su velocidad. La reacción entre el sulfito de sodio y el formaldehído. produciendo sulfito y 63 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. 1. mediante la determinación aproximada de la energía de activación. mediante la obtención del orden de reacción respecto del reactivo. FUNDAMENTOS. I. OBJETIVOS. DRA. debido a la presencia de un indicador denominado fenolftaleina. temperatura y catalizadores. 2. son reacciones químicas que se producen de forma casi instantánea y permiten detectar visualmente el tiempo necesario para consumir una cantidad de uno de los reactivos de la reacción principal.Definir cinética química. demostrar experimentalmente la influencia de las variaciones de la concentración de los reactivos y la temperatura sobre la velocidad en una reacción química.... Evaluar la influencia de la temperatura en la velocidad de esa reacción. inmediatamente después de la coloración desaparece por la presencia de EDTA. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. éstos últimos neutralizan al intermediario ( ecuación 3).. Esto determina la velocidad de reacción. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. el intermediario se neutraliza con los protones del agua ( ecuación 5 ) y como consecuencia. III.Explicar cinética química 2. Cuando la concentración del medio ácido disminuye. Para conocer como influyen las concentraciones en el tiempo que tarda la reacción. el pH de la disolución se eleva. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Investigar brevemente: 1.Aplicación de una reacción reloj en Ingeniería Farmacéutica ó Biotecnología 6. PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN. Calcular las concentraciones molares del NaHSO3 y del CH2O.. dar ejemplo de 2 indicadores y los vires en pH básico y pH ácido 5. el pH de ácido a alcalino. 64 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. la cual en un rango de pH se verifica un vire de incoloro (pH<8. El medio ácido es proporcionado por el equilibrio bisulfito de sodio – sulfito de sodio anhidro.Definir energía de activación 3. es importante resaltar el papel de los indicadores.. En base a la siguiente secuencia de calculos. provocando el cambio de color de la fenelftaleína. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . ¿ Qué indica el orden de reacción ? 7.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA medio ácido. se pueden realizar varias mediciones manteniendo constante la concentración de uno de los reactivos y variando la otra.+ H2O Al disminuir la concentración de sulfito de sodio anhidro. y esto a la vez esta relacionado con la terminación de la reacción. que es la especie que ataca al formaldehído.Definir indicador. ya que para esta actividad se utiliza a la fenolftaleína..Definir agente quelante 4. Cuando la concentración de iones hidronio disminuye. HCHO + SO32-OCH2SO3HOCH2SO3 H+ + SO32HOCH2SO3 + OH( ecuación 2 ) ( ecuación 3 ) ( ecuación 4 ) ( ecuación 5 ) -OCH2SO3. En esta práctica se plantea la reacción reloj de formaldehído en medio acuoso para que presente un equilibrio con el metilenglicol. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Para este caso.. el intermedio es neutralizado con protones del agua y. el equilibrio bisulfito de sodio – sulfito de sodio anhidro ( ecuación 4 ) se desplaza hacia la derecha produciendo sulfito e iones hidronio. Esta deshidratación es el paso que controla la velocidad de la reacción.+ H+ HSO3 -OCH2SO3.2) o viceversa. CH2(OH)2 HCH + H2O ( ecuación 1 ) El formaldehído reacciona con el bisulfito produciendo un intermediario que en medio ácido forma el sulfonato de hidroximetano.2) a color rosa (pH>8. El formaldehído en medio acuoso presenta un equilibrio con el metilenglicol. este último neutraliza al intermediario. como consecuencia. DRA. b) Secuencia experimental.4 g de la sal tetrasódica del ácido etilendiaminotetracético (EDTA) y completar a 1000 mL con agua destilada. Las siguientes soluciones deberán ser recién preparadas: solución 1 de bisulfito: disolver en 750 mL de agua destilada 36 g de bisulfito de sodio (NaHSO3) y 3. 65 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. La reacción finaliza con la aparición del color rosado característico de la fenolftaleína. 16 tubos de ensaye 2 buretas graduadas (25 mL) 1 cronómetro 1 soporte universal 1 pinza para bureta indicador: dilución al 1% en peso de fenolftaleína en una mezcla al 50% de etanolagua destilada. DRA. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. después el agua y finalmente la solución de formaldehído (solución 2). Hacer cada corrida por duplicado. Añadir 7. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Añadir primero la disolución de bisulfito (solución 1) y 5 gotas del indicador de fenolftaleína.2 g de sulfito de sodio anhidro (Na2SO3) para dar un cociente molar de [bisulfito]/[sulfito] = 14. Preparar de uno en uno cada tubo que se muestra en las tablas 1 y 2. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. DESARROLLO EXPERIMENTAL. Agitar homogenizando completamente entre cada adición. solución 2 de formaldehído: medir 180 mL de una disolución al 30% de formaldehído acuoso y completar a 1000 mL con agua destilada. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Con la ecuación M1 V1 = M2 V2 M1 V1 M2 V2 donde: = molaridad del NaHSO3 ó del CH2O = volumen del NaHSO3 ó del CH2O = desconocida = (V NaHSO3 + V H2O + V CH2O) Se obtienen las Molaridades de las soluciones 1 y 2 para ambas tablas. IV. a) Materiales. reactivos y soluciones. Ya que se agrego lo indicado en la tabla 1 y 2 iniciar el conteo del tiempo. Su suma da el orden global de reacción. Volúmenes de reactivos. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.00 3.00 7.25 1. 1 y 2.5 2.25 1.50 0.5 2.75 6.75 1.25 1.25 agua volume n (mL) 8.5 solución 2 volume n (mL) 1.25 8.50 5.25 2. constante. En la mayoría de las ecuaciones de velocidad.00 solución 2 volume n (mL) 0.50 0.25 Tiempo (seg) M (mol/ L) M (mol/L) V. DRA.50 6.5 2.