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PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES

INTRODUCCIÓN Propiedades coligativas de las soluciones, en esta práctica se utilizará varias determinaciones para calcular el peso molecular del soluto para medir el punto de ebullición y de fusión. Se tendrá en cuenta la siguiente ecuación para llevar a cabo esta práctica: PM: 1000.Ke.W2/(Te.W2) Por medio del baño de María el cual servirá como proceso para determinar el punto de ebullición del hexano a partir del capilar que se introdujo en el tubo de ensayo, posteriormente se determina el punto de fusión del naftaleno con azufre hasta que este esté disuelto. La importancia de esta práctica es determinar la variación del punto de ebullición y de fusión de un disolvente en presencia de un soluto y que este se derive para calcular el PM.

OBJETIVOS GENERAL. Determinar el punto de ebullición (Te) y el punto de fusión (Tc) de un disolvente.

ESPECIFICOS. Determinar la variación del punto de ebullición (Te) de este disolvente, por la Presencia de un soluto. Determinar el punto de fusión de una solución de este disolvente y un soluto no Volátil, no disociable. Calcular el peso molecular de cada soluto

FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARTE A: DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR POR EL MÉTODO DEL PUNTO DE EBULLICIÓN. De acuerdo con la Ley de Raoult si en 1.000 g de un disolvente se disuelve un mol de cualquier soluto no volátil, no disociable, esto provoca un aumento en el punto de ebullición, que es constante para dicho disolvente. Si se emplean dos moles de soluto en la misma cantidad de disolvente el aumento será proporcionalmente mayor, o sea el doble en este caso. Lo anterior quiere decir que todas las soluciones de un mismo disolvente (acuosas por ejemplo), que tengan la misma molaridad tendrán igual punto de ebullición. Este hecho puede utilizarse para calcular el peso molecular de un soluto desconocido. Cómo se demuestra en teoría, el peso molecular del soluto se puede calcular por la fórmula.

​1.000 x Ke x W2 ​PM = ---------------------------(Te x W1)

Ke = Constante ebulloscópica molal del disolvente. Para el agua Ke = 5,02oC.Kg/mol. W2 = g de soluto usados en la experiencia W1 = g de disolvente usados en la experiencia Te = Elevación del punto de ebullición, determinada experimentalmente. Te = Ke. M

PARTE B. DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR POR EL MÉTODO CRIOSCÒPICO. La adición de un soluto a un disolvente hace descender en general el punto de congelación de este. Para un disolvente dado, el descenso del punto de congelación (descenso crioscópico) es directamente proporcional al número, no la clase de moléculas disueltas en una cantidad determinada del disolvente. Se ha determinado experimentalmente que un mol (6.0228 x 1023) de moléculas de cualquier no electrolito disuelto en 1 Kg de agua disminuye su punto de congelación en 1.86oC; es decir los cristales de hielo empiezan a formarse cuando la temperatura descienda a -1.86oC. La cantidad en que disminuye el punto de congelación al disolverse 1 mol de un no electrolito en un kg de disolvente se denomina constante crioscópica molal del disolvente. En este caso el disolvente es Naftaleno, cuya Kc. = 6,9. El grado en el que el punto de congelación de un

disolvente dado se reduce debido a la presencia de cierta cantidad de un soluto desconocido, puede emplearse para calcular el peso molecular de un soluto. En la experiencia a realizar se va a determinar la masa molecular del S determinando el descenso crioscópico de una disolución en la que se conocen las masas de S y del naftaleno. Del descenso crioscópico determinado, se deduce el número de moles de soluto disueltos en cada 1.000 g de naftaleno. Como se conocen la masa de S que ese número de moles presenta, podrá obtenerse la masa de 1 mol de S.

