Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química
Laboratorio de Equilibrio y Cinética
Práctica 6. ‘’Propiedades Coligativas. Soluciones de Electrolitos Fuertes. ’’
Esperanza Martínez Mariana Guadalupe López Salgado Karla Alejandra Salgado Mendoza Rodrigo Equipo 3
Grupo 26
19/marzo/2014
PROPIEDADES COLIGATIVAS. SOLUCIONES DE ELECTROLITOS FUERTES.
OBEJTIVOS.
Analizar el efecto de la adición de diferentes cantidades de un soluto fuerte sobre el abatimiento de la temperatura de fusión de un disolvente. Determinar la temperatura de congelación de disoluciones acuosas de un electrolito fuerte, a diferentes concentraciones, a partir de curvas de enfriamiento. Comparar la temperatura de congelación de soluciones de electrolito fuerte (NaCl y CaCl2) a la misma concentración.
INTRODUCCIÓN. El numero de iones presentes en la solución afecta las propiedades coligaticas de una solución electrolítica. Por ejemplo esperamos que el descenso del punto de congelación acuoso provocado por una solución de 0.01m de NaCl sea del doble del efectuado por una solución de sacarosa de 0.01m, suponiendo una disolución total de la primera. En el caso de las sales disociadas de forma incompleta, la relación es más complicada porque nos proporciona otra forma de medir el grado de disociación de un electrolito. Definamos un factor i, llamado factor de Van´t Hoff (en honor del químico danés Jacobus Hendricus van´t Hoff, 1852-1922) de la siguiente manera:
Si una solución contienen N unidades de un electrolito y si α es el gr ado de
disociación, Mv+ XvN(1-α)
v+Mz+
+ v+Xz-
Nv+ α Nv_α
Existirán N(1-α) unidades disociadas y (N v+ α + N v_ α), o Nvα iones en solución en equilibrio, donde v = v+ +v_ .Ahora podemos escribir el factor de van´t Hoff como
( )
Hemos asumido que no hay pares de iones presentes.
PROBLEMA. Determinar la relación de la temperatura de congelación de soluciones de no electrolito y de una electrolito fuerte, a la misma concentración.
DISEÑO EXPERIMENTAL. Se observará el punto de solidificación de dos diferentes soluciones con soluto de NaCl y CaCl 2 a diferentes concentraciones (0.25m, 0.50m, 0.75m y 1m) a través de la elaboración de curvas de enfriamiento de las mismas. Posteriormente con ayuda de dichas curvas podremos observar las propiedades del soluto y verificaremos que las disoluciones solidifican a temperaturas inferiores a las del solvente puro. Finalmente evaluaremos la pendiente de la gráfica (T° solvente puro – Tf disolución) vs. m (mol/kg) para obtener la constante crioscópica del agua con base en el efecto de la [no e] sobre su temperatura de congelación.
P R O P I E D A D E S D E L A S S U S T A N C I A S Y TO X I C I DA D
Agua destilada. Soluciones acuosas de NaCl: Estable bajo condiciones normales. Las soluciones muy concentradas pueden causar irritación. El polvo ocasiona enrojecimiento y puede ser perjudicial para los ojos. Soluciones acuosas de CaCl2: El Cloruro de calcio es una sal blanca y cristalina empleada para la preparación de salmueras, empeladas por si solas o en sistemas de emulsión inversa. Debe de evitar contacto con la humedad, así mismo como el tener cercanía con materiales incompatibles como: aluminio, estaño, zinc, oxido borico, oxido de calcio, ácido sulfúrico. Sal de grano (NaCl): Sólido blanco, cristalino, higroscópico. Soluble en agua, glicerol y alcohol.
Hielo: No corrosivo para la piel. No es irritante para la piel. No es sensibilizador para la piel. No irritante a los ojos. No es peligroso en caso de ingestión. No es peligroso en caso de inhalación. No es irritante para los pulmones.
METODOLOGÍA EMPLEADA.
DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.
Realizamos las mediciones de temperatura en intervalos de 10 segundos. Se señala con sombreado en la tabla la temperatura a la que comenzó a congelar nuestra muestra.
Tabla 1. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y soluciones de NaCl.