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tabla 1. No. 1 t (ecuación 7) 66 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Si el CH2O es A y el NaHSO3 es B se tiene: A+B Producto (ecuación 6) MÉTODO DE LAS VELOCIDADES INICIALES DE UNA REACCIÓN.75 2.00 2.25 1.00 5. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.00 6.50 M (mol/L) tiempo (seg) Tabla 2. a b v = kC A C B = α Donde: K = constante de velocidad a y b = orden de reacción.50 2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. La ecuación que relaciona la velocidad de una reacción con la concentración se conoce como ecuación de velocidad y debe ser determinada experimentalmente.00 6. los órdenes de reacción son 0. Volúmenes de reactivos.25 5.5 2. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .75 5. manteniendo la concentración de formaldehído constante.00 1.75 1. tub o 1 2 3 4 5 6 solución 1 volume n (mL) 2.5 2. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.5 manteniendo la concentración de bisulfito M (mol/ L) agua volume n (mL) 7. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. tub o 7 8 9 10 11 12 13 solución 1 volume n (mL) 0. No.25 1.50 3.50 6.25 1. MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA t= tiempo en que finaliza la reacción. 1. Ln K + a Ln CA + b LnCB = Ln (1/t) ⎛ ⎛1⎞ ⎞ ⎜ Ln ⎜ ⎟ − aLnC A − bLnC B ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎝t⎠ ⎠ (ecuación 9) (ecuación 10) k =e Finalmente se plantea la ecuación de velocidad con los valores calculados: V = K CAa CBb. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Para nuestros experimentos CA es la concentración de bisulfito de sodio y CB es la concentración del formaldehído. Tomando en cuenta las dos últimas igualdades de la ecuación 7 y aplicando logaritmos naturales. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . α = constante de proporcionalidad. debido a que se considera la concentración del bisulfito constante. Al considerar la concentración de formaldehído constante (tabla 2)..¿ Qué influencia tiene de la concentración del formaldehído en la reacción ? 2. Para determinar el valor de la constate de velocidad de reacción se toman los valores de los ordenes de reacción de cada reactivo obtenidos y las concentraciones constantes de los reactivos y un valor de tiempo que sea representativo de los dos experimentos (se toma el promedio de los dos valores más cercanos). para determinar el otro orden de reacción. CA y CB = concentración del reactivo A y B respectivamente. z’ = Ln k + b Ln CB . VI. De la ecuación 9. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.¿ Qué influencia tiene de la concentración del bisulfito de sodio en la reacción ? 67 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. que la concentración de NaHSO3 es constante de acuerdo a la tabla 1 y se varía la concentración del formaldehído. Se tiene: Ln K + a Ln CA + b LnCB = Ln α + Ln (1/t) (ecuación 8) Considerando α =1. DRA.. la pendiente de las rectas generadas es el orden de la reacción (m = b) con respecto a cada uno de los reactivos y se hace lo mismo ahora con el otro reactivo. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. z = Ln k + a Ln CA. quedando la expresión: Ln (1/t) = b Ln CB + z El logaritmo del inverso del tiempo de reacción se gráfica contra el logaritmo de la concentración de cada uno de los reactivos. Limusa.¿Qué limitantes tiene el método de velocidades iniciales ? 8..Analizar y explicar las unidades de K según los ordenes de reacción de 0. D..Ander.. 2005..¿Qué otros métodos existen para determinar orden y constante de velocidad de una reacción química ? 10. Educación química. 1. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Ed. 2. F. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.. 1976. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. F.. J.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 3. 829 2.¿Qué factores se tendrían que controlar para cubrir adecuadamente los objetivos ? 7. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ..J... 53. 1992. Cortés. CONCLUSIONES.. pág. Paul.195 68 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Ed. DRA.Analizar las ventajas y limitantes del método de velocidades iniciales para determinar el orden y constante de velocidad de una reacción química. Sonnessa Anthony.. Laidler Keith.. Principios de química. pág.Analizar y explicar el orden global de la reacción 5.F... D. VII. México.Explicar ejemplos de este tipo de reacciones en la industria farmacéutica. pág.¿Cuáles son las desventajas de los métodos que enlistaste anteriormente (9)? 11..Evaluar los objetivos de acuerdo al análisis de resultados. VIII.¿Por qué se tiene que utilizar un indicar y que indicador se utilizó ? 9. Continental. BIBLIOGRAFÍA. 987 3.. Mesier John. H. 1 y 2 6. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 1. México. Fisicoquímica.¿ Qué influencia tiene la temperatura en la reacción ? 4. Determinar el efecto de la fuerza iónica en la decoloración de la fenolftaleína. II. abreviada como FOH3-. La conversión de H2F a F2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. A pesar de que la fenolftaleína es uno de los indicadores más utilizados. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Sin embargo el por qué sucede esta decoloración es interesante y en esta práctica se abordará el problema desde el punto de vista cinético. Si se encuentra un exceso de base en el matraz al final de la titulación. FUNDAMENTOS.. La fenolftaleína se usa como ingrediente activo en algunos laxantes pero más familiarmente como un indicador ácido-base para detectar el punto de equivalencia en las titulaciones. Todos los cambios de color son reversibles. I. el estudiante notará que el color rosa de la fenolftaleína desaparece después de un rato. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Esta decoloración no es consecuencia de la titulación y sin pensarlo más. 4.Determinar la constante cinética de segundo orden k de la decoloración de la fenolftaleína.. EFECTO DE LA FUERZA IONICA.