MATERIALES Y REACTIVOS 1 Tubo de ensayo grande 2 Termómetros de -10oC a 110oC 1 Tubo de vidrio de 50 cm de longitud 1 Tapón de corcho bihoradado 1 Beacker de 400 mL 1 Soporte universal 1 Aro metálico 1 Malla metálica con asbesto 1 Pinza para condensador 1 Estufa o plancha de calefacción 1 Mechero de Bunsen,

1 Vidrio de reloj 1 Probeta de 50 mL 1 Espátula metálica 1 Agitador de vidrio Balanza analítica 3 Capilares Tetracloruro de carbono

REACTIVOS

Naftaleno, Glicerina, Azufre, Dioxano.

METODOLOGÍA DEL PROCEDIMIENTO

CÁLCULOS DE LOS RESULTADOS PARTE A. determinación del peso molecular por el método del punto de ebullición Lecturas

Pto de ebullición del

Pto de ebullición de la

C4H8O2 puro en (°C)

solución en (°C) naftaleno + dioxano

1

80.°C

90°C

2

86.3°C

94°C

3

101.1°C

96°C

4

101.1°C

100°C

5

101.1°C

104°C

Promedio de los últimos 5 valores Volumen de C4H8O2

= 10 mL

Peso del C4H8O2

= 10,3 g

Peso del soluto

= 7.51 *10​-4 g ​ C10H8

Elevación del punto de ebullición = 101°C Molalidad de la solución

= 0.57 m

Moles del soluto

= 5,86* 10​-3

Peso molecular del soluto

= 127.92 g/mol

Wslv = 10 mL *

1.03 g C4H8O2 1mL C4H8O2

Nsto = 0.7509 C10H8*

= 10,3 g

1 mol C10H8 128 g C10H8

= 5.86* 10​-3​ mol

m=

5.86*10−3 mol 0.0103 kg

10,3 g * Ke = PM =

te m

1 kg 1000 g

=

= 0.57 m

= 0.0103 kg C4H8O2

101.1°c 0,57 m

1000*ke*wsto T e wsto

= 177.36°c/m =

(1000).(177.36)(7.51*10−4 ​ 127.9 g/mol = (101.1°c)( 0.0103kg)

PARTE B. determinación del peso molecular por el método crioscópico Peso del tubo de ensayo

= 31.321 g

Peso del tubo de ensayo con el naftaleno

= 36.775 g

Peso del naftaleno

= 5.454

Peso del soluto

= 0.5603 g

Punto de congelación de la disolución

= 74°C

Punto de congelación del disolvente

= 77°C

Descenso crioscópico

= 0.01687

Masa de S por cada 1.000 g de naftaleno

= 0.00057604 g

Masa de un mol de azufre

= 0.03125 g

Formula de la molécula de S en solución

= S​6

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Esta práctica es de gran importancia para nosotros que seguimos en el campo de la química nos pudimos dar cuenta que tan importante es tener conocimiento acerca de las propiedades coligativas. Dos métodos muy necesarios para nuestro proceso de formación como el punto de ebullición y el método crioscópico, es importante saber que las propiedades coligativas no dependen de la naturaleza del soluto presente, sino del numero de moléculas de soluto en

reacción. Los resultados fueron muy buenos trabajaron a nuestro favor casi no hubo margen de error por lo que se nos hizo fácil de seguir con el proceso de la practica.

CUESTIONARIO PARTE A. Y PARTE B. PARTE A.

6.1. Determinar el peso molecular del soluto teniendo en cuenta los resultados del experimento. / ​RPTA.

Wslv = 10 mL *

1.03 g C4H8O2 1mL C4H8O2

Nsto = 0.7509 C10H8* m=

5.86*10−3 mol 0.0103 kg

10,3 g * Ke = PM =

te m

1 kg 1000 g

=

= 10,3 g

1 mol C10H8 128 g C10H8

= 5.86* 10​-3​ mol

= 0.57 m

= 0.0103 kg C4H8O2

101.1°c 0,57 m

1000*ke*wsto T e wsto

= 177.36°c/m =

(1000).(177.36)(7.51*10−4 ​ 127.9 g/mol = (101.1°c)( 0.0103kg)

