UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROPIEDADES COLIGATIVAS

O. ALVARADO SÁNCHEZ; M. RODRIGUEZ AMOR; A. WELL FERRER.

ResumenEl objetivo de esta experiencia es determinar el peso molecular de un soluto no volátil haciendo uso de una de las propiedades coligativas de las soluciones como lo es el punto de ebullición. Para esto se realizó el montaje del calentamiento con las instrucciones asignadas anteriormente en la guía, examinando así detenidamente el punto de ebullición del agua y previamente el punto de ebullición de la solución de agua y etilenglicol, utilizando el agua como medio de disolución. Para esto, se tomó un balón y se le agrego agua con carborundos, luego se dejó enfriar y se le agrego la solución de agua con etilenglicol al balón. Se observó que la temperatura de ebullición del agua es diferente a la temperatura de ebullición de la solución.

Palabras clavesTemperatura de ebullición, propiedades coligativas, etilenglicol, volátil.

AbstractThe objetc about this experience is determine nonvolatile solute's molecular weight using one calligate properties of the solutions as it is the boiling point. For this was performed the heating assembly with the assigned instructions before in the guíe,examining so closely the boiling point of water and previously the boiling point of water solution and ethylene glycol,using the water as a dilution médium. For this was taken a ball and was addeed it water with carborundums,the allowed to cool and was added the water solution with ethylene glycol to the ball. Was observed that the boiling water tempeture is different to the boiling solution tempeture.

KeywordsBoiling point, colligative properties, ethylene, volatile.

Introducción

Los estudios teóricos y experimentales han permitido establecer, que los líquidos poseen propiedades físicas características. Entre ellas cabe mencionar: la densidad, la propiedad de ebullir, congelar y evaporar, la viscosidad y la capacidad de conducir la corriente eléctrica, etc. Cada líquido

presenta valores característicos (es decir, constantes) para cada una de estas propiedades. Cuando un soluto y un solvente dan origen a una solución, la presencia del soluto determina una modificación de estas propiedades con relación a su estado normal en forma aislada, es decir, líquido puro.

1

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Estas modificaciones se conocen como PROPIEDADES DE UNA SOLUCIÓN.

1.- Propiedades constitutivas: son aquellas que dependen de la naturaleza de las partículas disueltas. Ejemplo: viscosidad, densidad, conductividad eléctrica, etc.

2.- Propiedades coligativas o colectivas: son aquellas que dependen del número de partículas (moléculas, átomos o iones) disueltas en una cantidad fija de solvente. Las cuales son: - descenso en la presión de vapor del solvente - aumento del punto de ebullición - disminución del punto de congelación - presión osmótica.

Es decir, son propiedades de las soluciones que no obedecen ni dependen de la naturaleza del soluto sino de la cuantía del mismo, diversas de las propiedades de las disoluciones se concluyen del pequeño

tamaño de las partículas dispersas, otras propiedades dependen del disolvente aunque puedan ser cambiadas por el soluto, sin embargo, estas propiedades dependen directamente de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas no guardan ninguna dependencia con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos, están en función solo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de la presión del soluto sobre la presión de vapor del disolvente.

Una de las propiedades coligativas es el aumento en el punto de ebullición puesto que aumentando la temperatura del compuesto aumentamos su presión de vapor y, cuando a una determinada

temperatura la presión de vapor es igual que la presión atmosférica, la sustancia entra en ebullición, y esa temperatura se trata del punto de ebullición

Pero no debemos olvidar que en una disolución, la presión de vapor es menor que en el disolvente original, por lo que la temperatura necesaria para que la presión de vapor de la disolución sea igual que la del disolvente, deberá ser mayor para compensar esa presión de vapor menor causada por el soluto. Por lo que también, cuanto más soluto, mayor deberá ser la temperatura para que la disolución pueda entrar en ebullición. Por tanto, donde antes el disolvente entraba en ebullición a una temperatura determinada, la disolución no entrará por tener una presión de vapor menor; necesitará una temperatura mayor.

1. Marco Teórico

1.1 Propiedades coligativasEn química se llaman propiedades coligativas a aquellas propiedades de una disolución que dependen únicamente de la concentración. Generalmente expresada como concentración equivalente, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de la composición química del soluto.