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 10 CINETICA DE LA DECOLORACION DE LA FENOLFTALEINA EN MEDIO ALCALINO. su química no es simplemente la de un par conjugado ácido-base. OBJETIVOS.. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. La fenolftaleína es incolora a pH ≤ 8. A pHs mayores. Las formas en que se encuentra la fenolftaleína en disolución (alcohólica-acuosa) se presentan en el esquema 1. abreviada como F2-.Determinar el efecto de la concentración de hidróxido en la cinética de decoloración de la fenolftaleína. el color rosa desaparece lentamente debido a la existencia de la estructura 3.a FOH3a pHs mayores de 11 es suficientemente lenta para que su velocidad pueda ser medida espectrofotométricamente. DRA.es extremadamente rápida y esencialmente completa al momento de alcanzarse un pH = 11. la disolución se desecha. los protones fenólicos son neutralizados con aproximadamente la misma facilidad y el anillo de la lactona se abre produciendo el familiar color rosado correspondiente a la estructura 2. 69 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. HIn-In-. 3. 1. A medida que el pH se incrementa de 8 a 10. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. mientras que la conversión de F2. 2. La forma incolora tiene la estructura 1 y la abreviamos como H2F.Determinar la constante cinética de pseudoprimer orden k1 de la decoloración de la fenolftaleína en disolución alcalina. Completar la tabla 1. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. calculando la cantidad de disolución de NaOH 0. m k1 = kCOH − ecuación 4 y se dice que la reacción es de pseudoenésimo orden con respecto a la fenolftaleína (ó en especies F2-). considerando n = 2. La decoloración de la fenolftaleína en medio básico. durante cada corrida.. de tal manera que la concentración de OH.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA HO OH O O O O O O O O O - O O O OH O O 1 2 2 3 Esquema 1. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 2..+ OH. 3. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. la concentración de OH.⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ FOH3la ley de velocidad puede expresarse como: m n v = kCOH − C F 2 − ecuación 1 ecuación 2 El procedimiento experimental implica la utilización de disoluciones fuertemente básicas que contienen solo trazas de fenolftaleína. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. DRA.3 M y de agua necesarios para preparar 10 ml de las disoluciones de 70 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.Investigar a que se le denomina reacción de pseudoenésimo orden y en que casos es conveniente determinarla. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .excede la de la fenolftaleína por un factor de por lo menos 104 veces. se puede representar con la siguiente ecuación: F2.permanece prácticamente constante y la ley de velocidad se simplifica a : n v = k1C F 2 − ecuación 3 en esta nueva ley de velocidad. III. de disolución de NaCl 0.. Formas estructurales y equilibrios de la fenolftaleína en disoluciones etanólicas-acuosas. considerando n = 1.Desarrollar la forma integrada de la ecuación 3. 4.Desarrollar la forma integrada de la ecuación 3.3 M..Definir que se considera como fuerza iónica y cómo se calcula. 5. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Por lo tanto. 1.. MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA NaOH que se indican en la tabla.1. primero para una corrida y luego para la otra.Elaborar un diagrama de flujo que esquematice el procedimiento a seguir durante la práctica.. zi = carga del ión y Ci = concentración del ión).6 Colocar la disolución del tubo 5 en una cubeta para el espectrofotómetro. manteniendo una concentración de NaOH 0. manteniendo una fuerza iónica constante de 0. Tomar lecturas de absorbancia cada minuto hasta la desaparición del color rosa. Tomar las lecturas de absorbancia a 550 nm cada 30 seg hasta la desaparición del color rosa.Completar la tabla 2. Homogeneizar y comenzar a contar el tiempo.3 M b) Secuencia experimental. Contar el tiempo a partir de la adición de la fenolftaleína.1. calculando la cantidad de disolución de NaOH 0.1 Preparar 10 ml de las disoluciones de NaOH que se indican en la tabla 1. b. b.3M y de agua necesarios para preparar 10 ml de las disoluciones con las fuerzas iónicas que se indican en la tabla. b.3M (I = ½Σ[zi2Ci]. Homogeneizar y comenzar a contar el tiempo.1. b.3 M 20 mL de una disolución de NaCl 0.1.2 Ajustar el espectrofotómetro a cero de absorbancia a 550 nm con el blanco.3M. IV. de disolución de NaCl 0.1. Tomar las lecturas de absorbancia a 550 nm cada 30 seg hasta la desaparición del color rosa. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.1 Determinación de la constante cinética de pseudoenésimo orden para la decoloración de la fenolftaleína en medio básico. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. b.3 Añadir una gota de fenolftaleína a los tubos 1 y 2. a) Material y reactivos. Tomar lecturas de absorbancia cada 2 minutos durante 20 min. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. b. donde I = fuerza iónica media. añadir una gota de disolución de fenolftaleína e invertir varias veces la cubeta para homogeneizar.2% en etanol/agua 20 mL de una disolución de NaOH 0.02M constante. 7. Contar el tiempo a partir de la adición de la fenolftaleína. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .1.4 Añadir una gota de fenolftaleína al tubo 3. 1 gradilla 24 tubos de ensaye de 20 ml 2 cubetas para el espectrofotómetro 3 pipetas graduadas de 5 ml 2 pipetas graduadas de 10 ml 1 espectrofotómetro VIS 1 mL de disolución de fenolftaleína al 0. añadir una gota de disolución de fenolftaleína e invertir varias veces la cubeta para homogeneizar.1. b. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.5 Colocar la disolución del tubo 4 en una cubeta para el espectrofotómetro. 