Crioscopia

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Crioscopia

  1. 1. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II E.A.P. Ing. Química 2
  2. 2. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II Práctica # 2 Determinación Crioscópica del Peso Molecular • Objetivo:  La determinación de la constante crioscópica del solvente y el peso molecular del soluto disuelto en él, mediante el método criscópico o del descenso del punto de congelación. • Principios Teóricos:  Si en lugar de un líquido puro tenemos una disolución, un líquido al que se le ha agregado otra sustancia llamada soluto, cuando disminuimos la temperatura, las moléculas del soluto impiden que se unan entre sí las del líquido, interponiéndose entre ellas. Con esto, ahora el líquido no solidifica como cuando esta puro, sino a una menor temperatura: disminuye su punto de fusión, este hecho se conoce como descenso crioscópico. Cuanto mayor sea la cantidad de soluto añadida al líquido, mayor será también el descenso crioscópico de la disolución. También el descenso crioscópico tiene utilidad práctica: la eliminación de nieve de las carreteras y los anticongelantes para vehículos.  Por lo tanto el punto de congelación de un disolvente disminuye cuando una sustancia se disuelve en él, esta disminución es proporcional a la concentración molecular de la sustancia disuelta. En consecuencia, es posible calcular el peso molecular de la sustancia disuelta teniendo en cuenta la disminución del punto de congelación producida cuando un peso conocido de sustancia es disuelta en un peso conocido de disolvente. La relación entre variables es la siguiente: − K cd .Ws .1000 PM s = Wd .∆T …….. (1) Donde: E.A.P. Ing. Química 3
  3. 3. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II PMS: Peso molecular del soluto disuelto. WS: Peso del soluto en gramos. Wd: Peso del disolvente en gramos. Kcd: Constante crioscópica del disolvente. ∆ T= (Tº - Tcd): descenso del punto de congelación. Tº: Temperatura de congelación del disolvente puro. Tcd: Temperatura de congelación de la solución. La constante crioscópica Kcd, conocida también como disminución molecular, depende exclusivamente de las características o propiedades fisicoquímicas del disolvente. Mediante la disminución en grados ºC del punto de congelación, cuando 1 gramo de soluto se disuelve en 100 gramos de disolvente se puede determinar la constante Kcd utilizando la siguiente formula: − W .∆T . PM s K cd = d …….. (2) 1000.Ws Donde: PMS: Peso molecular del soluto disuelto. WS: Peso del soluto en gramos. Wd: Peso del disolvente en gramos. Kcd: Constante crioscópica del disolvente. ∆ T: descenso del punto de congelación. La constante Kcd también se puede calcular con la ecuación siguiente: 0,02(T º ) 2 K cd = − …….. (3) ∆H f Donde: ∆ Hf: Calor latente de fusión del disolvente puro. T: Temperatura de fusión del disolvente puro. E.A.P. Ing. Química 4
  4. 4. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II Solvente Punto de Kcd ∆ Hf congelación ºC Agua 0,0 18,6 79,1 Ácido Acético 16,7 39,0 43,1 Benceno 5,5 50,0 30,1 Nitrobenceno 6,0 70,0 22,3 Benzofenona 48,1 98,0 23,7 Azobenceno 69,0 83,0 27,9 Cuando una sustancia (soluto) se disuelve en un disolvente, la presión de vapor del disolvente disminuye, como resultado, el punto de congelación, el punto de ebullición y la presión osmótica del líquido disolvente sufren una variación. La magnitud de estos cambios solo depende del numero de partículas del soluto y no de la naturaleza (propiedades fisicoquímicas) del soluto. Las propiedades del disolvente que solo dependen del numero de partículas del soluto en la solución se denominan propiedades coligativas. Es importante que el soluto no se disocie, de tal manera que el número de moléculas de soluto en la solución sea igual al número de moléculas añadidas. • Aparatos y reactivos:  Aparatos: • Aparato crioscópico formado por un termómetro. • Hornilla. • Vaso de precipitado. • Tubos de ensayo. • Balanza.  Reactivos: • Naftaleno. • Azufre E.A.P. Ing. Química 5
