UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA Laboratorio de Fisicoquíica
DESCENSO CRIOSC!"ICO
Da#i$o Arturo %ora$es "u$&ari# 'o(##ata# De$&ado
"ro)esor* '(o#ata# Restre+o
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DESCENSO CRIOSC!"ICO O1'ETIVOS Conocer las propiedades coligativas de las soluciones. Comprender una de las propiedades coligativas mediante la práctica. Entender las propiedades coligativas. Determinar la constante crioscópica, K f de un solvente. Calcular el peso molecular de un soluto desconocido a partir del descenso del punto de congelación de una solución. Observar como varía el punto de congelación de un solvente puro a medida que se le agrega un soluto.
DATOS E2"ERI%ENTALES Datos Te3ricos Volumen de tertbutanol! " m# Densidad del tertbutanol! $.%&' g(m# )asa de ácido ben*oico +C -"COO-! $./0 g )asa de muestra problema! $./"1% g )asa molar del ácido ben*oico! '//.'/ g(mol )asa molar del tartbutanol! %2.' g(mol Kf tertbutanol! &.03C.4g(mol )uestra problema5 6cido ben*oico
Datos E4+erie#ta$es Tie+o 5se&u#dos6
Tert8buta#o$
'" 0$ 2" $ %" 1$ '$" '/$ '0" '"$ '" '&$ '1"
/.1 /.& /.% /." /.2 /" /2.% /2 /0 //. //.2 //.0 //.'
Te+eratura 7C t8buta#o$9a: t8buta#o$9a:be#;oico9uestra be#;oico /2." '&.% /2 '&." /0.2 '&.0 //. '&.' //./ '%.1 /'.& '%.% /'." '%. /'.' '%.2 /$.% '%.' /$./ '.& '1.1 '. '1. '.0 '1.0 '.'
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//./ //.% /0.0
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'".1 '". '"." '".2 '".0 '"./ '"./ '".' '".' '" '2.1 '2.& '2.% '2. '2.2 '2.2 '2.0 '2.0 '2./ '2.' '2
7emperaturas de congelación
So$uci3# So$
Te+eratura de co#&e$aci3# 7C //.2 '&.0 '2.2
Nota* la temperatura de congelación se obtuvo mediante la observación de los cristales en las soluciones.
%ODELO DE C>LCULO Gr=)ica /
Tiempo vs Temperatura Tert-butanol 30 f(x) = - 0.02x + 27.29 R² = 0.83
25
20
15
10
5
0 0
50
100
150
200
250
300
Gr=)ica ,
Tiempo vs Teperatura Tert-butanol + Ácido benzoico 30 25 f(x) = - 0.02x + 23.37 R² = 0.89
20 15 10 5 0 0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Gr=)ica ?
Tiempo vs Temperatura t-butanol + Ácido benzoico + muestra 20 18
f(x) = - 0.01x + 18.33 R² = 0.94
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
100
200
%ODELO DE C@LCULO )asa tertbutanol! ∆ T = K f ∙ m
0.781 g
mL
∙ 5 mL=3.905 g
Ec. '
∆ T =T cong .. solvente puro −T cong .. delasolución K f =¿
Constante crioscópica del solvente. m! molalidad del soluto de solvente. Despe8ando la constante crioscópica de la Ec. ' K f =
m=
∆ T m Ec. /
w2 ∙ 1000 g / kg M 2 ∙ w
Ec. 0
9/! masa de soluto 9! masa de solvente )/! masa molar del soluto
300
400
500
600
'$$$ se e:presa como '$$$g(4g ;empla*ando la Ec.0 en la Ec. / K f =
∆ T ∙ M 2 ∙ w w2 ∙ 1000 g / kg Ec. 2
-allando Kf del terbutanol
7emperatura de congelación tertbutanol puro < +7ertbutanol = ácido ben*oico ∆ T =( 22.4 −18.3 ) °C = 4.1 ° C =277.1 ° K
K f =
4.1 °C ∙ 122.12 g / mol∙ 3.905 0.2636 g ∙ 1000 g / kg
g
=7.42
°C∙kg ° K ∙kg = 501.3 mol mol
Despe8ando de la Ec. 2 ) / para encontrar la masa molar de soluto de la muestra problema K f ∙ w2 ∙ 1000 g / kg M 2= ∆T∙w
( 22.4
∆ T
=
M 2=
14.4
−
501.3 °
) ° C
8 ° C =281 ° K
=
K ∙ g / mol∙ 0.2597 g ∙ 1000 g / kg =118.64 g / mol 281 ° K ∙ 3.905 g
>ara ?allar el ∆ H fus , utili*amos la siguiente ecuación5 2
K f
=
R T f M 1000 ∆ H fus
;! &.0'% @(mol.3K 7f !temperatura de fusión del solvente puro en 3K )! peso molecular gramo del solvente ∆ H fus =¿ calor de fusión molar del solvente.