71 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. b.7 Repetir el procedimiento para una segunda corrida.. DESARROLLO EXPERIMENTAL. 6. DRA.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tabla 1.5 Colocar la disolución del tubo 9 en una cubeta para el espectrofotómetro.4 Añadir una gota de fenolftaleína al tubo 8. Nº de tubo [OH-]/M 0 blanco 1 2 3 4 5 0. Tomar las lecturas de absorbancia a 550 nm cada 30 seg hasta la desaparición del color rosa.2. b.2.3M/mL V de NaCl 0. b. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Efecto de la fuerza iónica en la velocidad de decoloración de la fenolftaleína. b. b. Efecto de la concentración de OH.2.1 0.3M/mL V de agua/mL b.025 0. Tomar lecturas de absorbancia cada minuto hasta la desaparición del color rosa. primero para una corrida y luego para la otra. añadir una gota de disolución de fenolftaleína e invertir varias veces la cubeta para homogeneizar.2 0.1 Preparar 10 ml de las disoluciones a la fuerza iónica que se indica en la tabla 2.05 0.2. Tomar lecturas de absorbancia cada 2 minutos durante 20 min. iónica 0. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .2 Ajustar el espectrofotómetro a cero de absorbancia a 550 nm con el blanco.en la velocidad de decoloración de la fenolftaleína. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Nº de tubo 6 7 8 9 10 Fza. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.1 0.025 0.6 Colocar la disolución del tubo 10 en una cubeta para el espectrofotómetro.2 0.2. Tabla 2. Contar el tiempo a partir de la adición de la fenolftaleína. b. añadir una gota de disolución de fenolftaleína e invertir varias veces la cubeta para 72 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.3 V de NaOH 0.2 Determinación del efecto de la fuerza iónica en la velocidad de decoloración de la fenolftaleína.3 Añadir una gota de fenolftaleína a los tubos 6 y 7. Homogeneizar y comenzar a contar el tiempo.3M/mL V de NaCl 0.05 0. Homogeneizar y comenzar a contar el tiempo. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.2.3 V de NaOH 0.3M/mL V de agua/mL b. 1. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.7 Repetir el procedimiento para una segunda corrida. Resultados del experimento b. Tomar las lecturas de absorbancia a 550 nm cada 30 seg hasta la desaparición del color rosa. Contar el tiempo a partir de la adición de la fenolftaleína. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. DATOS EXPERIMENTALES. Tabla 3. Tiempo (s) A550 Tubo 1 Tiempo (s) A550 Tubo 2 Tiempo (s) A550 Tubo 3 Tiempo (s) A550 Tubo 4 Tiempo (s) A550 Tubo 5 73 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.2.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA homogeneizar. b. V. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Aplicar la ecuación 3 dC F 2− dt n = k1C F 2− integrada. DRA. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Tabla 4 Resultados del experimento b. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.. a los demás datos cinéticos de los tubos 1. 2. 2. 1. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. ¿A qué ecuación se ajustan mejor los datos cinéticos? En caso de duda repetir el procedimiento para otros dos tubos cualesquiera. por lo tanto puede utilizarse directamente la absorbancia en lugar de la concentración para calcular la constante de velocidad. De acuerdo con la ley de Beer.Aplicar la ecuación encontrada en el punto 1. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES.2.. 4 y 5. Representa los resultados gráficamente. Representa en una sola gráfica los datos cinéticos para todas las 74 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. n = 1 y n = 2 a los resultados para el tubo 3 de la tabla 3. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Tubo1 Tiempo (s) Tubo 2 Tiempo (s) Tubo 3 Tiempo (s) Tubo 4 Tiempo (s) Tubo 5 Tiempo (s) VI. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la especie colorida en la disolución. para n = 0. Aplica logaritmos a la ecuación 4 y determina los valores de m y k. 1950. para la reacción de decoloración de la fenolftaleína en función de la fuerza iónica. VII. DRA.. 75 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Chem.J. Ed. consiste en utilizar logaritmos...L.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA concentraciones de OH-. la constante cinética de pseudoenésimo orden. Elabora una tabla con los resultados.. Determina para cada concentración de OH-.. 66. 4.¿Cómo afecta la fuerza iónica a la velocidad de decoloración de la fenolftaleína? ¿Cambia el orden de la reacción con la fuerza iónica? 5.(abscisas) y determina el orden de la reacción con respecto al hidróxido. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Enlista las conclusiones que hayas obtenido a partir del análisis de resultados. VIII. IX. McGraw-Hill... 4). Da una explicación del por qué depende la reacción de decoloración de la fenolftaleína de la fuerza iónica..Investigar en que áreas de la Ingeniería farmacéutica se involucran reacciones con reactivos en forma de iones. 725-726.. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Nicholson. R.K. Elabora una tabla con los resultados. Chemical Kinetics. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 6.. N. 3.. J. Una reacción en la que no se vean involucrados iones. grafica el valor de las constantes de pseudoenésimo orden determinadas el punto 2 (ordenadas) contra la concentración de OH. ¿dependerá de la fuerza iónica? ¿Son útiles las reacciones de pseudoenésimo orden? ¿Por qué? Amplía tu respuesta con una breve investigación de la ecuación de Michaelis-Menten. 1971. Laidler. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. J..a la velocidad de decoloración de la fenolftaleína? 3. ANALISIS DE RESULTADOS. 3.¿Cuál es el pseudo-orden de la reacción? ¿Cuál es la ecuación de velocidad para esta reacción? 2. BIBLIOGRAFIA. 2. J..Ya que m k1 = kCOH − (ec. Elabora una sola gráfica con los datos cinéticos. 