Están estrechamente relacionadas con la presión de vapor, que es la presión que ejerce la fase de vapor sobre la fase líquida, cuando el líquido se encuentra en un recipiente cerrado. La presión de vapor depende del solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor temperatura, mayor presión de vapor). Se mide cuando el sistema llega al equilibrio dinámico.

2

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

1.2 Punto de ebulliciónTemperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.

El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales (1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión. Para las sustancias que hierven en el intervalo de la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura ambiente, la tasa de cambio del punto de ebullición con la temperatura es de

aproximadamente 0.3º/kPa o 0.04º/mmHg (donde la presión es aproximadamente de una atmósfera)

1.3 MolalidadLa molalidad es una medida de la concentración de una especie en disolución, definiéndose como el número de moles de esa especie, divididos por la masa total del disolvente expresada en kilogramos.

1.4 MoléculasMolécula es la partícula más pequeña que presentan todas las propiedades físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de

oxígeno) o distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).

1.5 TemperaturaLa temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido trasnacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa

que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

1.6 EtilenglicolEl etilenglicol (sinónimos: etanodiol, glicol de etileno, glicol) es un compuesto químico que pertenece al grupo de los dioles. El etilenglicol es un líquido transparente, incoloro, ligeramente espeso como el almíbar y leve sabor dulce. Por estas características organolépticas se suele utilizar distintos colorantes para reconocerlo y así disminuir las intoxicaciones por accidente. A temperatura ambiente es poco volátil, pero puede existir en el aire en forma de vapor. Se fabrica a partir de la hidratación del óxido de etileno (epóxido cancerígeno).Se utiliza como anticongelante en los circuitos de refrigeración de motores de combustión interna, como difusor del calor, para fabricar compuestos de poliéster, y como disolvente en la industria de

3

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

la pintura y el plástico. El etilenglicol es también un ingrediente en líquidos para revelar fotografías, fluidos para frenos hidráulicos y en tinturas usadas en almohadillas para estampar, bolígrafos, y talleres de imprenta.

1.7 CarborundosCuerpo de gran dureza constituido por carburo de silicio obtenido artificialmente y que se usa para pulir y trabajar materiales muy duros.

2. Procedimiento

Para la efectiva realización de la práctica se debían conocer conceptos previos como: temperatura de ebullición, propiedades coligativas, etilenglicol, carborundo.

Primeramente se armó el equipo representado en la guía (Ver anexos fig. 1)

Se procedió a adicionar 50 ml de agua al balón de fondo plano y se agregaron carborundos, luego se puso el balón sobre el equipo armado y se calentó hasta alcanzar su punto de ebullición, el cual fue medido sosteniendo el termómetro dentro del balón sin tocar el fondo con ayuda del tapón hasta observar un valor invariable en el termómetro.(Ver anexos fig. 2) Próximamente se dejó enfriar el balón y nuevamente se agregaron 50 ml de agua utilizando los mismos carborundos, además se adicionó 11,25 ml de etilenglicol y se calentó hasta alcanzar su punto de ebullición medido con el termómetro.(Ver anexos fig. 3)

3. Materiales y reactivos

Matraz Soporte universal Trípode Balón de fondo plano Carborundos Termómetro Mechero Malla de asbesto Probetas graduadas de 50

y 250 ml Tapón de caucho con dos

orificios Etilenglicol Agua

4. Cálculos y resultados

a) Se determinó la molalidad de la solución de agua más etilenglicol preparada teniendo en cuenta que el volumen del etilenglicol (C2H6O2) es de 11.25 ml. Así:

Densidad del etilenglicol

ρ=1110kgm3 x

1000g1kg

x1m3

1000000cm3 =¿

1.11g

cm3=1.11

gml

de (C2H 6O2)

Masa del etilenglicol M= ρ .V

1.11gml

x 11.25ml=12.487 gde (C2 H 6O2)

Masa del Agua H2O M= ρ .V

1gml

x50ml x1kg

1000g=0.05kgde H 2O

4

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Con la masa del etilenglicol y la masa del agua hallada, que en este caso es el solvente, se procede a calcular la molalidad del etilenglicol, cabe resaltar que el peso molecular del (C2H6O2) es de 62.04 g/mol

molalidad= moles del solutokilogramosdel solvente

m=

12.487 g

62.04gmol

0.05kg=4.02

molkg

b) Se calculó a partir de la fórmula la constante molar de ebullición del agua de la siguiente manera.

