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informe temperatura de ebullicion ...

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Laboratorio N° 1 Temperatura de ebullición Melanie M. Vásquez, Keyner J. Moreno, Sergio L. Alvarez & Wally Villegas Laboratorio de Química Orgánica Biología Grupo 1B Grupo de laboratorio N° 2 Fecha de realización 4 de junio de 2020, fecha entrega: 11 de junio de 2020 Resumen Esta experiencia de laboratorio se basó en la Determinación del punto de ebullición del agua a presión atmosférica (1 atm) y a presión reducida (utilizando la bomba de vacío). También, se identificó la temperatura de ebullición del etanol por el método del capilar y comparo con la propuesta teóricamente. Palabras claves: punto de ebullición, temperatura, presión. Abstract This laboratory experiment was based on the determination of the boiling point of water at atmospheric pressure (1 atm) and at reduced pressure (using the vacuum pump). Also, we identified the boiling temperature of ethanol by the capillary method and compared with the proposed theoretically. Keywords: Boiling point, temperature, Pressure.

1. Introducción “El agua siempre hierve a 100° C”. Del conocimiento popular siempre hemos escuchado que el agua empieza a hervir, o, mejor dicho, alcanza su punto de ebullición a unos 100° C, tanto nuestros amigos, vecinos, familiares, conocidos y desconocidos, nos han enseñado que esto siempre se cumple. Pero ¿Será esto del todo cierto? Pues la respuesta es que no, no se cumple siempre, porque la propiedad que tiene el agua y otras sustancias para bullir no solo depende de la Temperatura, además de esto existen factores adicionales como la Presión Atmosférica, ahora bien, ¿Será que la Presión Atmosférica de la Tierra será igual a la Presión Atmosférica en otros planetas como Marte y Venus, por ejemplo? ¿Será que la Presión Atmosférica de la Tierra es constante en cualquier punto, es decir, la Presión Atmosférica a nivel del mar será igual a la Presión Atmosférica en el Everest que se encuentra muy por encima del nivel del mar? Pues como la Presión Atmosférica no es constante en todos los puntos del planeta, y en

todos los puntos del Universo, la Temperatura de ebullición del agua va a variar dependiendo de la Presión Atmosférica del lugar donde la estamos midiendo. Entonces ¿Cómo se va a comportar la Temperatura de ebullición del agua a diferentes Presiones Atmosféricas? En este informe de laboratorio podrás encontrar los experimentos realizados para determinar el punto de ebullición del agua en diferentes Presiones Atmosféricas. 2. Marco Teórico Evaporación y presión de vapor La energía cinética de las moléculas de un líquido está cambiando continuamente a medida que chocan con otras moléculas. En cualquier instante, algunas de las moléculas de la superficie adquieren la suficiente energía para superar las fuerzas atractivas y escapan a la fase gaseosa ocurriendo la evaporación. La velocidad de evaporación aumenta a medida que se eleva la temperatura del líquido.

Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado, las moléculas del vapor quedarán confinadas en las vecindades del líquido, y durante el transcurso de su movimiento desordenado algunas de ellas pueden regresar de nuevo a la fase líquida. Al principio, la velocidad de condensación de las moléculas es lenta puesto que hay pocas moléculas en el vapor. Sin embargo, al aumentar la velocidad de evaporación, también aumenta la velocidad de condensación hasta que el sistema alcanza un estado en el que ambas velocidades son iguales. En este estado de equilibrio dinámico, la concentración de las moléculas en el vapor es constante y por lo tanto también es constante la presión. La presión ejercida por el vapor cuando se encuentra en equilibrio con el líquido, a una determinada temperatura, se denomina presión de vapor y su valor aumenta al aumentar la temperatura.

ebullición en un factor proporcional a la diferencia de presiones (∆p), tomando en cuenta las constantes de variación de temperatura de ebullición por cambios en la presión atmosférica (Tabla 1.1) y que dependen de la polaridad del líquido. Tabla 1.1. Factores de corrección de puntos de ebullición por cambios en la presión atmosférica (∆p). (Tomada de la página web http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/acym/ punto_de_ebullicion_correccion)

Temperatura de ebullición La temperatura de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa. En este punto, el vapor no solamente proviene de la superficie sino que también se forma en el interior del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es característica de la ebullición. La temperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se haya evaporado. El punto de ebullición que se mide cuando la presión externa es de 1 atm se denomina temperatura normal de ebullición y se sobreentiende que los valores que aparecen en las tablas son puntos normales de ebullición. Corrección de la temperatura de ebullición En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en La presión atmosférica debido a las variaciones en la altura. A medida que un sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor. Con el propósito de realizar comparaciones con los valores reportados por la literatura, se hace necesario corregir la temperatura normal de

