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Laboratorio de Química Orgánica, Agosto de 2015

Temperatura de ebullición Edward Charrís Sanson1& Faiber Morales1 1

Universidad del Atlántico Facultad de Ciencias Programa de Biología

Re s ume n La presente práctica se realizó con el fin de aprender algunas técnicas que se usan para hallar el punto de ebullición de algunos compuestos y además con el fin de aprender a manipular los materiales necesarios para ello. Para realizar esta práctica se usó el método del capilar, el método de micro-reflujo para medir la temperatura de ebullición a presión ambiente y se usó además el método de presión reducida. Se armaron equipos diferentes para cada tipo de prueba. Y se usó agua como muestra para la realización de los métodos. Se compararon los resultados obtenidos por cada método y se analizaron dichos datos observando variación en cada uno de ellos, puesto que en los métodos para la presión atmosférica hay variación en la exactitud y en el método de presión reducida como su nombre lo indica la presión que afecta al sistema no es la atmosférica sino una presión reducida por la succión que ejerce sobre el sistema. Concluyendo de esta manera que el método mas exacto a utilizar para hallar temperaturas de ebullición es el método del capilar.

Uno de los instrumentos más utilizados, para el análisis de compuestos, es el termómetro, con el cual podemos determinar la temperatura de una sustancia y así también conocer su punto de ebullición y fusión, los cuales son muy útiles al tratar de establecer si diferentes muestras corresponden a una misma o diferentes sustancias.

Introducción El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido. La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar.

Parte experimental  Materiales y métodos

Para realizar la experiencia se necesitaron los siguientes implementos y reactivos: Implementos

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo inducido - dipolo inducido o puentes de hidrógeno).

1 Banda de caucho o hilo. Etanol Glicerina o aceite mineral. 1 Tubo de ensayo. 1

Charris & Morales.: Temperatura de ebullición

Piedritas de ebullición.

por minuto hasta cuando el burbujeo fue constante, en este momento se detuvo el calentamiento y se anotó la temperatura. Cuando dejaron de salir las burbujas del tubo capilar y el líquido ascendió por este se leyó nuevamente la temperatura, en este momento la presión de vapor dentro y fuera del capilar era igual a la presión atmosférica, siendo la temperatura leída en el termómetro justo en ese momento el punto de ebullición aproximado

1 Malla metálica. Agua. 1 Trípode o aro metálico con soporte. 1 Vidrio de reloj. 1 Erlenmeyer de filtración al vacío de 250 mL. 2 Pinzas con nuez 2 Capilares cerrados en un extremo. 1 Bomba de vacío. 1 Mechero y manguera. 1 Beaker pequeño o tubo de Thiele 1 Termómetro (0º - 100º C). La temperatura de ebullición se halló de dos formas una haciendo dicha medición a presión atmosférica y otra a presión reducida. Para la medición de la temperatura de ebullición a presión atmosférica se usaron dos métodos: el del método del capilar y el método de microreflujo se llevó a cabo armando el equipo mostrado en la figura 1, Luego se colocaron 50 mL de agua en un Erlenmeyer y se adicionaron una o dos piedras de ebullición (material poroso) con lo cual se aseguró que el líquido ebullera uniformemente. El termómetro se ajustó de tal forma que el bulbo estuviese por encima de la superficie del líquido. Luego se procedió a calentar el sistema gradualmente hasta alcanzar la temperatura de ebullición, Anotando el valor cuando la temperatura permaneció constante durante unos 15 a 20 segundos. El método del capilar consistió en tomar un capilar cerrado y sumergirlo con la parte cerrada hacia arriba en un tubo de ensayo que contenía una pequeña cantidad de la muestra líquida (agua), se usó 1 mL. El tubo de ensayo se calentó en un baño de aceite mineral. Inicialmente se observará el desprendimiento de burbujas de aire atrapado dentro del capilar. El calentamiento se realizó a una velocidad aproximada de uno a dos grados

Figura 1. Equipo a través del cual se trabajó la temperatura de ebullición del agua. A. para el método del capilar y B. para el método de microreflujo. Para el método de presión reducida se tomó un Erlenmeyer con desprendimiento lateral y se colocó agua fría (temperatura ambiente) y se conectó el desprendimiento lateral del Erlenmeyer por medio de una manguera rígida a un sistema de vacío. Se hizo succión mientras se calentaba suavemente el sistema hasta el punto de ebullición a una presión reducida. Se anotó el valor de temperatura. Por ultimo se compararon las dos temperaturas de ebullición y se estimaron la presión de vapor del agua para cada temperatura de ebullición. 2

Laboratorio de Química Orgánica, (2015)

emite vapores, por lo tanto, en el capilar hay aire y vapor del líquido. Al calentar el sistema, el aire se dilata y la presión de vapor del líquido aumenta. Como se tiende a restablecer el equilibrio entre las presiones interior del tubo capilar y la atmosférica, salen burbujas del capilar. Si continuamos calentando, aumenta la temperatura, aumentarán aún más las presiones del aire y del vapor del líquido, por lo que también aumenta la velocidad de salida de las burbujas, hasta que se forma un rosario continuo de burbujas. En este momento, la presión atmosférica y la presión de vapor del líquido se han igualado, por consiguiente, la temperatura que indica el termómetro, sumergido en el líquido en ensayo, corresponde al punto de ebullición de ese líquido (Ramírez, C, 2011).