1989.Aplica la ecuación 3 integrada para el orden de reacción encontrado experimentalmente a los datos cinéticos de la tabla 4.Compara los valores de m y k encontrados por el método del punto 3 con los encontrados por el método del punto 5. Y. 1. 266-268. CONCLUSIONES.Analiza que factores experimentales son los cruciales para que el experimento sea un éxito y cuales no lo son y por qué.Otro método para determinar m y k. ¿Cuál es el orden global de la reacción? ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad global k de la reacción? 4. Chem. Calcula la constante de velocidad de pseudoenésimo orden. 1. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. 5.¿De qué manera influencia la concentración de OH. Ed. Lalanne. 48. Determinar la constante de velocidad para la reacción de halogenación de la acetona. Dentro de estos factores: la presión. pero es muy rápida si el pH es menor a 3 o mayor a 8. 2. Considerando que la yodatación de la acetona sigue una cinética simple. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. la presencia de distintos solventes. Determinar el orden de reacción para la cinética de halogenación de la acetona. definir las condiciones de conservación de los mismos. FUNDAMENTOS El estudio de los cambios en la velocidad de reacción debida a las concentraciones de los reactivos. Determinar el efecto de la concentración de ácido y de acetona sobre la cinética de halogenación de la acetona. se lleva a cabo la siguiente reacción: O O + CH 3 CH 2H I2 + CH 3 CH 2I HI Una reacción análoga ocurre entre el bromo y la acetona. La información que se tenga de cómo se lleva a cabo una reacción y que factores la influyen. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . II. la predicción de su vida útil.. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. permite en el área farmacéutica lograr una estabilidad en los medicamentos (entre ellos las drogas). 3. son de suma importancia en la industria farmacéutica debido los diferentes factores que pueden modificar el comportamiento de la reacción y provocar la formación de productos no deseados. la ley de velocidad tiene la siguiente forma : velocidad = − ∆[I 2 ] a b = k [C 3 H 6 O ] [I 2 ] H + dt [ ] c Donde: k es la constante de la velocidad de reacción [C3H6O] es la concentración de la acetona en la reacción 76 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Esto implica dependencia ácido-base de la reacción.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA PRACTICA N° 11 CINETICA DE LA HALOGENACION DE LA ACETONA. DRA. Es por lo anterior que se efectuará la reacción de halogenación de la acetona. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. la temperatura. OBJETIVOS 1. Cuando el yodo es mezclado con acetona. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. La reacción se realiza muy lentamente cuando el pH del medio se encuentra en el intervalo de 4 a 7. para determinar como influye cada uno de los componentes de la reacción. es por esto que se requiere llevar a cabo estudios sobre las condiciones de las reaccione químicas y la forma de obtener el mayor rendimiento. I. PROTOCOLO DE INVESTIGACION . 77 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.5076 g de yodo metálico y 1. b.6030 g de yoduro de potasio en 100 ml de agua destilada (solución de yodo 0. IV. De todos los compuestos participantes en la reacción.0 ml 1 pipeta de 0. 4. Explicar que es una curva tipo y cómo se determina en el caso de un método espectrofotométrico. Explicar qué es orden de reacción. 5. a) Material y reactivos . únicamente el yodo o si se empleará bromo.. III. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Describir brevemente los métodos que se emplean en la determinación del orden de una reacción .0 ml 2 celdas de vidrio 1 termómetro 1 jeringa de 10 ml de rosca Espectrofotómetro UV-VIS Acetona Agua destilada Yoduro de potasio Yodo metálico Ácido clorhídrico Disolución de yodo 5×10-3 M: disolver 0. manejando correctamente los datos puede determinarse la velocidad de la reacción. dan coloración a la solución acuosa.. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. molecularidad de la reacción y constante de velocidad. Midiendo la absorbancia en un espectrofotómetro UV-VISIBLE. DRA.1 ml 1 pipeta de 1. para esta reacción es de a+b+c. 3. de la mezcla de reacción e interpolar en una curva de calibración se conoce la cantidad de halógeno presente sin reaccionar con respecto al tiempo. DESARROLLO EXPERIMENTAL. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 1.Describir brevemente cómo se determina la constante de velocidad para una reacción. c son los ordenes parciales de reacción respectivos de cada Como se observa el orden de reacción global es la suma de los ordenes parciales. 16 tubos de ensayo con tapón 1 gradilla 1 pipeta de 5. Nota: Esta solución se debe preparar al momento de elaborar la práctica. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . La intensidad del color puede emplearse para determinar la cantidad de halógeno presente en la solución.02 M). 2.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA sustancia [I2] es la concentración de yodo en la reacción [H+] es la concentración de ácido en la reacción a.Elaborar un diagrama de flujo con el procedimiento a seguir durante la práctica. Tomar 25 ml de ésta solución y llevarlos a 100 ml con agua destilada en un matraz aforado (solución de yodo 5×10-3 M). IBQ PEDRO MIRANDA REYES. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.0 Conc. ml de aceton a ml de sol.00 1. de yodo ml de agua destilad a 1 2 3 4 5 6 7 8 1.00 1. de conc.80 6.0 7. adicionando todos los reactivos menos la solución de yodo. de ml de sol. molar A460 de yodo Una vez preparadas.0 1.50 7.50 0.00 1. b.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Disolución de ácido clorhídrico: preparar una disolución de ácido clorhídrico en agua destilada al 20% v/v.88 6. de ml de agua yodo HCl destilada 0.12 0.5 1. