Laboratorio de Fisicoqumica 2 Determinacin crioscpica del peso molecular

I. RESUMEN

En la siguiente prctica se trata sobre la determinacin crioscpica del peso molecular, nuestro objetivo fue lograr determinar el peso molecular de un soluto mediante el mtodo crioscpico o del descenso del punto de congelacin, adems de estudiar el efecto que tiene la adicin de pequeas cantidades de soluto sobre el punto de fusin de este disolvente.Se determino la masa molecular de la urea (soluto) disuelto en el agua (solvente), a travs de la medicin de la temperatura de fusin de una solucin que contiene masas conocidas de ambos componentes. Las condiciones del laboratorio fueron de una temperatura de 20C, una presin atmosfrica de 756 mmHg y un porcentaje de humedad relativa de 96%. El peso molecular obtenido experimentalmente fue de 62.78 con un error de 12,1 %. Este mtodo es efectivo por el porcentaje de error relativamente bajo. Para obtener mejores resultados se debe calibrar correctamente el termmetro Beckmann.

II. INTRODUCCION

La determinacin crioscopia del peso molecular tiene mucho usos y aplicaciones. Entre ellas estn las siguientes: Es muy til para la determinacin de masas moleculares de solutos. Conocidas las propiedades del disolvente, a partir del descenso crioscpico se deduce lamolalidady, a partir de esta, si se conoce lamasadel soluto disuelta por kilogramo de disolvente, se puede obtener la masa molecular del soluto. Tambin se utiliza para saber la disminucin de latemperatura de congelacinde undisolventedebido a la presencia de unsolutose usa para evitar lasolidificacindelaguade refrigeracin en losmotores de combustin. Adems se aprovecha para eliminar capas de hielo de las carreteras, autopistas y pistas deaeropuertos. Para ellos se lanzacloruro de sodio(NaCl) ode calcio(CaCl2) sobre las placas de hielo, con lo que se disminuye la temperatura de congelacin y se funden las placas de hielo.Se utiliza en la industria para determinarmasas molecularesde productos qumicos que se fabrican, al igual que se hace a nivel de laboratorio. Tambin se emplea para controlar la calidad de los lquidos: la magnitud del descenso crioscpico es una medida directa de la cantidad total de impurezas que puede tener un producto: a mayor descenso crioscpico, ms impurezas contiene la muestra analizada. En laindustria agroalimentaria, esta propiedad se aprovecha para detectar adulteraciones en laleche.Existen mltiples aplicaciones analticas para el descenso crioscpico de los lquidos corporales (sangre,orina,lgrimas, etc.). Para realizar estas determinaciones se usa un aparato automatizado llamadocrioscopiouosmmetrode punto de congelacin que permite detectar en poco tiempo variaciones de milsimas del descenso crioscpico.

III. PRINCIPIOS TERICOS

Partculas disueltas, y no de cul sea la naturaleza qumica de las mismas: se llaman propiedades coligativas. Estas son la disminucin de la presin de vapor, la presin osmtica, el aumento del punto de ebullicin y el descenso del punto de fusin. En esta prctica se medir el punto de fusin (a la presin del laboratorio) del para-diclorobenceno (PDB). Seguidamente, se prepararn disoluciones de PDB y un soluto desconocido y se volver a medir el punto de fusin, pudiendo observarse que ser menor que cuando se tiene el disolvente puro. Finalmente, se duplicar la concentracin de soluto en la disolucin y se observar que la magnitud del descenso del punto de fusin (descenso crioscpico) se dobla. Este hecho pondr de manifiesto el carcter de propiedad coligativa del descenso crioscpico, que queda recogido en la ecuacin siguiente:

Tf = kf m

Donde:

Tf = descenso del punto de fusin = punto de fusin del disolvente puro punto de fusin de la disolucin. kf = constante crioscpica del disolvente m = molaridad de la disolucin (moles de soluto por cada kilogramo de disolvente)

Es importante tener en cuenta que slo las disoluciones ideales cumplen esta expresin. Se puede considerar como disolucin ideal a aqulla que no involucra un cambio notable en el tipo de interacciones moleculares que aparecen en la disolucin frente a las que haba en los componentes aislados (y por tanto el proceso de disolucin a presin constante no viene acompaado de prdida ni absorcin de calor), o bien a una que no es propiamente ideal, pero que est muy diluida. La constante de proporcionalidad kf depende slo de cul sea el disolvente. Cuando se conoce, se puede utilizar para predecir el descenso crioscpico de una disolucin de determinada molalidad, o bien para averiguar la molalidad de una disolucin cuyo descenso crioscpico se mide. En esta prctica se utilizar esta ltima aplicacin para determinar el peso molecular de un compuesto soluble en PDB (cuya constante crioscpica es 7.10 C/mola).