Figura 2. Equipo a través del cual se trabajó la temperatura de ebullición del agua por medio del método de presión reducida.

A comparación del método del micro-reflujo que no posee ese “barómetro” que posee el método del tubo capilar que cumple esa función, no toma una temperatura exacta sino una aleatoria puesto que no se tiene certeza de cuando la presión de vapor es igual a la presión atmosférica lo que hace inexacto al método.

Resultados y discusión Al realizar cada uno se los pasos del procedimiento para la experiencia se obtuvieron unos datos de las temperaturas de ebullición del agua para cada método, estos datos se muestran en la tabla 1.

Por otra parte el método de presión reducida aleja mucho más a la temperatura de ebullición real a la tomada experimentalmente, dado que este método como ya se explicó anteriormente, se basa en reducir la presión a la cual se mide la temperatura a través de un equipo de succión. Al reducir la presión del sistema consigo disminuirá la temperatura de ebullición del líquido. (Dupont-Durts & Gokel, 1985)

Tabla 1. Datos de las temperaturas de ebullición para cada uno de los métodos con los que se realizó la práctica. Método y Muestra Capilar, muestra problema De micro-

T. Ambiente

T. Burbujas

T. Constante

33 ºC

50 ºC

65 ºC

28 ºC

71 ºC

99 ºC

reflujo Capilar,

33 ºC

40 ºC

63 ºC

muestra agua Presión

28 ºC

50 ºC

88 ºC

Conclusiones A través de la práctica se pudo corroborar que hallar el punto de ebullición a partir del método del capilar es un acierto, puesto que este método es un método que muestra resultados muy exactos de los puntos de ebullición mostrados en la literatura puesto que el tubo capilar que se le añade muestra el instante en que la presión de vapor del líquido y la presión atmosférica son iguales y por ende mostrando en ese instante la temperatura exacta de ebullición de dicho líquido.

reducida



Del análisis de los resultados podemos destacar la gran precisión que posee el método del capilar ya que la acción del tubo capilar al ser colocado con el extremo cerrado hacia arriba, queda retenido aire. Además, en la interfase aire - líquido, la superficie de este último

Preguntas

1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la ebullición y del punto de ebullición corregido.

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Charris & Morales.: Temperatura de ebullición

2. ¿Cuál será el punto de ebullición a 200 mm Hg del agua según la figura 1? Explique.

3R/: En barranquilla es posible comparar los puntos de ebulliciones de los compuestos con los que uno encuentra en la literatura, debido a que estamos sobre el nivel del mar, eso quiere decir que nos encontramos a 1 atmósfera de presión (condiciones normales).

3. ¿Se pueden comparar directamente los puntos de ebullición medidos en Barranquilla con los puntos de ebullición normales reportados en la literatura?

4. A un hidrocarburo desconocido se le midió su punto de ebullición normal y dio 81º C. también se le midió su densidad dando 0,724. Consultando textos o manuales apropiados identifique el hidrocarburo explicando su procedimiento.  Solución

4R/: El ciclohexano: Punto de ebullición: 80,7°C Punto de fusión: 6,47°C Punto de inflamación: -18°C Temperatura de auto ignición: 260°C Límites de explosión (inferior/superior): 1,2 / 8,3 vol.% Presión de vapor: 104 hPa (20°C) Densidad (20/4): 0,778

1R/: Los principios fisicoquímicos de la ebullición consiste en las propiedades que hacen que las moléculas disminuye la cohesión de las moléculas, esto se debe a que la presión interna (la presión del compuesto) iguala a la presión del vapor (la presión del ambiente), y esto es gracia a la energía térmica suministrada al aumentar la temperatura, por eso los puntos de ebullición de los compuestos varían según la altura a la que se haga el experimento.

Dadas las características experimentales mencionadas de T= 81°C y densidad 0,724, y al compararlas con las encontradas en la literatura podemos inferir que el hidrocarburo en mención es el ciclohexano.

Punto de ebullición corregido: Cuando se desea hallar el punto de ebullición de un compuesto se debe tener en cuenta a la altitud a la que se realiza la toma de la muestra, puesto que la presión difiere según la altura, para ello se ideó una fórmula que estima el aumento o descenso al momento de hallar el punto de ebullición, se debe multiplicar la diferencia de las presiones, por el valor referido en la tabla (los valores de corrección usados están definidos por la literatura teniendo en cuenta la polaridad del compuesto y la temperatura a la que se encuentra ). Este valor permite estimar de forma más adecuada la temperatura de ebullición de una sustancia en cierta altitud.

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Bibliografía Frro UTN. (s.f.). Frro UTN. Recuperado el 7 de

Marzo de 2014, de Frro UTN: http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/qu imica/1_anio/quimigeral/Pto._de_Ebullición5.pdf

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2R/: La presión en este caso influirá en el punto de ebullición, eso se debe a que la presión y la temperatura son directamente proporcionales, es decir que a mayor presión mayor será la temperatura para que se del cambio de líquido a gaseoso, sin embargo se maneja un estándar en la presión para establecer un universalidad en los puntos de ebullición, para eso se toman condiciones normales (a 1 atm de presión o 760 mm Hg).

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Udea. (s.f.). Docencia udea. Recuperado el 2014 de Marzo de 7, de Docencia udea: http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimi co/02practicas/practica06.html.

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Dupont-Durts, H., & Gokel, G. (1985). Química orgánica experimental. Reverte. 47pp.