Temperatura (°C) Sistema H 2O NaCl/H 2O Tiempo(seg 0m 0.25m )
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
16.1 13.5 9.1 7.7 4.7 2.2 0.3 3.5 1.8 0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3
20.2 16.1 13.5 9.5 7.4 4.9 4.3 4.0 2.4 0.5 0.8 0 -0.7 -1.7 -3.1 -2.9 -3.6 -2.6 -1.5 -1.4 -1.4 -1.4
0.5m
0.75m
1m
16.8 12.1 8 4.9 2.6 6 4.2 3.7 2.1 0.3 -0.7 -1.9 -3.2 -3.9 -2.5 -2.3 -2.3 -2.3
24 22.1 20 19.3 17.4 15.2 11.6 12.1 10.2 7.6 5.6 7.4 5.2 2.8 0.7 -1.3 -0.7 -0.3 -1.6 -4.2 -4.3 -4.3 -4.3
16.1 11.5 7.6 6.1 4.8 1.5 -0.6 -2.1 -3.2 -4.2 -4.6 -4.7 -5.2 -6.6 -5.5 -5.1 -4.1 -4.1 -4.1
Tabla 2. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones de CaCl2. Sistema
Tiempo(seg) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
Temperatura (°C) H 2O CaCl 2 /H 2O 0.0
0.25m
0.5m
0.75m
1m
16.1 13.5 9.1 7.7 4.7 2.2 0.3 3.5 1.8 0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3
17.3 7.6 5.4 2 -1.9 -3.7 -1.4 -1.3 -1.3 -1.3
15.4 8.9 4.9 1 -1.7 -3.4 -2.1 -2.1 -2.1 -2.1
18.4 8.4 4.8 0.7 -1.9 -3.7 -4.9 -5.7 -6.3 -6.8 -3.5 -3.3 -3.3 -3.3
14.1 9.3 12.5 10.3 8.2 6.6 5.6 3.9 2.5 1.4 0 -0.8 -1.5 -2.4 -3.1 -3.6 -4.4 -4.2 -4.1 -4.1 -4.1
Tabla 3. Valores de temperatura de congelación del agua y de las soluciones de NaCl y CaCl2. m/(moles kg -1 )
t/(°C)
T/(K)
/(K)
NaCl/Agua 0.25 0.50 0.75 1 CaCl2/Agua 0.25 0.50 0.75 1
-0.3 -1.4 -2.3 -4.3 -5.1 -0.3 -1.3 -2.1 -3.3 -4.1
272.85 271.75 270.85 268.85 268.05 272.85 271.85 271.05 269.85 269.05
0 1.2 2 4 4.8 0 1 1.8 3 3.8
ALGORITMO DE CÁLCULO. a) Calcular la disminución de la temperatura de congelación y tiempo en las disoluciones. ( )
NaCl : ( ) ( ) ( ) ( )
CaCl2 : ( ) ( ) ( ) ( )
GRÁFICOS. Gráficos (temperatura vs tiempo) de cada uno de los sistemas, utilizando los datos de la tabla 1 y 2.
Gráficos tabla 1 NaCl Grafico 1.1 o.om H2O Tiempo(seg) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
0.0m
16.1 13.5 9.1 7.7 4.7 2.2 0.3 3.5 1.8 0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3
Grafico 1.2 0.25m NaCl Tiempo(seg) 0.25m
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
20.2 16.1 13.5 9.5 7.4 4.9 4.3 4 2.4 0.5 0.8 0 -0.7 -1.7 -3.1 -2.9 -3.6 -2.6
190 200 210 220
-1.5 -1.4 -1.4 -1.4
Grafico 1.3 0.50m NaCl Tiempo(seg) 0.5m
10
16.8
20
12.1
30
8
40
4.9
50
2.6
60
6
70
4.2
80
3.7
90
2.1
100
0.3
110
-0.7
120
-1.9
130
-3.2
140
-3.9
150
-2.5
160
-2.3
170
-2.3
180
-2.3
Grafico 1.4 0.75m NaCl Tiempo(seg) 0.75m
10
24
20
22.1
30
20
40
19.3
50
17.4
60
15.2
70
11.6
80
12.1
90
10.2
100
7.6
110
5.6
120
7.4
130
5.2
140
2.8
150
0.7
160
-1.3
170
-0.7
180
-0.3
190
-1.6
200
-4.2
210
-4.3
220
-4.3
230
-4.3
Grafico 1.5 1.0m NaCl Tiempo(seg) 1m
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
16.1 11.5 7.6 6.1 4.8 1.5 -0.6 -2.1 -3.2 -4.2 -4.6 -4.7 -5.2 -6.6 -5.5 -5.1 -4.1 -4.1 -4.1
Gráficos tabla 2 CaCl2 0.25m Tiempo(seg) 0.25m
10
17.3
20
7.6
30
5.4
40
2
50
-1.9
60
-3.7
70
-1.4
80
-1.3
90
-1.3
100
-1.3
Grafico 2.1 0.50m Tiempo(seg) 0.5m
10
15.4
20
8.9
30
4.9
40
1
50
-1.7
60
-3.4
70
-2.1
80
-2.1
90
-2.1
100
-2.1
Grafico 2.2 0.75m Tiempo(seg) 0.75m
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
18.4 8.4 4.8 0.7 -1.9 -3.7 -4.9 -5.7 -6.3 -6.8 -3.5 -3.3 -3.3 -3.3
Grafico 2.3 1.0m CaCL2 Tiempo(seg) 1m
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
14.1 9.3 12.5 10.3 8.2 6.6 5.6 3.9 2.5 1.4 0 -0.8 -1.5 -2.4 -3.1 -3.6 -4.4 -4.2 -4.1 -4.1 -4.1
2.- Grafico de la disminución de la temperatura de congelación en función de la concentración de las disoluciones de NaCl y CaCl2 ΔT /(K)
m/(moles kg -1 )
0 1.2 2 4 4.8
NaCl/Agua 0.25 0.5 0.75 1
0
CaCl2/Agua
1
0.25
1.8 3 3.8
0.5 0.75 1