  5. 5. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II • Procedimiento Experimental: a) Determinación de la constante crioscópica del disolvente (naftaleno-C10H8): 1. Pesar un tubo de ensayo en una balanza analítica con una exactitud de +/- 0,01 g. 2. Añadir aproximadamente 25 gramos de disolvente (naftaleno) y vuelva a pesar con precisión en la balanza analítica. 3. Llenar un vaso de 200 ml con agua hasta las ¾ partes de su contenido total y caliente hasta unos 90 ºC. Fije el tubo de ensayo con una pinza dentro del vaso de agua caliente y espere que ocurra la fusión del disolvente. 4. Cuando ha fundido la mayor parte del disolvente, inserte el termómetro y el agitador en el tubo de ensayo. E.A.P. Ing. Química 6
  6. 6. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II 5. Cuando ha fundido todo el disolvente, suspenda el calentamiento y retire el vaso de baño María, secando el exterior del tubo de ensayo. 6. Agitar continuamente el liquido fundido en el tubo de ensayo a medida que se enfría evitando enfriamiento brusco por corrientes de aire frío. Tome las lecturas de la temperatura cada 10 segundos hasta obtener varios valores constantes de la temperatura, que corresponden al punto de congelación del disolvente puro. 7. Repita todo el procedimiento y tome el promedio de las dos lecturas del punto de congelación del disolvente. b) Determinación del Peso Molecular de un soluto desconocido (azufre).  1% de Azufre en naftaleno: % Azufre Naftaleno Total 0,1% 0,1 99,9 100 10% 10 90 100 1% 0,1 9,9 10 1. Pesar 0,1 g de muestra de soluto desconocido en un recipiente. 2. Añadir la muestra al tubo de ensayo que contiene disolvente puro, con el cual se determinara la curva de enfriamiento. 3. Vuelva a pesar el recipiente que contenía el soluto para obtener por diferencia el peso exacto de muestra añadido al tubo de ensayo conteniendo disolvente. 4. Calentar el tubo de ensayo y su contenido en el baño María hasta que se funda totalmente y la disolución sea homogénea. 5. Retire el tubo de ensayo ya fundido del baño Maria, secar y dejar que ocurra el enfriamiento lento, y empiece anotar los valores de la temperatura cada 10 segundos. E.A.P. Ing. Química 7
  7. 7. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II • Cálculos: a) Calcule la constante crioscopia utilizando la ecuación (2). − W .∆T . PM s K cd = d 100.Ws Donde: PMS: Peso molecular del soluto disuelto. WS: Peso del soluto en gramos. Wd: Peso del disolvente en gramos. Kcd: Constante crioscópica del disolvente. ∆ T: Descenso del punto de congelación. Datos: PMS: 32,066 g/mol = 0,0321 kg/mol WS: 0,1 g Wd: 9,9 g ∆ T: (79,6ºC-78.3 C) = 1,3ºC = 1,3K 9,9 g × 1,3K × 32,01 g K cd = mol 1000 × 0,1g K cd = 4,12 K g mol b) Determine el peso molecular del soluto disuelto empleando la ecuación (1). De acuerdo a su resultado indicar a que sustancia corresponde el soluto. − K cd .Ws .1000 PM s = Wd .∆T Donde: PMS: Peso molecular del soluto disuelto. WS: Peso del soluto en gramos. Wd: Peso del disolvente en gramos. Kcd: Constante crioscópica del disolvente. E.A.P. Ing. Química 8
  8. 8. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II ∆ T = (Tº - Tcd): descenso del punto de congelación. Tº: Temperatura de congelación del disolvente puro. Tcd: Temperatura de congelación de la solución. − 4,12 K g × 0,1g × 1000 PM s = mol 9,9 g × 1,3K − PM s = 32,01 g mol c) Graficar los datos de temperatura y el tiempo para obtener las curvas de enfriamiento. Una grafica para el disolvente puro y disolvente mas soluto desconocido. Determine los puntos de congelación respectiva y luego ∆ T respectivos. E.A.P. Ing. Química 9
  9. 9. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II Curvas esquemáticas de enfriamiento: a) y c) corresponden al disolvente puro; b) y d) corresponden a una disolución, Las curvas c) y d) muestran sobreenfriamiento. • Gráfica de la solución: Tº(ºC) vs t (min) E.A.P. Ing. Química 10
  10. 10. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II t(min) T(ºC) 0 98.6 1 98.4 • Gráfica del solvente puro: Tº(ºC) vs t (min) 2 97.8 3 96.1 4 94.1 5 92.2 6 90.1 7 88.5 8 86.9 t(seg) T(ºC) 9 Punto de 85.2 congelamiento 0 98 10 83.6 1 96.3 11 81.3 2 92.3 12 80.3 3 88.7 13 79.3 Punto de congelamiento 4 86.1 14 78.7 T(ºC) vs t(min) 5 84 15 78.3 6 82.8 16 120 77.9 17 77.4 7 80.8 100 T(ºC) vs8 t(min) 79.6 18 76.6 80 9 78.8 19 74.9 T(ºC) 60 74.1 120 20 10 77.8 21 40 73.3 100 11 76.8 22 20 72.4 80 12 75.7 23 0 70 13 74.6 24 068.9 10 20 30 40 60 50 14 73.2 25 67.6 t(min) 40 15 71.8 26 66.7 20 16 70.2 T(ºC) 27 65.6 28 64.3 17 68.9 0 29 62.6 0 5 18 10 15 67.4 20 25 30 61.2 19 65.9 t(min) 31 60.1 20 64.4 32 59.2 21 63 33 58.4 22 61.6 34 57.6 23 60.3 35 56.9 36 56.1 37 55.3 38 54.6 39 54.1 40 53.4 E.A.P. Ing. Química 11
