crioscopia - laboratorio fisicoquímica

8/18/2019 Crioscopia - Laboratorio Fisicoquímica

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos - 2011

1. INTRODUCCION 2

2. RESUMEN 3

3. PRINCIPIOS TEORICOS

. DET!""ES E#PERIMENT!"ES $

%. T!&U"!CION DE D!TOS ' RESU"T!DOS (

). C!"CU"OS 13

$. !N!"ISIS ' DISCUCIION DE RESU"T!DOS 1%

*. CONC"UCIONES ' RECOMEND!CIONES 1)

(. !PENDICE1$

+O,! DE D!TOS

CUESTION!RIO

R!ICOS

10. &I&"IOR!I! 1(

Criosco/a Pina 1


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Crioscopía es una palabra griega que quiere decir “Observación del enfriamiento” y por tal

se encarga del estudio de la temperatura de solidificación de las soluciones.

Se sabe que el punto de congelación del agua u otro líquido disminuye por la adición de

un soluto solido no volátil y fue puntualizado por lagden !ace ya cien a"os# que la

depresión en el punto de congelación es directamente proporcional a la concentración de

la solución.

$a adición de un soluto ba%a la presión de de vapor del solvente# seg&n la ley de 'aoult#

es en base a esta ley que e(isten algunos m)todos para el estudio de los solutos en

cualquier tipo de disolvente. *l descenso de la presión de vapor depende solamente de la

formación molar del soluto# es independiente de cualquier otra propiedad del mismo.

+na de las utilidades más importantes de la crioscopia es la utilización de diversas sales

para evitar la congelación de diversos líquidos a ba%as temperaturas ya que disminuye el

punto de congelación de los líquidos como los combustibles# y del agua. ,a que en

diversos países polares la temperatura en invierno esta ba%o cero lo cual !aría que ellíquidos puros se congelen en las tuberías y no !abría flu%o.

$a crioscopia tiene diversas aplicaciones una de las más importantes es la determinación

e(perimental del peso molecular del soluto. *l m)todo empleado es el de beckmann quien

se basa en el descenso del punto de congelación# que consta de un termómetro el cual

tiene un deposito de mercurio en la parte superior# por medio del cual es posible variar la

cantidad de mercurio de la cubeta# de forma que pueda utilizarse amplia gama de

temperaturas.

Criosco/a Pina 2


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$a presente práctica e(perimental tuvo como finalidad determinar el peso molecular de

una sustancia disuelta en un solvente# teniendo en cuenta el descenso del punto de

congelación del solvente. -ara cumplir este fin se empleó el m)todo de Beckmann que

consiste en la determinación crioscópica del peso molecular.

*sta práctica se realizó a condiciones de laboratorio de /0C de temperatura# 123 mm4g

de presión y /56 de !umedad relativa.

$a masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse

midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente# cuando sedisuelve en )l una cantidad conocida de la sustancia no identificada. *ste proceso quedetermina las masas moleculares se denomina crioscopía.

*l procedimiento e(perimental a llevarse a cabo para lograr cumplir los ob%etivos

anteriormente planteados se dividen en dos partes# la primera parte# donde se debe

calibrar el termómetro de ec7mann# y la segunda parte donde se la determina las alturas

en el termómetro de ec7mann para cada intervalo de tiempo de 89 segundos.

$uego de !aber desarrollado el e(perimento y con los datos tomados se !icieron los

cálculos respectivos dando los siguientes resultados:

*l peso molecular de la urea !allado e(perimentalmente es de 31.;2 g


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Crioscopía.

$a masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse

midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente# cuando sedisuelve en )l una cantidad conocida de la sustancia no identificada. *ste proceso quedetermina las masas moleculares se denomina crioscopía.

Punto de solidificación o punto de congelación.

=emperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma ensólido.*l punto de solidificación de un líquido puro >no mezclado? es en esencia el mismo que elpunto de fusión de la misma sustancia en su estado sólido# y se puede definir como latemperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran

en equilibrio. *l punto de solidificación de la mayoría de las sustancias puede elevarseaumentando la presión. @o obstante# en sustancias que se e(panden al solidificarse>como el agua?# la presión reba%a el punto de solidificación.

