CRIOSCOPÍA

INTRODUCCIÓN

Crioscopía es una palabra griega que quiere decir “Observación del enfriamiento” y por tal se encarga del estudio de la temperatura de solidificación de las soluciones.Es muy bien sabido que el punto de congelación del agua u otro líquido es disminuido por la adición de un soluto y fue puntualizado por Blagden hace ya cien años, que la depresión en el punto de congelación es directamente proporcional a la concentración de la solución. En el punto de congelación el sólido y el líquido se hallan en equilibrio y ambos deben tener la misma tensión de vapor.El trabajo de laboratorio que se ejecutó trata con la siguiente fórmula:

M = 1000 Kf w2

w1 T Donde:

M = peso molecular del soluto

Kf =constante crioscópica

W1 = peso del solvente

W2 = peso del soluto

T = diferencia de T

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CRIOSCOPÍA

RESUMEN

El contexto del presente informe abarca un amplio tema cuyo objetivo primordial es la de determinar el peso molecular de un soluto por el Método Crioscópico.Al agregar un soluto a un solvente puro, este produce un descenso en el punto de congelación.La depresión del punto de congelación de las soluciones proporciona un método excelente para determinar los pesos moleculares de los solutos, debido a que no es necesario que el soluto sea no volátil.Si conocemos la densidad del solvente a una temperatura dada y se tiene el volumen podemos hallar el peso; la constante crioscópica se puede obtener de datos tabulados en los libros. Trabajamos con un peso determinado de soluto y conociendo el descenso de la temperatura, se logrará conocer aproximadamente el peso molecular del soluto.

En el laboratorio se trabajó a las condiciones:

P(mmH

g)756

T(ºC) 21

HR 91%

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PRINCIPIOS TEÓRICOS

CRIOSCOPÍA.-

La masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada

puede determinarse midiendo la cantidad que desciende el punto de

solidificación de un disolvente, cuando se disuelve en él una cantidad

conocida de la sustancia no identificada. Este proceso que determina

las masas moleculares se denomina crioscopía.

PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN O PUNTO DE CONGELACIÓN.-

Temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada

se transforma en sólido.

El punto de solidificación de un líquido puro (no mezclado) es en

esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia en su

estado sólido, y se puede definir como la temperatura a la que el

estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en

equilibrio. El punto de solidificación de la mayoría de las sustancias

puede elevarse aumentando la presión. No obstante, en sustancias

que se expanden al solidificarse (como el agua), la presión rebaja el

punto de solidificación.

PUNTO DE EBULLICIÓN Y PUNTO DE CONGELACIÓN:

Tanto la elevación del punto de ebullición como el descenso del punto

de congelación son proporcionales al descenso de la presión de

vapor, siempre que sólo se consideren disoluciones diluidas de

solutos no volátiles. Para una masa fija de 1 kg de disolvente, el

cambio de temperatura viene dado por :

δT = Km/M

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Donde m es la masa de soluto, M la masa molecular relativa del

soluto y K la constante ebulloscópica o crioscópica, característica de

cada disolvente.

Descenso del punto de congelación de las soluciones:

Al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una

temperatura en la cual un solvente sólido comienza a separarse. La

temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto

de congelación de la solución, que de una manera más general se

define como aquella temperatura en la cual una solución particular se

halla en equilibrio con el solvente sólido. Las soluciones se congelan a

temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto

de congelación de una solución es, otra vez, una consecuencia directa

de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto

disuelto. Para darnos cuenta de este hecho, consideremos el

diagrama de presión de vapor-temperatura en el cual AB es la curva

de sublimación del solvente sólido, mientras que CD es de presión de

vapor del líquido solvente puro. En el punto de congelación de este

último, se hallan en equilibrio la fase sólida y la liquida y en

consecuencias ambas deben poseer idéntica presión de vapor. El

único punto de la gráfica en la cual ambas formas del solvente puro

tienen igual presión de vapor es en B, intersección de AB y CD, y, por

tanto, To, que corresponde a B, debe ser el punto de congelación del

solvente puro. Cuando en este se disuelve un soluto, hay un

descenso de la presión de vapor de este ultimo, y ya no hay equilibrio

a To, sino que se alcanza de nuevo cuando la curva de presión de

vapor de la solución, corta la de sublimación, y entonces

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tendremos el punto de congelación de la solución. Como la curva de

presión de vapor de la solución, EF, queda debajo de la del solvente

puro, la intersección de EF y AB tiene lugar solamente en un punto tal

como E para el cual la temperatura es menor que To. De aquí que

cualquier solución deba tener un punto de congelación T, menor que

la del solvente To.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A) Materiales y reactivos :

- Aparato crioscópico de beckmann.

