UNMSM-FQIQ Laboratorio de Fisicoquímica I DETERMINACION CRIOSCÓPICA DEL PESO MOLECULAR

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

SAN MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E

INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

Laboratorio de fisicoquímica i

Practica n° 6

DETERMINACION CRIOSCÓPICA DEL PESO

MOLECULAR

INTEGRANTES :

Peralta Gutiérrez Nayda Rocío, 14070046

Sánchez Sánchez Gino Alexander , 14070153

Torres Rimey María Julia, 14070158

PROFESORA : Mercedes Puca Pacheco

FECHA DE PRÁCTICA : 07/11/15

FECHA DE ENTREGA : 14/11/15

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Contenido

RESUMEN ............................................................................................................................................ 3

I.INTRODUCCION ................................................................................................................................ 4

II.OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 5

III.PARTE TEORICA .............................................................................................................................. 6

IV.PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................................................... 9

V.TABLA DE DATOS ........................................................................................................................... 11

VI.CALCULOS ..................................................................................................................................... 14

VII.TABLA DE RESULTADOS .............................................................................................................. 16

VIII.GRAFICOS ................................................................................................................................... 17

IX.DISCUSION DE RESULTADOS ........................................................................................................ 18

X.CONCLUSIONES.............................................................................................................................. 19

XI.CUESTIONARIO ............................................................................................................................. 20

XII.REFERENCIAS ............................................................................................................................... 22

XIII.ANEXOS ...................................................................................................................................... 23

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RESUMEN

La presente práctica experimental de “Determinación crioscópica del Peso

Molecular” tuvo como objetivo determinar el peso molecular de un soluto (en este

caso la úrea) por medio del descenso del punto de congelación. Para ello

utilizamos un termómetro Beckam (previamente calibrado).

Primero tomamos las temperaturas y sus tiempos, y con ello construimos la

curva de enfriamiento para el solvente puro (25 mL de agua destilada). De

manera análoga hacemos lo mismo, pero esta vez para una solución con

0.4004 gr de úrea disuelta en la cantidad ya mencionada de agua destilada.

Usamos la siguiente fórmula para determinar el peso molecular.

W1: Peso en g. del solvente (agua)

W2: peso en g. del soluto (úrea)

De aquí obtenemos

Comparamos este valor con el valor teórico

Obtuvimos un% de error de 2.53%

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I.INTRODUCCION

En el laboratorio casi todas las experiencias se realizan con sustancias las cuales

necesitamos una cantidad de ella que se puede hallar mediante mediciones, pero

estas sustancias tienen pesos moleculares que los identifican estos pesos

moleculares se determinan por diferentes métodos el método a utilizar en esta

práctica será el crioscópico.

La crioscopia es una propiedad coligativa, lo que quiere decir que depende de los

números de moles presentes de la sustancia disuelta en un solvente con

cantidades determinadas. Este método es utilizado para determinar el peso

molecular de un compuesto o más, disueltos en un solvente, con condiciones

ligadas entre sí como que no reaccionen o tengan valores distintos para su punto

de congelación, mediante el descenso del punto de congelación del solvente que

conforma la solución donde el punto de congelación para una solución no es la

misma que para el disolvente puro, indicando así la presencia de compuestos en

un disolvente.

La crioscopia es importante para determinar el porcentaje de cada compuesto o

soluto que se encuentra en el solvente así como también existen otras

aplicaciones tan importantes como el control de productos alimenticios como el

control de calidad de la leche, en la medicina, hidrólisis enzimática de la lactosa y

en entre otros. Este uso importante de la crioscopia, una propiedad coligativa, es

importante para determinar cantidades de solutos disueltos en un disolvente

mediante porcentajes; y a su vez determinar que compuestos conforman al soluto.

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II.OBJETIVOS

Determinar el peso molecular de un soluto disuelto en un solvente mediante

el método crioscopico.

Definir el punto de congelación de una solución y la constante crioscopia Kf

de un solvente.

Observar como varia el punto de congelación de un solvente puro a medida

que se le agrega un soluto.