Punto de ebullición y punto de congelación

=anto la elevación del punto de ebullición como el descenso del punto de congelación sonproporcionales al descenso de la presión de vapor# siempre que sólo se considerendisoluciones diluidas de solutos no volátiles. -ara una masa fi%a de 7g de disolvente# elcambio de temperatura viene dado por :A= B m


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Descenso del punto de congelación de las soluciones

Fl enfriar una solución diluida# se alcanza eventualmente una temperatura en la cual unsolvente sólido comienza a separarse. $a temperatura en que comienza tal separación seconoce como punto de congelación de la solución# que de una manera más general sedefine como aquella temperatura en la cual una solución particular se !alla en equilibriocon el solvente sólido. $as soluciones se congelan a temperaturas menores que elsolvente puro. *l descenso del punto de congelación de una solución es# otra vez# unaconsecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el solutodisuelto. -ara darnos cuenta de este !ec!o# consideremos el diagrama de presión devaporGtemperatura en el cual F es la curva de sublimación del solvente sólido# mientras

que CE es de presión de vapor del líquido solvente puro. *n el punto de congelación deeste &ltimo# se !allan en equilibrio la fase sólida y la liquida y en consecuencias ambasdeben poseer id)ntica presión de vapor. *l &nico punto de la gráfica en la cual ambasformas del solvente puro tienen igual presión de vapor es en # intersección de F y CE#y# por tanto# =o# que corresponde a # debe ser el punto de congelación del solvente puro.Cuando en este se disuelve un soluto# !ay un descenso de la presión de vapor de este&ltimo# y ya no !ay equilibrio a =o# sino que se alcanza de nuevo cuando la curva depresión de vapor de la solución# corta la de sublimación# y entoncestendremos el punto de congelación de la solución. Como la curva de presión de vapor dela solución# *H# queda deba%o de la del solvente puro# la intersección de *H y F tienelugar solamente en un punto tal como * para el cual la temperatura es menor que =o. Eeaquí que cualquier solución deba tener un punto de congelación =# menor que la del

solvente =o.

Criosco/a Pina %


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Materiales y reactivos:

Criosco/a Pina )


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• Fparato crioscópico de bec7mann.

• =ermómetro

• -ipeta aforada de 82ml

• Iasos

• Solvente agua

•Soluto: urea# sal com&n

Determinación del peso molecular de un soluto en

solución:

a? Calibrar el termómetro ec7mann a una escala de temperatura adecuada#siempre en cuando de acuerdo a

b? l punto de congelación del solvente# lo cual utilizamos para ello un ba"o de

temperatura que se encuentre a la temperatura de congelación del solvente.

c? Frmar el equipo adecuadamente y con los materiales bien limpios y secos#sobre todo la pipeta aforada# ya que con esta se realiza la medición delvolumen del solvente quien se debe encontrar puro.

d? Iierta 82ml del solvente en un tubo y coloque el termómetro ec7manncalibrado y el agitador.

e? Colocar el tubo dentro de la c!aqueta de aire como se muestra en la figurasiguiente.

Criosco/a Pina $


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f? Sumergir todo este con%unto en un ba"o de enfriamiento que debe encontrarse auna temperatura 20 menor que la temperatura de cristalización del solvente.

g? Fgite suavemente el contenido del tubo# y lea la temperatura cada 89 segundosdesde 20C# !asta obtener varios valores constante# que corresponden al punto decongelación del solvente puro.

!? 'etire la c!aqueta de aire y funda el solvente# mediante calentamiento con las

manos.

i? -ese de 9.; a 9.Jg de soluto y agr)guelo al tubo que contiene al solvente.

%? Fgite la mezcla !asta disolver completamente el soluto y luego coloque el tubo enla c!aqueta de aire.

7? Eetermine el punto de congelación de la solución repitiendo el quinto y se(to paso.=ener presente que la solución no congela a temperatura constante.

l? Fl terminar el e(perimento retire cuidadosamente el termómetro de ec7mann dela solución# y de%e el equipo completamente limpio.