IV. DETALLES EXPERIMENTALES

4.1 MATERIALES

Equipo crioscpico de Beckmann Termmetro( 0.01C, digital) Vasos de 100 mL (pirex, 10mL) Pipeta graduada de 25 mL (pirex,1 mL) Cocinilla

4.2 REACTIVOS

Agua destilada Urea (solido,puro)

4.3 PROCEDIMIENTO TECNICO

4.3.1 Determinacin del paso molecular de un soluto en una solucin

V. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES 5.1 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

TABLA N 1: Condiciones experimentales de laboratorio

P (mmHg)756 mmHg

T (C)20 1 C

% HR96 2%

TABLA N2: Datos experimentales: Temperaturas y tiempo del Agua TCt(s)

4220

3.95230

3.87240

3.83250

3.95260

3.87270

3.83280

3.77290

3.72300

3.68310

3.64320

3.6330

3.55340

3.5350

3.45360

3.43370

3.36380

3.33390

3.29400

3.25410

3.22420

TCt(s)

3.18430

3.1440

3.05450

3.04460

3470

2.95480

2.9490

2.89500

2.85510

2.82520

2.72530

2.76540

4.3550

4.4560

4.44570

4.44580

4.44590

4.44600

4.44610

4.44620

4.44630

TCt(s)

510

4.9420

4.8330

4.840

4.7550

4.7460

4.7270

4.6980

4.6890

4.64100

4.62110

4.55120

4.5130

4.45140

4.38150

4.33160

4.25170

4.2180

4.15190

4.1200

4.04210

Tabla N3: Datos experimentales: Temperaturas y tiempo de la urea TCt(s)

4.19710

4.19720

4.19730

4.19740

4.19750

4.19760

4.19770

4.19780

4.19790

4.19800

4.19810

4.19820

4.19830

4.19840

4.19850

4.18860

4.18870

4.18880

4.18890

4.18900

4.18910

4.18920

4.18930

4.18940

4.18950

4.18960

4.18970

4.18980

4.18990

4.181000

4.181010

4.181020

TCt(s)

4.9510

4.8920

4.8430

4.7640

4.7450

4.6860

4.6470

4.4680

4.3790

4.3100

4.24110

4.19120

4.14130

4.1140

4.02150

3.97160

3.92170

3.89180

3.73190

3.69200

3.64210

3.57220

3.5230

3.46240

3.45250

3.4260

3.29270

3.24280

3.19290

3.14300

3.09310

3.03320

3330

2.97340

2.85350

TCt(s)

2.82360

2.79370

2.75380

2.72390

2.68400

2.65410

2.64420

2.6430

2.58440

2.54450

2.5460

2.47470

2.45480

2.41490

2.38500

2.36510

3.45520

4530

4.19540

4.19550

4.19560

4.19570

4.19580

4.19590

4.19600

4.19610

4.19620

4.19630

4.19640

4.19650

4.19660

4.19670

4.19680

4.19690

4.19700

TCt(s)

4.181030

4.181040

4.181050

4.181060

4.181070

4.181080

4.181090

4.181100

4.181110

4.181120

4.181130

4.181140

4.181150

4.181160

4.181170

4.181180

4.181190

4.181200

4.181210

4.171220

4.171230

4.171240

4.171250

4.171260

4.171270

4.171280

4.171290

4.171300

4.171310

4.171320

4.171330

4.171340

4.171350

4.171360

4.171370

4.171380

4.171390

4.171400

4.171410

4.171420

TCt(s)

4.171430

4.171440

4.171450

4.171460

4.171470

4.171480

4.171490

4.171500

4.171510

4.171520

4.171530

4.161540

4.161550

4.161560

4.161570

4.161580

4.161590

4.161600

4.161610

4.161620

4.151630

4.151640

4.151650

4.151660

4.151670

4.151680

4.151690

4.151700

5.2 TABLA DE DATOS TEORICOS

TABLA N4: Constante Crioscpica del agua [2]

Solventek (K.Kg Solv.mol-1)