∆Te=ke .m∆Tem

=ke

Te solución−Te solventem

¿ 102−100

4.02molkg

¿0.497ke

c) Se calculó el peso molecular del soluto a partir de los datos del

punto de ebullición de la siguiente forma:

pm= Ke .W∆Te. kg ste

¿0.497

° Cmolkg

x 12.487g

2℃ x 0.05kg

¿62.06gmol

d) Y por último se determinó el porcentaje de error de la constante molar de ebullición del agua de la siguiente forma:

% error=Valor real−Valor estimadoValor estimado

x100

% error=0.512−0.4970.497

x100

¿3.0 %

5. Discusión de resultados

En la guía se presentan varios cálculos, todos ellos referentes a una propiedad coligativa muy importante llamada elevación en el punto de ebullición. Primeramente se efectúa determinar la molalidad de la solución de agua más etilenglicol, para esto se tuvo en cuenta que el volumen del etilenglicol es de 11.25 ml; con este dato se procedió primeramente a hallar la densidad de

C2H6O2, y con el resultado obtenido que fue de 1.11 g/ml de etilenglicol se halló la cantidad en masa de este mismo que fue de 12.487 g. Se sabe que para hallar la molalidad se necesitan la cantidad en moles del soluto (masa del soluto sobre el peso molecular de este mismo) y la cantidad en kg del solvente que en este caso fue el agua, gracias al volumen y a la densidad que se tenía del etilenglicol se obtuvo la cantidad en masa del soluto (etilenglicol) pero no se tenía la cantidad en

5

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

masa del agua, para hallarla se hizo los debidos cálculos, sabiendo que la densidad del agua es de 1 g/ml y el volumen que se tenía de ella era de 11.25 ml, este cálculo arrojo un valor de 0.05 kg de agua. Ya con la cantidad de soluto y la cantidad en kilogramos del solvente se hicieron los respectivos cálculos para hallar la molalidad y esta dio un valor de 4.02 mol/ kg. Para hallar la constante ebulloscopia se tuvo en cuenta la temperatura de ebullición del soluto y la temperatura de ebullición del solvente, para esto se hizo el montaje y se procedió a calentar hasta hallar el punto de ebullición de ambas, se tuvo que esperar un periodo de tiempo ya que los sistemas físicos no son sistemas instantáneos, y se esperó hasta que el sistema reaccionara. La temperatura de ebullición del etilenglicol fue de 102 grados Celsius y la del agua fue de 100 grados Celsius, ambos restados y sobre la molalidad que es de 4.02 kg/mol dio un resultado de 0.497 Ke. A partir de estos datos se halló el peso molecular del soluto el cual fue de 62.06 g/ mol y por último se determinó el porcentaje de error, ya que en general todo procedimiento de medición tiene imperfecciones que dan lugar a un error en el resultado de la medición lo que hace que el resultado sea solamente una aproximación del valor real de la magnitud medida. De acuerdo a esto se obtuvo que el porcentaje de error que se tuvo en la práctica fue del 3%.

CONCLUSIONES

Durante el desarrollo de la práctica se alcanzó a dar cumplimiento de manera satisfactoria con el objetivo planteado en la guía, se pudo observar que la diferencia entre el peso molecular obtenido y el real fue mínima, por lo tanto esto se le atribuye a los errores sistemáticos y aleatorios presente en los laboratorios. Se analizó un cambio en el punto de ebullición del solvente (agua) y de la solución (agua y etilenglicol), se pudo notar que el solvente alcanzó su punto de ebullición a los 100 grados Celsius, en cambio la solución a 102 grados Celsius, lo cual indica que se necesita mayor

6

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

temperatura y tiempo de calentamiento para hallar el punto de ebullición de una solución que el del solvente puro.