Criosco/a Pina *


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Tabla Nº : Condiciones de laboratorio

Presión 123 mm4g

Temperatura 89KC

!umedad "elativa /86

Tabla Nº #: Datos e$perimentales

Tabla 2.1 Datos te temperatura y tiempo para la el Agua

t (s) T (°C)

0 5

20 4.87

40 4.75

60 4.65

80 4.5

100 4.35

120 4.2

140 4.03

160 3.88

180 3.73

200 3.57

220 3.44

240 3.29

Criosco/a Pina (


10/21


260 3.05

280 2.95

300 2.87

320 2.75

340 2.62360 2.45

380 2.32

400 2.22

420 2.07

440 1.95

460 1.82

480 3.85

500 3.97

520 3.97

540 3.97

560 3.97

Tabla 2.2. Datos te temperatura y tiempo para la Urea

t (s) T (°C)

0 5

20 4.87

40 4.75

60 4.65

80 4.55

100 4.43

120 4.28

140 4.16

160 4.02

180 3.9

200 3.78

220 3.62

3.67

240 3.48

260 3.35

280 3.25

300 3.12

320 3

Criosco/a Pina 10


11/21


340 3.88

360 2.75

380 2.65

400 2.55

420 2.45440 1.95

460 1.82

480 3.85

500 3.97

520 3.97

540 3.97

560 3.97

580 3.97

Criosco/a Pina 11


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Tabla Nº %: Datos teóricos

Tabla 3.1 Constante crioscópica del agua

1.86

©UNMSM, Guía de Laboratorio de Fisicoquímica, pág.!

Tabla 3.2 Pesos atómicos de algunos elementos

&lemento

C

O

H

N

© G.". #e$laitis, %&ala'ces de Materia y ('ergía), *era edici+',

(ditorial McG#-/0LL, *121, 3ág. 454


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Tabla Nº ': "esultados y Porcenta(es de &rror

Tabla 4.1 Datos de la determinación del descenso del punto de congelación(de acuerdo a la gráica obtenida en el papel milimetrado!.

Tabla 4.2 "asa de la

urea # su peso molecular e$perimental

Tabla 4.3 Peso molecular teórico

Tabla 4.4 %rror porcentual de la masa molecular de la urea.

=K de solvente >KC? 3.&'

=K de la Solución >KC? 3.&

.'

9.J8 J3.8

39.922


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*(perimental =eórica*rror porcentual 6

J3.8 39.922 ;5.22

Determinación de la masa de la urea.

Donde:


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- Peso del papel más el de la urea

- Peso de la urea

Para W urea+ papel=

1.0568g W papel=0.2456 g

W urea=0.8112 g

Calculo del peso molecular experimental de la urea ( M exp

)

Dónde:

- Peso molecular del soluto

- Constante crioscópica

- Peso del solvente (agua)

- Peso del soluto (urea)

- Descenso del punto de congelación

Para:

K f =1.86×103 g ×Kgsolv

mol W

1=25 gW

2=0.8112g∆T =0.07 K

M exp=1000×1.86×0.8112 g

0.07 K ×25g

86.21 gmol

Determinación del peso molecular teórico de la urea


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M teorica=60.055 g

mol

Determinación del Porcentaje de Error

Donde:

- Peso molecular teórico de la urea

- Peso molecular e!perimental de la urea

Para M teorica=60.055

g

mol

86.21gmol

error=|60.055−86.21|

60.055×100

error=43.5


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o $as curvas de presión de vapor como función de la temperatura que se dan

para los disolventes puros y para las disoluciones# muestran de una formamas o menos clara su pro(imidad al punto de congelación.

o -ara estos diagramas se da que el sólido# cuya presión de vapor no esta

afectada por la presencia del soluto en la disolución# está en equilibrio conla disolución a temperatura más ba%a que la que corresponde al equilibriocon el disolvente puro. F partir de esto se puede deducir la ecuación paradeterminar la constante crioscópica# que no depende sino de lascaracterísticas propias y particulares del disolvente considerándose comouna propiedad coligativa.

o $a elección del disolvente esta determina# en la mayoría de las ocasiones

por la solubilidad y reactividad química de la sustancia# cuyo pesomolecular se quiere medir. Se consiguen resultados de mayor garantíacuando se utiliza un disolvente cuya constante de descenso del punto decongelación tenga un valor elevado.

C)NC*+,-)N&,:


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$a variación de energía depende de diversas propiedades propias de las

sustancias químicas# como el calor especificó.

*l cambio de la cantidad de calor depende de diversos factores como la

presión# temperatura y el volumen.

$a energía o calor en las reacciones de neutralización casi siempre es

e(ot)rmica debido a la formación de agua en estos procesos químicos.

=odos los cambios de estado físico y las reacciones químicas están

acompa"ados de una variación en la cantidad de energía interna.

"&C)M&NDC-)N&,:

-ara llegar a un equilibrio t)rmico# y poder !allar la cantidad de calor

ganado o perdido se debe aislar t)rmicamente.