Agua1.86

5.3 TABLA DE CALCULOS

TABLA N 6: Peso molecular de la urea

W2(urea)W1 (agua)=

Grafica Exel0.198324.95750.235462.78

Grafica papel milimetrado0.2852.78

5.4 TABLA DE RESULTADOS Y % DE ERRORES DEL TRABAJO DE LABORATORIO

TABLA N8: Peso molecular de la urea Valor tericoValor experimental% de Error

Peso molecular de la urea 5662.7812.01

Peso molecular segn grafica (milimetrado)5652.785.75

5.5 GRAFICOS (VER APENDICE)VI. ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

En la tabla N2 y 3 podemos observar que conforme avanza el tiempo la temperatura va descendiendo para luego aumentar y mantenerse constante. En el Grafico N1 (Excel) es el comportamiento de la urea en el solvente del agua el cual la temperatura desciende y luego aumenta descendiendo poco a poco. Para poder hallar la temperatura contante interceptamos las dos rectas que describen a la grafica lo cual se logra igualando ambas ecuaciones donde se hallo en valor de X que se reemplazo en una de esas ecuaciones hallando el valor de Y que fue de 4.2046. En el grafico N2 (Excel) es el del agua que tiene el mismo comportamiento que la urea solo que esta en momento su temperatura se mantiene constante. Se realizo el mismo procedimiento para hallar la temperatura constante siendo 4.44.

VII. CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES

En la siguiente prctica se obtuvieron errores relativamente bajos ya que esta tcnica es muy exacta para hallar el peso molecular mediante el mtodo crioscpico o del descenso del punto de congelacin; por lo que el objetivo se cumpli. Una posible forma de mejorar los resultados de esta prctica sera utilizar unas disoluciones un poco ms concentradas, de 5 10 gramos de soluto por cada 1000g de disolvente. Ntese que estos valores continan estando en el intervalo de disoluciones diluidas. Otra forma de mejorar la precisin, como ya se ha comentado, es medir el descenso para distintas concentraciones y ajustar a una recta por mnimos cuadrados, a partir de cuya pendiente se puede calcular la masa molecular del soluto. Para mejorar le exactitud del termmetro se debera calibrar cuidadosamente, enfriando y calentando ligeramente; no se debe calentar con agua a temperaturas mayores de 40C ya que es termmetro de decimas muy delicado.

VIII. BIBLIOGRAFIA

1. Barrow, Gordon M.,Qumica Fsica, Tercera edicin, editorial Revert, S.A., Espaa 1976, pg. 550-5542. Lide D, Handbook of Chimistry and Physics, CRC, 20093. Maron, Samuel H., Prutton, Carl F., Fundamentos de Fisicoqumica, 15va. Edicin, editorial Limusa, Mxico 1984, pg. 813-820

IX. APNDICE 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 10.1. CUESTIONARIO1. Defina el concepto general de una propiedad coligativa.

Las propiedades coligativas (del latn colligare = unir, ligar) de una disolucin son aqullas que dependen de la concentracin de soluto y no de la naturaleza del mismo, y estn relacionadas con las fuerzas de interaccin o cohesin entre molculas dependiendo de la cantidad de soluto presente, y en concreto con la presin de vapor que ejerce la fase de vapor sobre la fase lquida en un recipiente cerrado (lnea de equilibrio de fases). Experimentalmente se constata que a medida que se aade soluto a un disolvente, se alteran algunas propiedades fsicas de la disolucin. La disolucin es capaz de ejercer una presin osmtica, disminuye la presin de vapor en solutos no voltiles, el punto de ebullicin es mayor (aumento ebulloscpico) y el de congelacin, en disoluciones diluidas, disminuye respecto a la del disolvente puro. A este ltimo fenmeno (disminucin de la temperatura de fusin a presin constante) se le denomina descenso crioscpico (del griego kryos = fro; skopein = examinar).2. En un diagrama (PT) relacione y analice las temperaturas de ebullicin a una presin determinada, para el solvente y para una solucin.

Comparacin del diagrama de fases de la sustancia pura (H2O) y una disolucin (lnea discontinua).Tc es el descenso crioscpico, Te el aumento de la temperatura de ebullicin.

3. Escriba una ecuacin que permita determinar la constante crioscpica de un solvente y analice su dependencia.

M = Peso molecular de la sustancia disuelta.X = Peso en gramos de la sustancia disuelta.T= Descenso del punto de congelacin de la solucin.W= Peso en gramos del solvente Para esta expresin matemtica depende de los valores de Peso molecular de la sustancia disuelta, Peso en gramos de la sustancia disuelta, Descenso del punto de congelacin de la solucin y el Peso en gramos del solvente.

Donde:

L = Calor latente de fusinT= Temperatura de fusin del solvente en grados absolutos

La dependencia del valor de k para esta expresin matemtica es del Calor latente de fusin, Temperatura de fusin del solvente.

3.1. Graficas

Laboratorio de Fisicoqumica 2 Determinacin crioscpica del peso molecular

10

3.2. Otros

Grficos de Excel N1: Urea N2: Agua