6.2. Comparar el PM. Obtenido experimentalmente con el dado por la formula molecular del​ ​soluto.

PM obtenido: 127,9 g/mol PM formula; 128 g/mol Los pesos moleculares son muy parecidos, lo que cabe resaltar que el margen de error fue muy pequeño lo que significa que no tuvimos en cuenta al momento de pesar o mirar bien los pasos a seguir dicho por el procedimiento. 6.3​ ​¿Qué función cumplen los capilares? La función que cumplen los capilares es básicamente señalar en que temperatura se está dando el cambio de estado, ya que cuando observemos un corriente de burbujas, estas al mismo tiempo producen un ascenso capilar producto del trabajo que está haciendo el vapor del gas, entonces, en conclusión este fenómeno nos muestra en que temperatura en la cual se da el punto de ebullición de la sustancia. 6.4 ¿por qué se empleó el tapón de corcho y no de goma? Porque el de corcho nos permite incluir unos o más agujeros para poder insertar el tubo de un embudo u otro material, ya que el tapón de goma puede utilizarse para sellar frascos y guardarlos para prevenir contaminación.

6.5 ¿Cuál es la función del tubo de vidrio largo? La función que desempeña el tubo largo la podemos relacionar con la misma finalidad de las fronteras de un sistema termodinámico ya que este mismo separa el solvente o a la solución del baño de maría, y por lo tanto lo único que se intercambia entre el baño y el solvente o solución es energía pero no materia (sistema cerrado). 6.6 ¿Explicar por qué razón el punto de ebullición de la solución es mayor que el punto de ebullición del solvente puro. sabemos que, cuando a un solvente se le adiciona un soluto no volátil, este producirá una disminución en la presión de vapor del solvente debido a que las moléculas de soluto forman una capa que dificulta el paso de moléculas de vapor del solvente puro ( o por las fuerzas atractivas soluto- solvente en el caso que las haya), y esto trae como consecuencia que el diagrama de fases de la solución se ubique por debajo del diagrama del solvente puro; por lo tanto si comparamos los dos diagramas de fase observaremos que habrá una disminución en la temperatura de fusión y un aumento en la temperatura de ebullición (propiedades coligativas).

PARTE B. 5.1Construir una gráfica de calentamiento y una de enfriamiento del naftaleno y de la disolución, en el papel milimetrado (temperatura en función de tiempo).

5.2 explicar en qué forma podrían afectar las siguientes situaciones el valor calculado del peso molecular 5.2.1. Perdida de disolvente por volatilización Matemáticamente lo podemos explicar sabiendo que: PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

∆ T = Kc * m

Sea W​0​ = cantidad inicial de solvente W​f​ = cantidad final de solvente Como

W​f​ < W​0 ​

y

W​0​ = W​2

Según la ecuación m=

n sto Kg ste

para nsto = constante

Entonces m​f​ > m​0 ​ por lo tanto ∆ T​f ​ > ∆ T​0 y​ la ecuación PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

Donde Ke​,​ W​1​ permanecen constante y como W​2​ = W​0​ > W​F​ (el valor del numerador disminuye) y Tef > T Lo que implica que el valor del denominador aumenta. Entonces, PM sin pérdida de disolvente > PM con pérdida de disolvente 5.2.2. Perdida de la muestra durante su transferencia al tubo de ensayo. PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

Como W​2 > ​ W​f

Donde W​2​ = masa del soluto sin pérdida de muestra y W​f ​= masa del soluto con pérdida de muestra → W​1 = ​ masa del solvente → De la ecuación m =

n sto Kg ste

, donde ​n​0​ < ​n​f

∆ e​ = m *Ke​ = constante Se concluye que ​m​f < ​ m​0​ y por lo tanto → ∆ T​e f​ < ∆ T​e 0 Entonces PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

Como Ke = constante y W​1 =constante y W​2​ está disminuyendo y Te = m * Ke disminuye, ​ entonces se concluye que si

Y si

∂W ∂T

>

∂ Te ∂T

∂ Te ∂T

>

∂ W2 ∂T

{disminuye rápidamente}

{disminuye lentamente}

Pero en general PM​0​ < PM​f 5.2.3. Las lecturas del termómetro tienen un error de 1ºC en el intervalo de 0ºC a 100ºC. Este error afecta única y exclusivamente a ∆ T​e​ pero como está relacionado con la molalidad según la ecuación ∆ t = m *Ke, entonces también está relacionado con el número de mol del soluto y los Kg del solvente.