3. Objetivos 1. Desarrollar habilidad y destreza en la determinación de puntos de ebullición. 2. manipular adecuadamente los implementos necesarios 3. determinar el punto de ebullición del agua a presión atmosférica y reducida por el método común 4. determinar la temperatura de ebullición de muestras desconocidas por el método del capilar 4. Materiales y reactivos: Tabla 4.1: materiales y reactivos utilizados en la experiencia Equipo de calentamie nto mechero placa de calentamie nto

1 Termómet ro 0150ºC Soporte Hilo de coser

Pinza nuez

Capilar Bomba vacío

con

de

Tapón horada do trípode Agua

malla de asbesto

Tubo de ensayo

Manguera

Vaselina, aceite mineral o glicerina

Erlenmeyer con desprendimie nto lateral Vaso de precipitado de 100 mL

Etanol

vaselin a

5. Procedimiento:

1. Punto de ebullición del agua a presión atmosférica normal (1atm) En el video se observó, el montaje del equipo de calentamiento en donde un vaso de precipitado (termómetro introducido) con cierta cantidad de agua se calienta paulatinamente, hasta alcanzar la ebullición a los100 °C, este mismo procedimiento se observa en el simulador phet (video) en donde 50 cm 3 de H 2 O alcanza su punto de ebullición a los 100,04 °C y llega a evaporarse completamente a los 100,09 °C. (Figura 5.1)

Campana a. se colocó un matraz (tapado y con un tubo de desprendimiento) y un vaso precipitado en una máquina de vacío con una campana encima, esto produce que el agua del matraz pase al vaso de precipitado por el vacío producido en el matraz herméticamente cerrado (figura 5.2) capilar Figura 3. Montaje por método b. se colocó agua tibia (68,4°) en máquina de vacío, y se observó que la ebullición se da en un lapso más corto. c. se realizó el procedimiento anterior, pero con agua a temperatura ambiente se observó la ebullición, pero con menos burbujeo que en el anterior procedimiento.

Figura 2. Montaje máquina de vacío con campana

Figura 1. Montaje en equipo de calentamiento Punto de ebullición del agua (1 atm), simulador phet

2. Punto de ebullición del agua a presión reducida. Se utilizó un matraz (se le colocó un tapón horadado con un termómetro) Conectado a una bomba de vacío el cual disminuye la presión interna en el matraz, se observó que a menor temperatura el agua alcanzó su punto de ebullición.

3. Punto de ebullición por el método del capilar Se utilizó vaselina liquida en vaso precipitado (baño maría), se introdujo un tubo de ensayo con etanol y dentro de este se colocó un termómetro y un capilar en el momento en el que salió la última burbuja del este se obtiene la temperatura de

ebullición dicha en el termómetro. (Figura 5.3) 6. Datos y observaciones: Tabla 6.1: datos obtenidos en cada parte de la experiencia Punto de ebullición del agua a presión atmosférica normal (1atm) H 2 O al canzo su punto de ebullición a los 100,04 °C

Se evaporo completamen te al alcanzar una temperatura de 100,09 °C. Y se vuelve a la temperatura ambiente al evaporarse el agua.(25°C).

Punto de ebullición del agua a presión reducida.

Punto de ebullición por el método del capilar

Temperatura Agua tibia inicialmente:68,4° C Temperatura final :44,6°C

Temperatur a alcanzada etanol: 78°C (igual a la establecida en las tablas)

Agua temperatura ambiente :22,5 Temperatura final:21,8

7. Análisis y discusión de resultados. En el primer experimento, el agua se encuentra en un vaso de precipitado sin presentar cambios, pero luego de calentarse hasta los 100°C, en esta empiezan a subir y estallar burbujas. Esto indica claramente y confirma, que, a presión normal el agua alcanza su punto de ebullición a dicha temperatura. Posteriormente, en el segundo, se tiene agua a 90°C en un matraz, claramente sin bullir, pero luego de extraer el aire de dicho recipiente, dicha agua es capaz de alcanzar su punto de ebullición antes de los 100°C. Esto sucede debido a que se crea un vacío y disminuye su presión interna. En el siguiente, se pone agua a 68°C en un vaso dentro de una campana de vacío, esta

última se pone en funcionamiento y dicha agua bulle. Esto sucede debido a que, sus partículas sufrieron un rápido desprendimiento, causado la fuerza de repulsión que esta presentaba, superando fácilmente la presión ya disminuida en la campana. Por otra parte, se ubica agua a temperatura ambiente, siendo de 22°C en una cámara de vacío y esta logra bullir de gran forma, como si a 100°C se encontrara. Esto se debe a que la presión dentro de esta campana empleada disminuye considerablemente, pues se extrae absolutamente todo el aire presente en ella. Por último, luego de que la muestra del tubo de ensayo se calentara, y comenzara a presentar burbujeo constante por unos minutos, se tomó su temperatura y logró determinar cuál era la muestra analizada. Dicho dato se pudo descubrir basándose en el punto de ebullición de dicha sustancia empleada.