BIBLIOGRAFIA

Chang Raymond, Química, séptima edición McGraw Hill 2002.

Propiedades Coligativas. (07-10-14).

http://www.monografias.com/trabajos14/propiedades.

Mortimer C. Soluciones. 10.8 elevación punto de ebullición. En: QUIMICA MORTIMER.

Grupo Editorial Iberoamericana, México D.F. Junio de 1988. 259-264

7

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ANEXOS

PREGUNTAS

1. Explique las razones de la diferencia en el peso molecular obtenido experimentalmente y el real.

RESPUESTA:El principal factor que influye en la diferencia de los pesos moleculares son las mediciones de los puntos de ebullición esto se debe a errores matemáticos y a diversos factores atmosféricos, físicos, químicos en la realización del experimento. En éste laboratorio la diferencia fue mínima obteniendo como valor experimental 62.06 g/mol, siento el valor real de 62.04 g/mol.

2. ¿Cuál de las propiedades coligativas se usa más para la determinación del peso molecular y por qué?

8

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

RESPUESTA:La propiedad coligativa que más se emplea para este tipo de casos, es la Presión Osmótica, especialmente cuando se trabaja con biopolímeros como es el caso de las proteínas y algunos polisacáridos.Esto es posible ya que sabemos que la presión osmótica se puede calcular empleando la siguiente expresión:

Π= iMRTDónde: Π = Presión osmótica de la sln

I = Factor de van’t HoffM = Peso MolecularR = 0.082 ¿T = Temperatura

Graficando la presión como función de la temperatura, es posible determinar el peso molecular como parte de la pendiente de la recta obtenida.Además, se conoce que Molaridad es igual al número de moles sobre volumen de la solución (n/V) y se conoce que numero de moles es igual a la masa en gramos sobre peso molecular del

soluto (Wg/PM), entonces si nos proporcionan el volumen, la temperatura, la presión y la masa es posible despejar la ecuación y hallar el peso molecular. Así:

πRT

V

wg=PM

3. ¿Además de servir para buscar el peso molecular, qué otros usos tienen estas propiedades?

RESPUESTA:A partir del descubrimiento de las propiedades coligativas se ha posibilitado el estudio y el análisis de las mismas lo que ha permitido un mejor desarrollo y una correcta aplicación de estas propiedades tanto en el campo de la química como en la cotidianidad.

A nivel de la química, el descenso del punto de congelación y el aumento del punto de ebullición nos permiten determinar la concentración de una solución desconocida, permiten llevar a cabo la refrigeración de la comida, la entrada de azúcar y agua a las células, entre otras.

4. Demuestre que el valor de ∇Tb = Kb. m

RESPUESTA:Se puede demostrar de la siguiente manera:

T 1=m1T 1o

9

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

T 1=(1−m2 )T 1o

T 1o−T 1=∆T=m2T1

o

La elevación del punto de ebullición (Tb) se define como el punto de ebullición de la disolución menos el punto de ebullición del disolvente puro (T0b). Tb= Tb - T0b Debido a que Tb > T0b, Tb es una cantidad positiva. El valor de, Tb es proporcional a la disminución de la presión de vapor y también es proporcional a la concentración (molalidad) de la disolucion.es decir: Tb*m Entonces: Tb= kb * m Donde m es la molalidad de la disolución y kb es la constante molal de elevación del punto de ebullición. Las unidades de kb son ºC/m.

5. ¿Para qué se agregan carborundos al balón?

RESPUESTA: Para tener más certeza acerca de la temperatura a la cual empieza a bullir el agua y la solución, se le agregan carborundos, pedazos de vidrios, los cuales ayudan a mantener una uniformidad en el proceso de solución.

EVIDENCIAS

Figura 1: equipo para determinar las propiedades coligativas de las soluciones.

10

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

Figura 2: calentamiento de balón con 50 ml de agua más carborundos.

Figura 3: calentamiento del balón con 50 ml de agua, 11.25 ml de etilenglicol, carborundos.

11

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

12

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICOÁREA DE LABORATORIO DE QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

13