Consideremos el error como 1°C entonces ∆ T​e sin error < ∆ T​e con error y además m sin error < m con error y por lo tanto de esta última ​ ​ expresión m=

n sto Kg ste

si la molalidad está aumentando es porque n sto aumento mientras Kg ste permanece

constante o disminuye y por tal motivo de la expresión PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

si consideramos a Te

como la variable en el cual se presenta la razón de cambio sin llegar a sumar su efecto sobre la variable en el número de moles y en la cantidad de este se concluye que: PM sin error > PM con error Si el error es de -1°C → ∆ T sin error > ∆ T​ ​con error Y si consideramos a ∆ T como única variable de cambio sin llegar a valorar el cambio en el número de moles y la cantidad de solvente, entonces de la expresión PM =

1000 * Ke * W 2 Te * W1

concluimos que PM con error > PM sin error 5.3 ¿Qué significa alotropía? Alotropía:​ es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras atómicas o moleculares diferentes.​ Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular (distintos sistemas cristalinos) se llaman alótropos. El azufre tiene la mayor

variedad de formas alotrópicas (S2, S4, S6 y S8), que pueden encontrarse principalmente en lugares propensos a erupciones volcánicas. Sin embargo, dos formas alotrópicas de azufre destacan, siendo que ambas poseen la fórmula S8, esto es, sus moléculas son formadas por ocho átomos de azufre unidos en forma de anillo. La diferencia se encuentra solamente en las disposiciones de sus moléculas en el espacio. Los dos principales alótropos de azufre tienen la fórmula S8. Veamos las características de cada uno de los tipos: Azufre rómbico o azufre α (alfa): esta es la forma alotrópica más estable del azufre y, por lo tanto, la más común. Aparece en forma de cristales amarillos y transparentes. Azufre monoclínico o azufre β (beta): este alótropo de azufre está presente en la forma de agujas finas y opacas, como se muestra en la figura siguiente. Es menos estable que el azufre rómbico, su punto de fusión es mayor (119 °C) y tiene el mismo punto de ebullición (444,6 °C). 5.4. ¿Cuáles son las formas alotrópicas del azufre y que nombre reciben? El azufre tiene la mayor variedad de formas alotrópicas (S2, S4, S6 y S8), que pueden encontrarse principalmente en lugares propensos a erupciones volcánicas. Sin embargo, dos formas alotrópicas de azufre destacan, siendo que ambas poseen la fórmula S8, esto es, sus moléculas son formadas por ocho átomos de azufre unidos en forma de anillo. La diferencia se encuentra solamente en las disposiciones de sus moléculas en el espacio Los dos principales alótropo de azufre tienen la fórmula S8. Azufre rómbico o azufre α (alfa):​ esta es la forma alotrópica más estable del azufre y, por lo tanto, la más común. Aparece en forma de cristales amarillos y transparentes. Formato de azufre

Formato de azufre rómbico Azufre monoclínico o azufre β (beta​): este alótropo de azufre está presente en la forma de agujas finas y opacas, como se muestra en la figura siguiente. Es menos estable que el azufre rómbico, su punto de fusión es mayor (119 °C) y tiene el mismo punto de ebullición (444,6 °C). Formato de azufre monocíclico

Formato de azufre monocíclico 5.5 ¿cuál es la fórmula del azufre que usted utilizó en el laboratorio?