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. de acetona ácido yodo 78 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.75 6..0 1. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . DRA. Preparar la siguiente serie de disoluciones : Tubo número 1 2 3 4 5 ml de sol.50 1.00 0.00 2.00 6. num.0 1.2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.00 2.00 1. de disol.00 2.Determinación de la cinética de reacción : Preparar cada una de las soluciones que se indican en la tabla .0 0. b) Secuencia experimental b.5 7.0 8.1.0 1.00 6.25 0.0 9.0 1.00 1.00 2.5 2.75 conc. de ácido ml de sol.5 8.0 1.25 0.00 1.50 6.00 1.90 6.00 2. la cual debe ser adicionada al final.-Preparación de la curva tipo. de conc.00 2.00 2. leer la absorbancia de cada una a 460 nm y registrar las lecturas. en el momento en que se vayan a hacer las lecturas de absorbancia para seguir la cinética de reacción.10 0.20 0.00 1. 4. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. agua y ácido clorhídrico.. obteniendo la siguiente expresión : − ∆[I 2 ] a b = k [C 3 H 6 O ] [I 2 ] H + ∆t [ ] c Obteniendo el logaritmo en ambos miembros de la ecuación tenemos : ⎡ ∆[I 2 ]⎤ + log ⎢− ⎥ = log k + a ⋅ log[C 3 H 6 O ] + b ⋅ los[I 2 ] + c ⋅ log H ⎣ ∆t ⎦ [ ] Si consideramos la concentración de acetona y yodo constantes. podemos establecer la ecuación simplificada siguiente : 79 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres.Adicionar la cantidad de solución de yodo que se indica en la tabla. Construir para cada caso la gráfica de tiempo (eje x) contra concentración de yodo (eje y).Desechar la solución y hacer lo mismo con cada una de las disoluciones preparadas. mediante regresión lineal de las gráficas anteriores. DRA. Determinar para cada caso los valores de ∆[ Ι2]0 / ∆tf.. tapar todos los tubos y efectuar el procedimiento que se describe a continuación. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES .. Interpolar los valores de absorbancia en la curva tipo y determinar la concentración de yodo para cada tiempo. Determinación de la ley de velocidad para la reacción de halogenación de la acetona. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. Graficar los valores de log de la concentración de yodo contra de log ∆ [ Ι2] / ∆t (resultados de los tubos 6 y 8). IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. 5. 2. + Graficar los valores de log de la concentración de [H ] contra log ∆ [ Ι2] / ∆t (resultados de los tubos 1-4).. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. introducir la celda en el espectrofotómetro ya calibrado a cero a 460 nm y comenzar a tomar las lecturas de absorbancia cada 15 segundos durante 20 minutos..Registrar los datos en la tabla correspondiente. Hacer esto para cada disolución por separado. V.Una vez adicionadas las cantidades de acetona. considerando la primera lectura como tiempo cero. Podemos simplificar la ley de velocidad para la reacción.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 1. mezclar perfectamente y colocar la disolución en la celda.Registrar la temperatura a la cual se llevó a cabo el experimento. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . Graficar los valores de log de la concentración de acetona contra de log ∆ [ Ι2] / ∆t (resultados de los tubos 4-7 ). 3. Inmediatamente. ¿ Cuál es el orden de reacción con respecto al yodo? 3. Aplicando el mismo procedimiento para la variación de la concentración de acetona. Una vez determinados los valores de a.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA ⎡ ∆[I 2 ] ⎤ + log ⎢− ⎥ = c ⋅ log H + D ⎣ ∆t ⎦ [ ] donde: D = log k + a log [ C3H6O ] + b log[I2] + Es decir que graficando log [H ] (en el eje de las x) contra log (∆[ Ι2]/∆t) (en el eje de las y) se obtiene una recta con pendiente c. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. para preparar la solución de yodo. ANALISIS DE RESULTADOS . que es el orden parcial de reacción con respecto al ácido..¿ Cuál es el orden de reacción con respecto al ácido? 4. VI.¿ Qué otros factores pueden alterar la velocidad de la reacción de halogenación de la acetona? VII.Explica la razón de emplear yodo metálico y yoduro de potasio. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.. 1. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.. y c.. 80 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. CONCLUSIONES.. de acuerdo con la ecuación siguiente : − ∆[I 2 ]0 ∆t f = k ⋅ [C 3 H 6 O ] ⋅ [I 2 ] ⋅ H + a b [ ] c Para las concentraciones se emplean los valores constantes de cada una. que es orden parcial de reacción con respecto a la acetona. DRA.¿ Cómo afecta la velocidad de la reacción la concentración de ácido o acetona? 8. que es el orden parcial de reacción con respecto al yodo. es posible determinar la constante de velocidad.¿ Cuál es el orden de reacción con respecto a la acetona? 5. ¿ Se cumplieron los objetivos de la práctica ? ¿ Qué sugieres para obtener resultados más precisos en la práctica? ¿ Qué ventajas y desventajas presenta el método empleado en la determinación del orden de la reacción y de la constante de velocidad? ¿ Qué aplicación directa existe en el área farmacéutica? VIII. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 2. BIBLIOGRAFIA .¿ Cuál es el orden global de la reacción? 6.. se determina el valor de a. Aplicando el mismo procedimiento para la variación de la concentración de yodo.¿ Cuál es el valor de la constante de velocidad de la reacción? 7. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ ... b. se determina el valor de b. CECSA. 8.. 7. 585-587. M. Pradeau. Análisis Químicos Farmacéuticos de Medicamentos. Ed. IPN – Noriega – UTHEA. Practical Physical Chemistry. Pearson – Addison – Wesley. 1979. Química Física. Burmístova et al. Willams&Wilkns. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Remington Farmacia. Ed. L.A. Ed. 1977. 1998 81 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Ed. MartinAlfred. USA. 6. 9. México. 1992. Ed. P. Moscú. Prácticas de Química Física. Argentina. España. A. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 4. 2. Birk and D. Churchill LTD.J.B. Química Física Práctica de Findlay. & A. 1993. Raymond Chang... 5. 2006. Engel Thomas y Reid Philip. España. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.. Fisicoquímica para Farmacia y Biología. Levitt. James.. Reverté. Ed. Ediciones Científicas y Técnicas S. España. Gennaro Alfonso. al. Londres. Ed. P.A. 7. Walters.. Mir. 1987. México. DRA. et. Chem. 2003. 10. 4a Edición. 1992. J. J. Fisicoquímica con Aplicaciones a Sistemas Biológicos.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 1. Ed. Médica Panamericana. Ed. Sans Pedrero P. 1967. 3. O. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Absorbancia A 460 nm de cada una de las disoluciones TIEMPO ( seg ) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360 375 390 405 420 435 450 465 Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 Tubo 5 Tubo 6 Tubo 7 Tubo 8 82 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. DRA. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. DRA. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 480 495 510 525 540 555 570 585 600 615 630 645 660 675 690 705 720 735 750 765 780 795 810 825 840 855 870 885 900 83 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . se requiere realizar un trabajo para incrementar la superficie del líquido como es el caso de la expansión de una burbuja de jabón. este bien puede "mojar" la superficie interna de un tubo capilar cuando éste es sumergido en dicho líquido. en particular. el líquido asciende o desciende 84 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. De esta manera el efecto de la tensión superficial es tal que.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA ANEXO METODOS EXPERIMENTALES PARA LA DETERMINACION DE TENSION SUPERFICIAL. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. tienden a formar gotas esféricas (la figura geométrica de menor área efectiva es la esfera) como consecuencia de la cohesión de las moléculas. F = 2 ⋅ d⋅ γ de líquidos. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. ya que γ es una fuerza por unidad de longitud de la superficie y en este experimento existen dos superficies Figura 1. Uno de los métodos más sencillos para la determinación de la tensión superficial es el de ascenso capilar. entonces se tiene.. Si se requiere una fuerza F para equilibrar lo que tira la película (de anchura d). siendo ambos conceptos equivalentes. por ocupar una menor superficie. Método del ascenso capilar. es por este motivo que los líquidos. Es posible demostrar que γ puede considerarse como una tensión actuando sobre la superficie (N/m) o como una energía (libre) por 2 unidad de superficie (J/m ). La realidad de la tensión superficial está claramente demostrada con el experimento ideado por Dupré (figura 1) en el que un alambre c se desliza sobre dos alambres paralelos a y b y extiende una película jabonosa. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Este se basa en el hecho de que según las características del líquido que estemos utilizando. Recíprocamente. La tensión superficial es una manifestación de las fuerzas de atracción que mantienen unidas a las moléculas en los estados sólido y líquido. Tensión superficial.Experimento de Dupré. si el líquido se adhiere a las paredes del capilar. cos θ se iguala con la unidad. 2). y es una constante en el sitio en el que estamos llevando a cabo nuestro experimento. por tanto. Figura 2. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. la pendiente de contacto debe ser igual a cero y. DRA. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Considerando que el menisco es una esfera. es decir.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA (según sea la adherencia del líquido en el capilar. quedando la ecuación 1 como γ= g⋅ ρ ⋅h ⋅r 2 (2) 85 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. si no es así el líquido descenderá) por el capilar hasta que se equilibre el peso de la columna con el efecto resultante de la tensión que obliga al líquido a ascender por el capilar (ver figura 2). ρ es la densidad de la especie estudiada. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . entonces el líquido ascenderá. se puede demostrar que el equilibrio anteriormente demostrado está representado matemáticamente por medio de la ecuación: γ= g⋅ ρ ⋅h ⋅r 2 ⋅ cos θ (1) donde g es la aceleración debida al campo gravitatorio. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. h es la altura de ascenso del líquido en el capilar. Después de hacer un minucioso análisis tensorial. se dice que este "moja" el material del cual está construido el mismo..Detalle esquemático del método de ascenso capilar para la determinación de tensión superficial en líquidos. Si "moja". r es el radio del capilar y θ es la pendiente de contacto entre el líquido y la pared del capilar del menisco formado (ver la fig. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. Esto hará que el líquido descienda del tubo capilar alcanzando una vez más el equilibrio. determinar la altura del líquido en el capilar tal y como lo indica el paso 6 y registrar este dato (hP) en mm.Lavar perfectamente la trampa de humedad y la pipeta pasteur. 1. 7. 6.Instalar el dispositivo ilustrado en la figura 3. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . 3 Sumando el efecto hidrostático de este volumen adicional a la tensión superficial de en la ecuación 2 tenemos entonces: γ = 1 ⋅ g⋅ρ⋅r ⋅ h + 1 ⋅r 2 3 ( ) (3) De la misma manera es posible demostrar la ecuación que determina la tensión superficial por el método del ascenso capilar si se considera un menisco de tipo elipsoidal. 7. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ..Colocar en la trampa de humedad 5 ml aproximadamente de agua destilada.Vmedesf = π ⋅ r 3 . existe un volumen ( Vadic ) que representa un peso adicional a la columna del líquido ascendente. 