Se debe tener cuidado en la manipulación de los reactivos como los ácidos

y las base.

Se debe usar pipetas diferentes para tomar los reactivos y de esta manera

evitar contaminarlos.

=ener bastante precisión en la titulación y valoración de las soluciones del

acido clor!ídrico e !idró(ido de sodio# para obtener datos más e(actos.

-. C+&,T-)N"-)

. Defina el concepto general de una propiedad coligativa.


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-ropiedades coligativas# propiedades de las disoluciones que dependen del

n&mero de partículas en un volumen de disolvente determinado# y si son

electrolitos o no electrolitos. *ntre las propiedades coligativas figuran el

descenso de la presión de vapor# la elevación del punto de ebullición# eldescenso del punto de congelación y la presión osmótica. $as medidas de

estas propiedades en una disolución acuosa diluida de un soluto no

ionizado# como la urea o la glucosa# pueden permitir determinar con

precisión las masas moleculares relativas. *n el caso de solutos ionizados#

las medidas pueden llevar a una estimación del porcenta%e de ionización

que tiene lugar. $as modificaciones debidas a solutos gaseosos son

despreciables.

#. &$pli/ue la diferencia de las propiedades coligativas entre solucioneselectrolíticas y no electrolíticas.

$as propiedades coligativas se dividen en dos partes: Fquellos disoluciones

que tienen solutos electrolíticos y los no electrolíticos la diferencia principal

entre estos dos solutos es que lo electrolíticos en disolución se disocian en

ionesL por lo tanto# cuando se disuelve una mol)cula de un compuesto de

un electrolito se separa en dos o más partículas. F diferencia que los no

electrolitos que no se ionizan y se mantienen como una solo partícula.

*sta diferencia afecta a todas las propiedades coligativas ya que estas

dependen del n&mero de partículas en un determinado volumen de

solvente.

-ara e(plicar este efecto# se define una cantidad denominada factor de

vanMt 4off que está dada por:

i=nú mero real de particulas endisoluci ó n despues dela disocianci ó n

n ú mero deunidades formula inicialmentedisueltas en ladisolucion

Fsi # i debe ser para todos los no electrolitos. -ara electrolitos fuertes

como el @aCl y el @O5# N debe ser dos y para electrolitos fuertes del tipo


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de @a8SO; y CaCl8# i debe ser 5. *n consecuencias las ecuaciones de las

propiedades coligativas deben modificarse como siguen:

∆ T b=i k b m

∆ T f =ik

f m

π =iMRT

%. Mencione algunas limitaciones del m0todo crioscopico en ladeterminación de pesos moleculares

Se tienen diferentes limitaciones en la determinación del peso molecular#

por el m)todo crioscopico y entre ellos tenemos:

• *rror en la determinación del peso molecular por la cantidad no tan e(acta

de la masa del soluto# solvente# y la imprecisión en medición deltermómetro.

• Se necesita datos teóricos adicionales como la temperatura de fusión#

constante universal '# entalpia de formación y peso molecular del solventepara la determinación de la constante crioscopica.

• Flberty '.# Eaniels H.# Hisicoquímica # versión SN# Nra ed# Cia *d. Continental#

D)(ico# /J;.


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• Ft7ins -.P.# Hisicoquímica# 8da ed.# *d. Fddison Pesley# Nberoamerican# D)(ico#

/JJ.

• arroQ R.# uímica Hísica# =omos N y NN# 5ra ed.. *d. 'evert)# arcelona# /12

• Castellan R.# Hisicoquímica # Nra ed. Hondo *ducativo Nnteramericano# D)(ico#

/1J.

• C'C# 4andboo7 of C!emistry and -!ysics# 2; t! ed.# *d C'C -ress.# /12.

• Darón S.# $andT U.# Hisicoquímica Hundamental# Nra ed.. *d. $imusa# D)(ico#

/1J.

• @orbert Fdolp! $ange 4andboo7 of C!emistry# *d. De RraQ 4ill# Cleveland.

• -almer P.R.# uímica Hísica *(perimental# *d. *udeba# uenos Fires# /33.

• -ons Duzzo# Rastón# HisicoGquimica # -rimera ed.. *dit. +niverso S.F. /3/

• $ange# 4andboof of C!emistry# *d. De RraQ 4ill.

• Uose 4uapaya arrientos “HisicoGquimica =eoria y -roblemas “

C'C.

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