- Termómetro

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- Pipeta aforada de 25ml

- Vasos

- Solvente orgánico

- Soluto: naftaleno, p-diclorobenceno ó p-nitrotolueno

B) Determinación del peso molecular de un soluto en

solución:

- Calibrar el termómetro Beckmann a una escala de temperatura

adecuada, siempre en cuando de acuerdo al punto de congelación del

solvente, lo cual utilizamos para ello un baño de temperatura que se

encuentre a la temperatura de congelación del solvente.

- Armar el equipo adecuadamente y con los materiales bien limpios y

secos, sobre todo la pipeta aforada, ya que con esta se realiza la

medición del volumen del solvente quien se debe encontrar puro.

- Vierta 25ml del solvente en un tubo y coloque el termómetro

Beckmann calibrado y el agitador.

- Colocar el tubo dentro de la chaqueta de aire como se muestra en la

figura siguiente.

- Sumergir todo este conjunto en un baño de enfriamiento que debe

encontrarse a una temperatura 5º menor que la temperatura de

cristalización del solvente.

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- Agite suavemente el contenido del tubo, y lea la temperatura cada

20 segundos desde 6ºC, hasta obtener varios valores constante, que

corresponden al punto de congelación del solvente puro.

- Retire la chaqueta de aire y funda el solvente, mediante

calentamiento con las manos.

- Pese de 0.4 a 0.8g de soluto y agréguelo al tubo que contiene al

solvente.

- Agite la mezcla hasta disolver completamente el soluto y luego

coloque el tubo en la chaqueta de aire.

- Determine el punto de congelación de la solución repitiendo el

quinto y sexto paso. Tener presente que la solución no congela a

temperatura cons

TABLA DE DATOS

P(mmHg) 756

T(ºC) 21

HR 91%

Medición de la temperatura a intervalos de 20 segundos para

el Ácido Acético puro

Se considera un volumen total de 25 mL

T ( segundos) T ( °C)0 6.0020 5.85

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40 5.5060 5.0080 4.80

100 4.60120 4.50140 4.40160 4.20180 4.01200 3.82220 3.67240 3.65260 3.55280 3.45300 3.30320 3.25340 3.19360 3.10380 3.00400 2.90420 2.87440 2.82460 2.76480 2.62500 2.55520 2.49540 2.43560 2.39580 2.34600 2.29620 2.15640 1.96660 1.87680 1.80700 1.79720 1.79740 1.76760 1.74780 1.72800 1.60820 1.50840 1.47860 1.46880 1.45900 1.33920 1.27

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940 1.22960 1.15980 1.101000 1.091020 1.081040 1.031060 1.021080 1.101100 2.101120 2.691140 2.911160 3.051180 3.101200 3.131220 3.151240 3.171260 3.171280 3.181300 3.181320 3.181340 3.18

Medición de la temperatura a intervalos de 20 segundos para

el Ácido Acético con un soluto desconocido

Se considera un peso de soluto de 0.4410g

T ( segundos) T ( °C)0 6.0020 5.3740 5.0360 4.7580 4.47

100 4.35120 4.20140 4.03160 3.92180 3.80200 3.69220 3.60240 3.50260 3.37280 3.28300 3.18320 3.15

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340 3.12360 3.06380 3.01400 2.94420 2.86440 2.79460 2.70480 2.62500 2.51520 2.45540 2.36560 2.26580 2.19600 2.10620 2.03640 1.91660 1.85680 1.79700 1.72720 1.67740 1.62760 1.57780 1.52800 1.48820 1.42840 1.39860 1.35880 1.32900 1.29920 1.26940 1.22960 1.19980 1.161000 1.141020 1.191040 1.221060 1.241080 1.231100 1.231120 1.231140 1.231160 1.231180 1.231200 1.251220 1.25

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1240 1.251260 1.251280 1.251300 1.231320 1.211340 1.171360 1.151380 1.101400 1.091420 1.071440 1.041460 1.00

EJEMPLO DE CÁLCULOS

Cálculo del peso del solvente a utilizar:

Se usó 30 ml de Acido Acético y conociendo su densidad a 22°C

hallaremos su peso

22ºC = 1.04798 g/mL

V (ácido) = 25 mL

W (solvente) = 22ºC x V (mL)

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= 1.0468 g/mL x 25 mL

= 31.404 g

Cálculo del peso molecular del soluto desconocido:

Conociendo la fórmula:

M = 1000 Kf w2

w1 T Donde:

M = peso molecular del soluto

Kf =constante crioscópica

W1 = peso del solvente

W2 = peso del soluto

T = diferencia de T

Reemplazando en la fórmula:

M = 1000 x 3.9 g°C/mol x 0.4410g 26.1995g x0.75°C

M = 87.53 g/mol

Los datos de tres compuestos posibles son:

M (naftaleno) = 128.18 g/mol

M (paradiclorobenceno) = 147.0042 g/mol

M (nitrotolueno) = 137.1 g/mol

El porcentaje de error del peso molecular hallado comparándolo con

las muestras y el que nos de menor % de error corresponderá al

soluto.