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III.PARTE TEORICA

CRIOSCOPIA

Es la determinación del punto del punto de congelación de un líquido en el que se

halla disuelta una sustancia, para conocer el grado de concentración de la

solución.

PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN O PUNTO DE CONGELACIÓN

Es la temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada

se transforma en sólido. El punto de solidificación de un líquido puro (no

mezclado) es en esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia

en su estado sólido, y se puede definir como la temperatura a la que el estado

sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio. Si

aplicamos calor a una mezcla de sustancia sólida y líquida en su punto de

solidificación, la temperatura de la sustancia permanecerá constante hasta su

licuación total, ya que el calor se absorbe, no para calentar la sustancia, sino para

aportar el calor latente de la fusión. Del mismo modo, si se sustrae el calor de una

mezcla de sustancia sólida y líquida en su punto de solidificación, la sustancia

permanecerá a la misma temperatura hasta solidificarse completamente, pues el

calor es liberado por la sustancia en su proceso de transformación de líquido a

sólido. Así, el punto de solidificación o el punto de fusión de una sustancia pura

pueden definirse como la temperatura a la que la solidificación o fusión continúan

una vez comenzado el proceso.

DESCENSO DEL PUNTO DE CONGELACION O DESCENSO CRIOSCOPICO

Se conoce como descenso crioscópico a la disminución de la temperatura del punto de congelación que experimenta una solución respecto a la del disolvente puro.

Todas las disoluciones en las que, al enfriarse, el disolvente solidifica, tienen una temperatura de congelación inferior al disolvente puro.

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La magnitud del descenso crioscópico, ∆Tc, viene dada por la diferencia de temperaturas de congelación (o de fusión) del disolvente puro y de la disolución, Tf* y Tf, respectivamente:

El descenso crioscópico es una de las propiedades coligativas y por lo tanto, la

magnitud del descenso sólo depende de la naturaleza del disolvente y de la

cantidad de soluto disuelta, es decir, es independiente de la naturaleza de este

último.

El punto de congelación de un solvente disminuye cuando una sustancia se

disuelve en él, esta disminución es proporcional a la concentración molal de la

sustancia disuelta, según la ecuación:

……………………….. (1)

Donde la concentración molal (m) está dada por la expresión:

……………………(2)

Teniendo en cuenta las ecuaciones 1 y 2, es posible calcular el peso molecular del

soluto cuando un peso conocido de este se disuelve en un peso conocido de

solvente, mediante la siguiente ecuación:

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Donde:

M=peso molecular del soluto.

W1=peso en g del solvente.

W2=peso en g del soluto.

K=Cte. Crioscopía.

= descenso del punto de congelación.

La constante crioscopia K, depende de las características del solvente y se calcula

utilizando la siguiente ecuación:

Donde:

Ms= peso molecular del solvente.

R=constante universal de los gases.

Tf=temperatura de fusión del solvente en grados absolutos.

H=entalpia molar de fusión del solvente.

Termómetro de Beckmann: El termómetro diferencial de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo, aproximadamente con una escala total de 5 a 6 grados C. en divisiones. de 0.01 de grado. Está construido de suerte que una parte del mercurio del bulbo puede ser trasladada a un depósito de manera que lleve el extremo de la columna de mercurio a la sección graduada para las zonas de temperaturas en que se han de medir las diferencias. Se emplea sólo para medir diferencias de temperatura. La exactitud conseguida está entre 0.002 y 0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala.

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IV.PARTE EXPERIMENTAL

4.1 Materiales y Reactivos

Materiales

Aparato crioscopico de beckmann

Termómetro

Pipeta volumétrica de 25 ml

Vaso precipitado de 250 ml y 150 ml

Reactivos:

Solvente: agua

Soluto: compuesto orgánico (urea),

Sal

4.2 Procedimiento Experimental

a) Calibramos el termómetro Beckmann a una escala de temperatura adecuada, de acuerdo al punto de congelación del solvente, utilizando para ello un baño de temperatura adecuada.

b) Armos el equipo a utilizar con los tubos limpios y secos.

c) Vertimos 25 mL del solvente en el tubo portamuestra y colocamos el termómetro Beckmann calibrado y un agitador. El solvente debe cubrir totalmente el bulbo del termómetro.

d) Colocamos el tubo portamuestra dentro de la chaqueta de aire.