ANÁLISIS DE Resultados 1.- Explicar cómo varía la temperatura de congelación de las disoluciones en función de la concentración del cloruro de sodio y del cloruro de calcio, de acuerdo a los datos que se encuentran en las tablas 1 y 2. A mayor concentración molal presente en la solución, mayor es el tiempo en el que alcanza la temperatura de congelación dicha solución. 2.- Explicar por qué la temperatura de los sistemas objeto de estudio permanece constante en cierto intervalo de tiempo. Este es el intervalo donde se alcanza el equilibrio entre la fase líquida y la fase sólida. 3.- Explicar el comportamiento del gráfico de la disminución de la temperatura de congelación en función de las concentraciones de cloruro de sodio y de cloruro de calcio; proponer una ecuación que los describa. El descenso en el punto de congelación conforme aumenta la concentración se debe a la siguiente razón: la congelación implica la transición de un estado desordenando a un estado ordenado. Para que esto suceda, el sistema libera energía. Como en una disolución hay mayor desorden que en el disolvente, es necesario que se libere una mayor energía para generar orden en el caso de un disolvente puro. Por ello la disolución tiene menor punto de congelación que el disolvente. Mientras mayor sea la concentración del soluto, menor será la presión de vapor y por lo tanto, menor el punto de congelación. Sin embargo, al tratarse de soluciones de electrolitos fuertes, también se considera su factor de Van´t Hoff, dado que este valor indica la magnitud en la que descenderá el punto de congelación. Así pues la disminución de la temperatura de congelación del cloruro de calcio es mayor que la del cloruro de sodio, puesto que el CaCl2 presenta un factor más grande que el NaCl. Presenta más partículas disueltas el cloruro de calcio que el cloruro de sodio. La ecuación que lo describe es: ∆T de fusión = i Kf msoluto
Donde,
Kf = constante que depende del disolvente. i = Factor de Van´t Hoff 4. Analizar el gráfico de ∆Tf (cloruro de sodio) vs. ∆Tf (no electrolito) y ∆Tf (cloruro de calcio) vs. ∆Tf (no electrolito), proponer una ecuación que lo describa. Explicar
cuál es el significado de cada uno de los términos de la ecuación. La relación existente entre la ∆Tf tanto del cloruro de sodio como d el cloruro de calcio contra la ∆Tf (no electrolito) de ambas disoluciones, deja ver que a medida
que aumenta la concentración de las disoluciones también lo hacen dichos valores de manera proporcional. Al relacionar ambas disminuciones de temperatura, el valor de la pendiente proporcionada es igual a la magnitud del efecto sobre las propiedades coligativas, esta magnitud: es el factor de van´t Hoff. Dicha magnitud depende del número real de partículas en disolución después de la disociación. 5. Comparar el valor del factor van´t Hoff teorico con el experimenal NaCl : NaCl(teórico) : 2.0 CaCl2 : CaCl2 (teórico): 3.0
CONCLUSIONES. Una propiedad coligativa, depende de la concentración de la sustancia. A partir del número de partículas disueltas podemos predecir que tanto va a disminuir la temperatura de congelación. La disminución de la temperatura de congelación en las soluciones de electrolitos en mucho mayor que en las soluciones de no electrolitos, esto debido al aumento del número de partículas disociadas, que está ligado con el factor de Van’t Hoff, que se refiere al número de partículas
disociadas del electrolito. El punto de congelación de la disolución a diferentes concentraciones es menor que la del liquido puro. En el caso de disoluciones de electrolitos fuertes el tiempo para determinar el punto de congelación fue más rápido que en el caso de disoluciones de no electrolitos. El factor de van´t Hoff, solo es un parámetro útil para conocer el número de especies presentes provenientes de un soluto tras la disolución del mismo en un disolvente dado.
APLICACIONES DEL TEMA.
En la industria se le pueden dar varios usos como la formulación de soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general.
Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo. En la vida cotidiana en los lugares de clima frio, en invierno se debe agregar anticongelante en el radiador de los automóviles.
MANEJO DE RESIDUOS. Ya que las sustancias que utilizamos solo fueron agua destilada y disoluciones orgánicas, por lo que éstas últimas se desecharon en plantas, el agua se desechó en la tarja, Finalmente se lavó y devolvió el material utilizado.
BIBLIOGRAFÍA.
David W. Ball, (2004), Fisicoquímica, Editorial Thomson, Keith J. Laidler, (1997), Fisicoquímica, Editorial CECSA. Lange, N. (1998), Lange. Manual de Química. McGraw-Hill.