8. Conclusión: En esta experiencia de laboratorio se logró determinar el punto de ebullición del agua a Presión Atmosférica normal y reducida, notándose que a menor sea la Presión Atmosférica, menor va a ser el punto de ebullición del agua, dando a entender que son directamente proporcionales. Además, se logró determinar el punto de ebullición de muestras desconocidas por el método del capilar, también se determinó la presión del vapor de agua en el punto de ebullición. Por otra parte, no se desarrolló la habilidad y destreza en la manipulación adecuada de los instrumentos necesarios para determinar el punto de ebullición de una sustancia, debido a que la experiencia estuvo sujeta a la virtualidad por la situación de emergencia sanitaria que estamos atravesando en la actualidad por parte del virus del Covid-19. 9. Referencias Bibliográficas.

1.

Práctica 6. Temperatura de ebullición, Bogotá, 2002, pp. 1

2. Wolke, Robert L. ¿Qué es el punto de ebullición? En: Lo que Einstein no sabía. Robin Book, Bogotá, 2002. pp. 77 Anexos. (Cuestionario) 1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la ebullición y del punto de ebullición Los principios fisicoquímicos de la ebullición consisten en las propiedades que hacen que las moléculas disminuyan 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. 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 Tabla 1.1). Este valor permite estimar de forma más adecuada la temperatura de ebullición de una sustancia en cierta altitud. [CITATION OSP00 \l 9226 ] 2. ¿Cuál será el punto de ebullición a 200 mmHg de un compuesto según la figura 2? Explique. Tomando como ejemplo el Cloroformo, con un punto de ebullición de 61° C a 1 atm. 1 atm equivale a 760 mmHg, entonces.

760 mmHg 61° C = 200 mmHg x x=

200 mmHg∗61 °C =16,05° C 760 mmHg

El punto de ebullición es menor, debido a que al disminuir la Presión Atmosférica las moléculas del compuesto son más libres.

3. ¿Se pueden comparar directamente los puntos de ebullición medidos en Barranquilla con los puntos de ebullición normales reportados en la literatura? No, porque la presión atmosférica en Barranquilla es bastante alta debido a que, se encuentra a muy pocos metros del nivel del mar, teniendo así una gran capa de aire encima, por ende sus puntos de ebullición serán altos. 4. a. 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. Dadas las características experimentales mencionadas de T= 81°C y densidad 0,724, y al compararlas con las encontradas (método del capilar por lo tanto da un aproximado de la temperatura de ebullición) en la literatura podemos inferir que el hidrocarburo mención es el ciclohexano -

Punto de ebullición: 80,7°C Punto de fusión: 6,47°C Punto de inflamación: -18°C Temperatura de auto ignición: 60°C Presión de vapor: 104 hPa (20°C) Densidad (20/4): 0,778

4. b. ¿El agua ebulle siempre a 100°C? Bajo condiciones normales, cuando la presión de la atmósfera es aproximadamente 760 mmHg o 1 atm, el agua tiene un punto de

ebullición de 100 . A 10,000 pies sobre nivel del mar, la presión de la atmósfera es solamente 526 mmHg. A esta presión el punto de ebullición del agua ocurre a una temperatura de 90 . Por lo que se dice, entre mayor sea la altitud, entonces, a menor temperatura ebulle las sustancias ya que la presión atmosférica también será menor. 5. ¿En qué influye la presión en él punto de ebullición de una sustancia? Explique. La presión influye directamente en el punto de ebullición de una sustancia. Porque el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión atmosférica. Por tanto, si la presión atmosférica es menor o mayor a 1 atm (condiciones normales), entonces el punto de ebullición variará de la misma forma. Si Por ejemplo, la presión atmosférica es mayor a 1atm, (el agua ebulle a 100°C, a 1atm de presión) entonces el agua tendrá un mayor punto de ebullición, quiere decir que necesita mas temperatura para aumentar su presión de vapor e igualarse a la presión atmosférica. 6. ¿El punto de ebullición del agua depende de la temperatura o de la presión? Depende de la Presión Atmosférica....