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e) Sumergimos todo el conjunto en el baño de enfriamiento que debe

encontrarse a una temperatura 8° menor que la temperatura de cristalización del solvente. Observe el descenso del Hg en el termómetro.

f) Cuando la temperatura esté próxima a la de congelación, leímos la temperatura cada 5 segundos, hasta obtener varios valores constantes, que corresponden al punto de congelación del solvente puro.

g) Retiramos la chaqueta de aire y fundimos el solvente mediante calentamiento con las manos.

h) Pesamos de 0.4g a 0.8g de soluto y agregue al tubo portamuestra.

i) Agitamos el solvente hasta disolver completamente el soluto y luego colocamos el tubo portamuestra en la chaqueta de aire.

j) Determinamos el punto de congelación de la solución, repetimos e) y f). Teniendo presente que la solución no congela a temperatura constante.

k) Al terminar el experimento retiramos cuidadosamente el termómetro Beckmann de la solución y dejamos el equipo completamente limpio.

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V.TABLA DE DATOS TABLA 5.1: Condiciones experimentales

Presión(mmHg) Temperatura (OC) H.R (%)

756 22 96

TABLA 5.2 Datos de temperatura y tiempo para la solvente puro (Experimentales)

AGUA

t(S) T(Co) t(s) T(OC)

60 4.41 520 2.37

80 4.24 540 2.21

100 4.13 560 2.14

120 4.03 580 2.06

140 3.95 600 1.98

160 3.84 620 1.91

180 3.73 640 1.84

200 3.65 660 1.75

220 3.57 680 1.70

240 3.47 700 1.65

260 3.39 720 1.57

280 3.30 740 1.51

300 3.22 760 1.45

320 3.14 780 4.31

340 3.05 800 4.34

360 3.00 820 4.34

380 2.93 840 4.34

400 2.86 860 4.34

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420 2.78 880 4.34

440 2.70 900 4.34

460 2.62 920 4.34

480 2.53 940 4.34

500 2.45 960 4.34

TABLA 5.3: Datos de temperatura y tiempo para la solución (Experimentales)

UREA

t(s) T(OC) t(s) T(OC)

40 4.64 660 3.65

60 4.52 680 3.77

80 4.31 700 3.80

100 4.15 720 3.83

120 4.00 740 3.85

140 3.81 760 3.85

160 3.71 780 3.85

180 3.57 800 3.85

200 3.40 820 3.85

220 3.26 840 3.85

240 3.18 860 3.85

260 2.93 880 3.85

280 2.80 900 3.85

300 2.70 920 3.85

320 2.59 940 3.85

340 2.48 960 3.85

360 2.35 980 3.85

380 2.25 1000 3.85

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400 2.20 1020 3.85

420 2.02 1040 3.85

440 1.92 1060 3.85

460 1.81 1080 3.85

480 1.70 1100 3.85

500 1.59 1120 3.85

520 1.49 1140 3.85

540 1.39 1160 3.83

560 1.28 1180 3.83

580 1.17 1200 3.83

600 1.04 1220 3.83

620 0.90 1240 3.80

640 2.20 1260 3.80

TABLA 5.4: Pesos del soluto (urea) y solvente (agua)

W urea(g) W agua(g)

4.004 24.95

TABLA 5.5: Datos teóricos del agua

Peso molecular(g) Punto de congelación (oC) Entalpia molar de fusión(k.kg/mol)

18.01 0 1.86

TABLA 5.6: Experimentalmente: Temperatura del agua pura y de la urea.

ToC

Agua pura Urea

4.34 3.81

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VI.CALCULOS

A-) De las gráficas de las curvas de enfriamiento (Tablas 1 y 2).Hallamos:

T1: Temperatura del agua pura T1= 4.34 °C

T2: Temperatura de la solución (Agua mas úrea) T2= 3.83 °C

Sea

= 0.51 K

Observación: En una variación de temperatura °C y K se pueden tomar como

equivalentes.