Despe8ando el ∆ H f 5
2
∆ H fus
=
R T f M 1000 ∙ K f 2
∆ H fus =
8.317 J / mol∙ ° K ∙ 298
!rror =
2
° K ∙ 74.1 g / mol =109.17 J / mol 1000 ∙ 501.3 ° K ∙ g / mol
" # teorico −" #real ∙ 100 " #teorico
>orcenta8e de error para la masa molar de la muestra problema5 !rror =
122.12−118.64 122.12
∙ 100 = 2.85
>orcenta8e de error para la constante crioscópica del tertbutanol5 !rror =
8.3−7.42 8.3
∙ 100 =10.6
RESULTADOS K f
:0, 7C:B&-o$
Masamolar muestra pro$lema
//:0, &-o$
∆ H fus
/.:/ '-o$
!rror muestra pro$lema
,:
!rror constantecrioscópica
/.:
CAUSAS DE ERROR Ana de las más grandes causas de error en la práctica, fue en el momento de agitar el sistema. Como se agitaba con un material alargado tipo cuc?ara, cuando se sacaba Bste del sistema, ?acía que se perdieran cantidades de muestra, que se ve afectado en nuestro resultado. 7ambiBn en el momento de estar agitando el sistema, ?ubo pBrdida de muestra por la fuer*a con la que se agitara. )alas mediciones en la toma de nuestros implementos a traba8ar. Como lo fue el tiempo, mediciones volumBtricas. El soluto aadido en el tubo de ensao con el tertbutanol, gran parte quedo entre las paredes del tubo, la otra si solubili*ó con el tertbutanol.
lgFn error de factor ?umano como es medidas e:actas en muestra problema, del ácido ben*oico del terbutanol
AN>LISIS DE DATOS En la práctica reali*ada se observó que el descenso crioscópico depende Fnicamente de la cantidad de solutos adicionados al solvente puro. Dentro de las aplicaciones que Bste tiene, es la determinación del peso molecular de las sustancias. -a que tener en cuenta que la solución debe ser diluida, a que en concentraciones mu altas, Bsta se sale de la idealidad el punto de congelación respecto al solvente puro tiene una diferencia notoria, lo que ocasiona maor tiempo en llegar al punto de congelación. En las gráficas se observa que antes del punto de congelación, el descenso de la temperatura respecto al tiempo presenta un comportamiento lineal, lo cual indica que la velocidad de cambio de fase de las partículas es constante. Cuando se acerca al punto de congelación, Bsta velocidad aumenta, incrementando la energía cinBtica de las partículas en solución por tanto, un leve aumento en la temperatura. >osteriormente se observa que la temperatura es constante mientras se congela todo el solvente, es decir mientras ba8a más la temperatura. Guestro e:perimento parte desde el monta8e de dos tubos de ensao de diferente diámetro uno dentro del otro. En el de menor diámetro se le agregaron " ml de terbutanol, este monta8e es para reducir el c?oque tBrmico entre el terbutanol . Calentado ?asta 0$HC, con el bea4er repleto de ?ielo agua. #a formación de los primeros cristales de terbutanol. >arten por los alrededores del punto de congelación, lo cual ocurrió a una temperatura de //,2HC. El terbutanol del procedimiento anterior lo calentamos para aumentar su temperatura ?asta /&HC. #uego le adicionamos $./0 gramos de ácido ben*óico esperamos a que su temperatura ba8ara a los /'HC para repetir el procedimiento anterior. Gos dimos cuenta, e:perimentalmente que, su punto de congelación fue de '&.0HC. #uego a esta misma me*cla le agregamos $./"1% gramos de una muestra problema que para nuestro caso fue acido ben*oico repetimos el procedimiento antes descrito, para obtener e:perimentalmente una temperatura de congelación de '2.2 HC. #a elección del disolvente está determinada, en la maoría de las ocasiones por la solubilidad reactividad química de la sustancia, cuo peso molecular se quiere medir. Ie consiguen resultados de maor garantía cuando se utili*a un disolvente cua constante de descenso del punto de congelación tenga un valor elevado. El fenómeno que se presentó en nuestra practica eventualmente nos muestra que cuando reali*amos la adición de por primera ve* del ácido ben*oico se evidencio la ba8a en la temperatura de congelación. demás cabe destacar tambiBn que como nuestra muestra problema era coincidencialmente acido ben*oico, al agregar apro:imadamente la misma cantidad agregada anteriormente observamos e:perimentalmente que el descenso en la temperatura de congelación fue apro:imadamente igual al obtenido en la parte anterior esto debido a que se agregaron las Jmismas cantidades.
partir de esto se puede deducir la ecuación para determinar la constante crioscópica, que no depende sino de las características propias particulares del disolvente considerándose como una propiedad coligativas.
CONCLUSIONES •
#as propiedades de una solución depende de la concentración de las partículas de soluto, no de su identidad, se conocen como propiedades coligativas. partir de las propiedades coligativas se puede determinar el peso molecular de un soluto desconocido. demás, en las industrias son utili*adas
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El punto de congelación de una sustancia pura desciende cuando a la sustancia se le adiciona un soluto. El descenso en el punto de congelación es una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor por parte del solvente al agregarle un soluto. El cambio en la presión trae como consecuencia un cambio en el punto de ebullición, congelación fusión. #as propiedades coligativas incluen disminución de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, descenso del punto de congelación de la presión osmótica. El descenso en el punto de congelación es mu utili*ado actualmente en diferentes procesos industriales. El punto de fusión el de congelación para una sustancia pura a una determinada presión, están a la misma temperatura.
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