Δt​0​ = 77°C - 74°C= 3°C Kf (C10H8)= 5.12°c. Kg/mol msto (s)= 0.5603 msto= 5.2534 g

Δt​0 ​= Kf.

msto M sto 1 M ste* 1000g

kf .1000.msto Δt.mste

M=

=

5,12 (1000)(0,5603 3(5,2534)

= 182,024 g/mol

Entonces podría ser ​S​5 Ó​ S​6 ​ 5.6 ¿por qué se tomo naftaleno o alcanfor y no éter? Porque el éter tiene la capacidad de volatizarse muy rápido con cualquier sustancia y por lo cual para esta práctica se necesita una sustancia que tenga un punto de ebullición alto y que no se volatice rápidamente. 5.7 Con los datos obtenidos calcular la concentración de la solución de azufre en naftaleno. En: a). %P/P b). Molalidad c). Molaridad.

a. %P/P =

0.5 g 5.7534 sln

* 100 = 8.7%

b. 5.2534 g C10H8 *

n azufre = 0.5 g *

1 mol s 32 g s

1kg 100g

= 5.2534 *10​-3 ​ kg /mol

= 0.016 mol s

m=

n sto kg ste

=

0.016 mol 5.2534*10−3

= 3.046 m

c. M = v nslnsto(l) 0.5 g *

1 mL 2,07 g

= 0.24 mol s

5.2534 g C10H8*

1 ml 1,14 g

= 4.61 ml C10H8

Vsln= Vsln + vsto = 4,61 ml + 0.24 ml = 5.09ml 1L -3 ​ Vsln = 5.09 ml * 1000 ml = 5.09* 10​ L

M=

0.016 mol 5.09*10−3 l

= 3.14 M

5.8. Determinar el peso molecular del soluto (azufre)

PM =

1000.Ke.wsto wsln. Δt c

Δtc = Tste – sln Δtc = 90°C – 77°C Δtc = 13°C ckg

PM =

(1000)(6.09° mol )(1 g) (5.2534 g)(13°c)

PM = 44.6 kg/mol 5.9. Explicar por qué razón el punto de congelación de la solución es menor que el del solvente puro.

Esto se debe a una de las propiedades coligativas que es el descenso crioscópico, la magnitud de dicho descenso solo depende de la naturaleza de soluto disuelta.

5.10. ¿En los países donde hay invierno, como se aplican las propiedades Coligativas? Estas propiedades coligativas son aplicadas en esos países porque pueden evitar accidentes o trancones en las vías, es decir la temperatura puede descender bajo 0°C, por lo que muchos automóviles que vayan a velocidades grandes pueden sufrir accidentes graves, debido a la perdida de adherencia de las llantas sobre el pavimento. Estos países toman muchas medidas de responsabilidad en verter sal sobre los caminos congelados, ya que el punto de congelación de una sustancia pura es mayor que el de una disolución. CONCLUSIÓN En general se puede calcular el peso molecular del compuesto a partir de su punto de ebullición, midiendo su temperatura en diferentes intervalos de tiempo. De igual modo se calcula el punto de fusión en el cual exista un compuesto entre el Naftaleno y el azufre teniendo en cuenta que el punto de fusión del naftaleno puro es mayor que el del naftaleno + azufre. Se pudo adquirir conocimiento sobre el proceso en el cual estas soluciones adquirieron su fusión y ebullición en diferentes tiempos. Y así mismo se tuvo en cuenta que el solvente en presencia del soluto en el proceso de fusión y ebullición tiende a ser menor por la presencia de moléculas de soluto presentes en esta solución.

BIBLIOGRAFÍA 1. GARCIA R. AUBAD Y ZAPATA. Ed. cid Medellín-Colombia 2. BRICENO C Y RODRIGUEZ L. Química general Ed.Educativa. Bogotá 3. Kennet w. Química general. Mc GRAW HILL. México 1996 PETRUCCI R. H Y HARWOOD W. S. Química general principios y aplicaciones modernas.