Tenemos el valor de

B-) Para hallar la masa molar del solvente (úrea en este caso). Usaremos la

siguiente ecuación:

Donde:

W1: Peso en g. del solvente (agua)

W2: peso en g. del soluto (úrea)

Recordemos que

Donde: : volumen de agua

: Densidad del agua a 22°C

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Reemplazando

Reemplazando datos:

C-)Hallaremos el porcentaje de error:

%Error=

%Error = 2.53 %

D-)Calculamos la concentración molal (m):

E-) Hallamos el descenso en el punto de congelación:

4.86 x 10 -3 Kg

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VII.TABLA DE RESULTADOS

TABLA 7.1: A partir de la graficas: Puntos de congelación del solvente (T1) y la solución

(T2)

TEMPERATURA (OC)

solvente (agua destilada) solución(urea)

T1 T2

4.84 3.83

TABLA 7.2: Peso molecular experimental y teórico de la Urea

Peso de la Urea (g)

Teórico Experimental

60.06 58.54

0

TABLA 7.3: Resultado del descenso del punto de congelación

Descenso del punto de congelación(OC)

4.96 x10-3

Tabla 7.4: Porcentaje de error del peso molecular de la urea

W teórico W experimental % Error

60.06 58.54 2.54

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VIII.GRAFICOS

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IX.DISCUSION DE RESULTADOS

El punto de congelación de la solución disminuye con respecto al solvente

puro, debido a que cuando se enfría la solución generalmente se deposita

una componente al estado sólido antes que el otro, es por ello, que el punto

de congelación de la solución no es la temperatura a la cual la solución

como un entero se convierte en una masa sólida, sino que es la

temperatura donde la solución comienza a depositar el solvente al estado

sólido. Por ello para obtener la temperatura de congelación de la solución

es necesario proyectar la recta hasta la curva donde desciende la

temperatura en la gráfica, luego se traza una paralela para leer esta

temperatura.

El peso obtenido por medio de los datos experimentales, al comparar con el

peso molecular teórico de la urea sufre una pequeña variación con un error

del 2.53%

De preferencia tener varios estudiantes para realizar esta práctica ya que

debe existir una buena precisión para leer las temperaturas en un

determinado tiempo, para que en consecuencia se logre una buena gráfica

y por lo tanto un error mínimo.

Es necesario mucha coordinación y destreza al momento de leer la

temperatura en el termómetro Beckmann.

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X.CONCLUSIONES

La sal de mesa es un gran agente que permite reducir la temperatura del

agua por tiempos prolongados.

El método crioscópico es uno de los métodos más exactos para determinar

el peso molecular del soluto disuelto en un solvente, porque la presión

atmosférica no lo afecta.

El descenso del punto de congelación de las soluciones diluidas, está en

función de las propiedades del disolvente y es independiente de cualquier

otra propiedad del soluto, excepto su concentración en la disolución.

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XI.CUESTIONARIO

1. Defina el concepto general de una propiedad coligativa.

En química se llaman propiedades coligativas a aquellas propiedades de

una disolución que dependen únicamente de la concentración.

Generalmente expresada como concentración equivalente, es decir, de

la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de

la composición química del soluto.

Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor, que es

la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida, cuando

el líquido se encuentra en un recipiente cerrado. La presión de vapor

depende del solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor

temperatura, mayor presión de vapor). Se mide cuando el sistema llega al

equilibrio dinámico.

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2. Explique la diferencia de las propiedades coligativas entre

soluciones de electrolitos y no electrolitos.

Soluciones de electrolitos: estas propiedades son en función del número de

partículas disueltas, al determinarlas en disoluciones electrolíticas, se

obtienen valores más elevados que las disoluciones moleculares.

Soluciones de no electrolitos: estas soluciones, como su nombre indica,

tienen una capacidad casi inexistente de transportar electricidad. Se

caracterizan por poseer una disgregación del soluto hasta el estado

molecular y por la no conformación de iones. Algunos ejemplos de estas

soluciones son: el alcohol y el azúcar.