8.Dejar de succionar y esperar hasta que el líquido ascienda en el capilar y se logre el equilibrio.Presurizar el sistema con la boca ("sople") a través de la manguera hasta que la altura del líquido en el capilar ascienda 2 cm a partir del último estado de equilibrio.1288 ⋅ ⎛ r ⎞ + 0... 3.. 8 y 9 cinco veces con la misma sustancia.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA Como la altura h está medida por la parte inferior del menisco. 86 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres... 4..Con ayuda del calibrador con vernier determinar la altura del líquido (h) lo más preciso que sea posible. Es por esto que para corregir el hecho.1312 ⋅ ⎛ r ⎞ ⎥ ⎝ h⎠ ⎝ h⎠ 2 ⎢ h ⎥ ⎣ ⎦ (4) Secuencia experimental.Hacer succión con la boca a través de la manguera hasta que el nivel del líquido depositado en el capilar se encuentre por debajo del nivel del líquido ubicado en la trampa (aproximadamente 2 cm). esto es: 1 Vadic = Vcil . DRA. Para este caso se obtiene la ecuación: 3⎤ 2 ⎡ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ γ = 1 ⋅ g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ ⎢1+ r . 10.Suspender la presurización. 6. 2.Utilizando de nuevo el calibrador.Repita los pasos 5. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.2 3 ⋅ π ⋅ r 3 = ⋅ π ⋅r3 .. Registrar este dato en mm (hS).. consideramos un cilindro de altura r de líquido ( Vcil = r ⋅ π ( Vmedesf = ( )⋅ 1 2 ⋅ r 2 = π ⋅ r 3 ) al cual hay que restarle el volumen de media esfera de radio r 4 3 ⋅π ⋅r3 = 2 3 ⋅ π ⋅ r 3 ). IBQ PEDRO MIRANDA REYES.0. 5. 9.. MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 11.Cambie el agua destilada por el líquido a estudiar y repita los pasos 4.. 1. 6) Tramo de manguera de hule. IBQ PEDRO MIRANDA REYES. 9 y 10. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ.Determinar la media aritmética de las alturas succionando y presurizando: hm = (hS + hp) / 2 Se obtienen así cinco medias hm. 1) Pipeta pasteur. 7. 8. DRA. determinar el radio del capilar r utilizando para esto la tensión superficial del agua (que se encuentra en la literatura) y alguna de las ecuaciones 2.. 8) Vista amplificada del tubo capilar colocado en su sitio dentro de la cuba de la trampa de humedad... 3. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. Secuencia de cálculos para el método del ascenso capilar. 87 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Figura 3.. 4) Tapón de hule horadado.Determinar la media aritmética de los valores anteriores: h i =Σ hm / 5 Nota: Realizar los dos pasos anteriores para el agua destilada primero y para las sustancias a estudiar a continuación. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ. 5. 3 o 4 según convenga. 2.Una vez que se tenga la media aritmética hi de las alturas registradas para el agua. 3) Cuba de la trampa de humed. 7) Brazo de la trampa de humedad. 2) Tapón de hule horadado. 5) Pipeta pasteur despostillada.Montaje del dispositivo para la la determinación de la tensión superficial. 6. 2.Dejar de succionar y comenzar a contar las gotas que se desprenden por la parte inferior del estalagmómetro. utilizando la ecuación empleada para el cálculo del radio del capilar (paso 3). 1. Secuencia experimental para el empleo del estalagmómetro. Uso del estalagmómetro. Figura 4.Introducir la parte inferior del estalagmómetro en un vaso de precipitados el cual contiene la muestra a estudiar. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ . el agua).Terminar el conteo cuando el líquido cruce la marca b y registrar el número total de gotas (Z o Zw). 88 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.. 4. que consiste en contar el número de gotas que se forman al desalojar un volumen determinado de la especie analizada y que se encuentra dentro del estalagmómetro..MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 4. QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. succionar por la parte superior del estalagmómetro (de la misma manera como se haría con una pipeta). es mediante el empleo de un instrumento llamado estalagmómetro (ver figura 4). hasta que el nivel se encuentre en la marca a (Figura 4). γ ⋅ ρ ⋅ Z = γ w ⋅ ρw ⋅ Z w (5) donde γw es la tensión superficial de la especie de referencia (la cual debe ser perfectamente conocida).Una vez que se tiene el radio del capilar.Utilizando una jeringa.Corte longitudinal de un estalagmómetro. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. Otro método para la determinación de tensión superficial. determinar la tensión superficial de las sustancias estudiadas.. La ecuación que relaciona este conteo es: finalmente Z y ZW son los números de gotas determinados en el conteo tanto para la especie analizada y la de referencia respectivamente... IBQ PEDRO MIRANDA REYES.. ρ y ρw son las densidades de la especie analizada y de la especie de referencia respectivamente. DRA. 3. Posteriormente se relaciona el conteo de las gotas para esta sustancia con el número de gotas que se forman utilizando un mismo volumen de una especie de tensión superficial conocida (por ejemplo. y registrarlas. . Jirgensons y M. 1965.S. Ed.Los pasos anteriores se llevan a efecto utilizando en primer lugar agua destilada (Zw) y posteriormente la sustancia o sustancias a estudiar (Z). E. Reverté S. España. México. 2. 2. 3.El valor de γw debe buscarse en la literatura (tenga presente las unidades que allí se indican). QFI RAQUEL NAVA ALVÁREZ. C.. DRA.B. 1. 1.. IBQ PEDRO MIRANDA REYES.B. A. Ed.MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA 5. Química Física práctica de Findlay. 89 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres. Levitt. P. 1979. BIBLIOGRAFIA.Despejar γ de la ecuación 5.. Straumanis.A. (Zw. IQI MINERVA JUÁREZ JUÁREZ. ITZIA IRENE PADILLA MARTÍNEZ .. Compendio de química coloidal.E.C.Las densidades pueden conocerse experimentalmente o bien de la literatura. 4..Utilice los conteos de las gotas registrados experimentalmente. y Z). Secuencia de cálculos utilizando el estalagmómetro.... IBQ LUIS MARTÍN MORÍN SÁNCEHEZ.