  11. 11. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II • Cuestionario: a. Deduzca la ecuación (1) a partir de la definición del descenso del punto de congelación y concentración molecular.  Partimos de la definición de molalidad: moles.soluto m= masa.disolvente(kg )  Reemplazamos datos generales: Ws W s × 1000 − PM s × 1000 m= − …. α m= Wd PM s × W d Donde: m = molalidad. Ws =peso del soluto en gramos. Wd = peso del solvente en gramos. PMs = peso molecular del soluto.  Por otro lado tenemos la siguiente ecuación: ∆T = K cd × m …. β  Reemplazamos α en β : Ws × 1000 ∆T = K cd × − PM s × Wd − K cd × Ws × 1000 PM s = Wd × ∆T b. ¿Es posible aplicar el método de crioscópico para la determinación del peso molecular de todo tipo de sustancias? E.A.P. Ing. Química 12
  12. 12. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II  El método crioscópico o del punto de congelación es satisfactorio para disoluciones que contengan solutos volátiles, tales como el alcohol, ya que el punto de congelación de una disolución depende sólo de la presión de vapor del disolvente. Este método es fácil de aplicar, y conduce a resultados de gran exactitud para disoluciones de moléculas pequeñas o de bajo peso molecular. c. ¿Por qué se produce el sobreenfriamiento?  El sobreenfriamiento es el proceso de enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación sin que este se haga sólido.  El sobreenfriamiento se produce debido a que el enfriamiento se realiza de manera tan abrupta, que no hay tiempo (literalmente) para que cambie de estado (líquido a sólido). Ejemplo: Cuando se produce una precipitación con unas temperaturas muy frías, originalmente se encuentra en forma de nieve. Pero si esta nieve pasa por una capa de aire cálida a unas decenas de metros de altura, ésta se funde y se transforma en lluvia. Sin embargo, con unas temperaturas bajas (por debajo de los 0ºC) en las capas inferiores, esta lluvia sufre un proceso de sobreenfriamiento. Paradójicamente, este proceso de superenfriamiento hace que el agua llegue a una temperatura mucho más baja de la que debería necesitar para solidificarse y, a pesar de todo, no lo hace. Esto es debido a que para que el agua se solidifique a su temperatura normal necesita un núcleo de solidificación (en agua pura son los pequeños cristales de hielo). Pero si se parte de agua líquida que se enfría rápidamente no le da tiempo a formar cristales de hielo necesarios para solidificarse a la temperatura normal.´ • Conclusiones: E.A.P. Ing. Química 13
  13. 13. La Chira Martínez Reysond Laboratorio de Fisicoquímica II  Las propiedades de una solución que depende de la concentración de las partículas de soluto y no de su identidad se conocen como propiedades coligativas.  Las propiedades coligativas incluyen disminución de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, descenso del punto de congelación y de la presión osmótica.  El descenso crioscópico o descenso del punto de congelación de una solución diluída depende de la concentración de soluto y del tipo de solvente utilizado.  El punto de congelación de una sustancia pura desciende cuando a la sustancia se le adiciona un soluto.  A partir del punto de fusión observado y conociendo el punto de fusión del solvente puro y la constante crioscópica de éste, es posible determinar la masa molecular del soluto.  Cuando aumenta la concentración del solvente dentro del soluto, el tiempo transcurrido para que alcance la temperatura de congelación tendrá que ser mayor.  Se cumple que al disminuir el punto de congelación aumenta la temperatura de ebullición.  Para el naftaleno, la relación existente entre el descenso de la temperatura de fusión y la molalidad de la solución es 6,97° K g/mol, valor que representa la constante crioscópica (Kcd). E.A.P. Ing. Química 14

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