% Error (naftaleno) = 128.18 g/mol -87.53g/mol X 100 128.18 g/mol

% Error (naftaleno) = 31.7

% Error (paradiclorobenceno) = 147.01g/mol -87.53 g/mol X100 147.01 g/mol

% Error (paradiclorobenceno) = 40.5

% Error (nitrotolueno) = 137.1g/mol -87.53 g/mol X100 137.1 g/mol

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% Error (nitrotolueno) = 36.2

Al presentar menor porcentaje de error es con el naftaleno.

CONCLUSIONES

Cuando se realiza la práctica, la temperatura desciende

gradualmente hasta que aparece el sólido y la primera

temperatura estable se anota como el punto de congelación.

El punto de congelación de una solución no es la temperatura a

la cual la solución como un entero se convierte en una masa

sólida, sino que es la temperatura donde la solución comienza a

depositar el solvente al estado sólido.

Cuando tiene lugar un gran sobre- enfriamiento, la subsiguiente

congelación de la solución trae como resultado la separación de

una gran cantidad de solvente al estado sólido y la solución se

torna considerablemente más concentrada que la original.

Se puede concluir que el punto de congelación de un solvente

es directamente proporcional a la presión de vapor del solvente

por el soluto disuelto.

RECOMENDACIONES

Para el aumento de la exactitud de la medición de ∆T es

cómodo utilizar solventes con valores grandes de K f, como por

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ejemplo el alcanfor y el canfeno, los cuales en los últimos años

encuentran gran aplicación.

Se debe mantener la agitación constante para que la

temperatura sea constante en todo el sistema.

Para obtener resultado digno de confianza con el método del

punto de congelación es necesario que solo se separe el

solvente puro cuando la solución se congela y que el

enfriamiento excesivo sea evitado.

A veces es necesario introducir un pequeñísimo cristalito del

solvente sólido con el objetivo de prevenir el sobre-

enfriamiento.

Sin embargo con todo lo expuesto en los puntos anteriores los

mejores resultados se tienen no pesando el soluto para dar una

concentración definida, sino analizando la solución que se halla

en equilibrio con el soluto sólido; bajo esas condiciones, el

sobre-enfriamiento de la solución no introduce dificultades.

APENDICE

CUESTIONARIO

1.- Defina el concepto general de una propiedad coligativa.

Cuando las propiedades en cuestión sólo dependen del número de

moléculas existentes en la unidad de volumen, sea cual fuere la

naturaleza de las mismas.

El ejemplo más típico es la presión de los gases. También en una

solución líquida el descenso de la tensión de vapor, la elevación del

punto de ebullición, la depresión del punto de congelamiento y la

presión osmótica, son todas propiedades coligativas, es decir que

dependen exclusivamente de la concentración molecular de la

sustancia repartida en la solución, sin importar la naturaleza de la

sustancia disuelta.

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2.- Indique para que tipo de soluciones es aplicable el método

crioscópico.

Se debe tomar soluciones en donde el solvente debe poseer

constante de descenso de punto de congelación elevado.

También se debe tener en cuenta que el solvente debe poseer

reactividad química y también debe presentar solubilidad con el

soluto con que se trabaje.

Una solución acuosa diluida de un soluto no ionizado, como la urea o

la glucosa, pueden permitir determinar con precisión las masas

moleculares relativas. En el caso de solutos ionizados, las medidas

pueden llevar a una estimación del porcentaje de ionización que tiene

lugar. Las modificaciones debidas a solutos gaseosos son

despreciables.

BIBLIOGRAFÍA

1.- P W. Atkins, Fisicoquimica , Editorial Adisson Wesley

Iberoamericana, Pág. 200-203.

2.-Pons Muzzo, Fisicoquímica, Editorial UNIVERSO, Pág. 294-298

3.-Farrington Daniells, Tratado moderno de fisicoquímica, Editorial

HASA, Págs. 208-213

4.- H. C. CrocKford, Fundamentos de Fisicoquimica, Compañía

Editorial Continental ,2da edición, Pag 138-141.

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