3. Menciones algunas limitaciones del método crioscopico en la

determinación de pesos moleculares

Una de las limitaciones del método crioscópico para la medición de pesos

moleculares es que se deben usar termómetros de buena calidad y muy bien

calibrados, además de que con agua, existe el sobre enfriamiento (baja de Tº

de un líquido por debajo de su punto de fusión) el cual puede crear errores en

las mediciones. Además, se debe usar un sistema que baje la Tº rápida y

eficazmente.

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XII.REFERENCIAS

Ponz Muzzo, Gastón, “Fisicoquímica”, 1era ed., Ed. Universo

S.A., 1969. Pg. 298-305.

Glasstone, Samuel “Tratado de Química Física”, 1era ed., Ed.,

España, 1979, Págs. 574-579.

Química - Física. Barrow Gordon. Editorial Reverte. España

1968. Págs. 674 - 678.

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XIII.ANEXOS Publicado: QuimiNet

LA IMPORTANCIA DEL ANTICONGELANTE.

¿Qué son los anticongelantes? ¿Cuáles son los requerimientos

de un anticongelante? ¿Qué aplicaciones tiene el anticongelante?

Los sistemas de enfriamiento de los motores para trabajo pesado necesitan

especial cuidado y protección durante todo el año. Desafortunadamente,

muchos propietarios de equipos no realizan periódicamente los servicios a

los sistemas de enfriamiento de sus equipos. O si lo hacen, creen que

cualquier anticongelante automotriz funcionará.

La realidad es que la mayoría de los anticongelantes previenen del

congelamiento o sobrecalentamiento y generalmente no funcionan

adecuadamente en maquinaria para equipo pesado. No pueden proveer la

protección balanceada que su sistema de enfriamiento necesita para operar

eficientemente bajo condiciones extremas de presiones y

temperaturas. Pero, ¿qué son los anticongelantes?

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¿Qué son los anticongelantes?

Los anticongelantes son compuestos químicos que se añaden a los líquidos

para reducir su punto de solidificación, logrando de esta forma que la

mezcla resultante se congele a una temperatura más baja.

El anticongelante es un producto que, a pesar de su denominación, juega

un papel más importante en verano que en invierno, puesto que su función

se realiza en el circuito que “refrigera” el motor; por esa razón también se

llama refrigerante. No obstante, en invierno también el líquido cumple

funciones básicas para el funcionamiento y para la vida del motor.

Requerimientos de un anticongelante

Como habíamos mencionado anteriormente, el anticongelante es el fluido

que se añade al agua en el circuito de refrigeración para enfriar el motor

durante la marcha y ayudar así a la disipación del calor. Dadas las grandes

cilindradas y potencias y severos regímenes de funcionamiento de los

motores actuales, se alcanzan unas temperaturas en la camisa de los

cilindros y a lo largo del ciclo de refrigeración que obligan a elevar el punto

de ebullición del fluido refrigerante, para que éste no llegue a vaporizar y no

se formen burbujas que generen zonas sin adecuada capacidad de

transmisión el calor.

Debido a esto, el requisito fundamental que se exige al líquido

anticongelante es que tenga un punto de ebullición elevado y una alta

conductividad térmica. Así mismo, el fluido debe permanecer líquido incluso

en los ambientes más fríos, por lo que se debe bajar también lo más posible

su punto de congelación.

Por otra parte, se debe evitar la formación de cualquier depósito mineral que

pueda precipitar en los tubos del radiador, obstruyéndolos, y que son

especialmente peligrosos cuando se emplea agua muy dura para la

refrigeración.

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Aplicaciones del anticongelante

Una aplicación típica es añadirlos a la gasolina y el diesel para evitar su

solidificación en invierno, así como al agua del circuito de refrigeración de

los motores para que funcionen expuestos a temperaturas extremas. Otra

aplicación es inhibir la corrosión de los sistemas de refrigeración que a

menudo contienen una gama de metales electroquímicamente

incompatibles (aluminio, hierro fundido, cobre, soldaduras de plomo,

etcétera).

Como norma general se debe sustituir cada dos años (o cada 40,000

kilómetros) todo el líquido del circuito de refrigeración, porque en ese tiempo

el líquido ha perdido ciertas cualidades, como las anticorrosivas, y no

precisamente las de anticongelante, que solamente disminuirían.