Propiedades Coligativas PDF

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Informe de practica de laboratorio...

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Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO.

PROPIEDADES COLIGATIVAS Constantes Físicas-Estado Puro-Propiedades Físicas de disoluciones

Juan Camilo Herrera Blanco1, Betsy Liliana Mesa Fragoso2, Álvaro José López Cueto3, Valentina Isabel Hernández Orozco4, Sebastián Andrés Gaviria Viloria 5, José Armando Mora Ursola6.

RESUMEN En la práctica número cuatro se verifica experimentalmente una de las propiedades coligativas de las soluciones, el aumento en la temperatura de ebullición (aumento ebulloscópico) y determinarán la masa molar del soluto a partir de los datos recolectados durante la práctica. ABSTRACT The aim of this current laboratory report is to show how important are the colligative properties of solutions, specifically the Boiling Point Elevation. This property is based on the fact that the boiling point of the pure water, which was the solvent, is 100°C, but that boiling point can be elevated by the adding of a solute, which was the Ethylene. The solution of water + ethylene had ameasurably higher boiling point than the pure solvent. On that way, it was possible to determine the molecular weight of the solute and some other relevant information like the boiling-point-elevation constant of water

INTRODUCCION Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto (tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas. Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos. Son función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente. Las cuatro propiedades coligativas son: 1. 2. 3. 4.

Descenso de la presión de vapor del disolvente Elevación ebulloscopia Descenso crioscópico Presión osmótica

En este caso solo observaremos de cerca la elevación ebulloscópica que en otras palabras no es más que el aumento en el punto de ebullición el cual está definido como la temperatura a la cual la

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. presión de vapor del líquido iguala a la presión atmosférica. Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición.

OBJETIVO Conocer y calcular las propiedades coligativas que afectan a las disoluciones químicas y sus principales aplicaciones, teniendo en cuenta todos los datos recolectados que se obtienen a través de los ejercicios virtuales que se aplican durante este proceso. MARCO TEORICO Propiedades Coligativas: Las propiedades coligativas son aquellas que están muy relacionadas con el cambio de ciertas propiedades físicas en los solventes cuando le agregamos a estos una cantidad determinada de un soluto no volátil. Específicamente las propiedades que varían son: Punto de ebullición (aumento ebulloscópico), Punto de congelación (descenso crioscópico), Descenso de la presión del vapor y la aparición de la Presión Osmótica. Estas cuatro propiedades no variarían o no aparecerían si no se agregara el soluto a un solvente puro. Obviamente las moléculas del soluto interaccionan o interfieren en el normal movimiento de las moléculas del solvente afectando seriamente a estas propiedades mencionadas. (1) Importancia: Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite: a) b) c) d)

Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada. Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes. Determinar masas molares de solutos desconocidos. Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo. e) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos. f) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general. (4) Efectos Coligativos: Los efectos coligativos están asociados con fenómenos que ocurren con solutos y solventes de una solución, y se clasifican como: (2)

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. Disminución de la presión de vapor: La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores: La disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre. La aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor

Si un soluto es no volátil la presión de vapor de su disolución es menor que la del disolvente puro. Así que la relación entre la presión de vapor y presión de vapor del disolvente depende de la concentración del soluto en la disolución. Esta relación está dada por la ley de Raoult, que establece que la presión parcial de un disolvente sobre una disolución está dada por la presión de vapor del disolvente puro, multiplicada por la fracción molar del disolvente en la disolución. (3)

Aumento ebulloscópico: La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica. Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición. La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. Este aumento en la temperatura de ebullición (DTe) es proporcional a la concentración molal del soluto: DTe = Ke m La constante ebulloscópica (Ke) es característica de cada disolvente (no depende de la naturaleza del soluto) y para el agua su valor es 0,52 ºC/mol/Kg. Esto significa que una disolución molal de cualquier soluto no volátil en agua manifiesta una elevación ebulloscópica de 0,52 º C. (3)

Descenso crioscópico: La presión de vapor más baja de una solución con relación al agua pura, también afecta la temperatura de congelamiento de la solución, esto se explica porque cuando una

solución se congela, los cristales del solvente puro generalmente se separan; las moléculas de soluto normalmente no son solubles en la fase sólida del solvente. Por ejemplo cuando soluciones acuosas

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. se congelan parcialmente, el sólido que se separa casi siempre es hielo puro, como resultado la presión de vapor del sólido es la misma que para el agua líquida pura. La temperatura de congelación de congelación de una solución es la temperatura a la cual comienzan a formarse los cristales de solvente puro en equilibrio con la solución. Debido a que el punto triple de la temperatura de la solución es más bajo que el del líquido puro, la temperatura de congelamiento de la solución también será más bajo que el del agua líquida pura. La congelación se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido. Llamando Tc al descenso crioscópico y m a la concentración molal del soluto, se cumple que: (3)

Presión Osmótica: La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas. Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable. Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable. (3) Solvente y Soluto: En primer lugar, debemos prestar atención a los conceptos de solvente y soluto, ambos componentes de una solución:  

Solvente: sustancia que se disuelve. Soluto: sustancia disuelta. (2)

Fórmulas y propiedades coligativas

Descenso de la presión de vapor.

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO.

P =s P0

P Descenso de la presión de vapor.

s Fracción molar del soluto. P0 Presión de vapor del disolvente puro. Ascenso ebulloscópico

T = Ke m

T Ascenso ebulloscópico (ºC o K). Ke Constante ebulloscópica (K·kg·mol-1). m Molalidad del soluto (mol·kg-1).

Descenso crioscópico

T = Kc m

T Descenso crioscópico (ºC o K). Kc Constante crioscópica (K·kg·mol-1). m Molalidad del soluto (mol·kg-1).

Presión osmótica

V=nRT

 Presión osmótica (atm). V Volumen de disolución (L). n Moles de solutos (mol). R Constante de los gases (0,082 atm·L·mol-1·K-1). T Temperatura absoluta (K).

Constantes crioscópicas y ebulloscópicas de algunas sustancias Sustancia

Kc

Ke

K·kg·mo l -1

K·kg·mo l -1

Agua

1,86

0,512

Ácido acético

3,9

3,07

Acetona Benceno Ciclohexano

2,40 5,12 20,1

1,71 2,53 2,79

Pto. fusió n (°C) 0 1 7 94,8 5,4 6,5

P to .

ebullición

(°C) 10 0,0 118 ,1 56,2 80,2 81,4

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. Tetracloruro de carbono

29,8

4,95

76,8

22,8

Presión de vapor del agua a varias temperaturas T (°C

P (mmHg)

)

0 5 10 15 20 25 30

T (°C

P (mmHg)

)

4,58447 6,5449 9,211800 12,795 17,54591 23,776 31,85546

35 40 45 50 55 60 70

T (°

42,221 55,39430 71,968 92,652794 118,23 149,61837 234,03345

P

C)

(mmHg)

80 85 90 95 100 105 110

355,63988 434,04 526,40110 634,61 760,69583 906,07 1074,56

METODOLOGIA En nuestra experiencia N°4 iniciamos identificando los materias y reactivos para nuestro laboratorio. Utilizamos un vaso de ensayo, una balanza, un termómetro, un mechero de Bunsen, una malla y un agitador o barrila de vidrio. Como disolventes utilizamos agua (H2O), tetra cloruro de carbono (CCl4), cloroformo (CHCl3), Benceno (C6H6), disulfuro de carbono (CS2) y dietil eter (C4H10O), como solutos usamos sacarosa (C12H22O11), cloruro de sodio (NaCl), dicloruro de calcio (CaCl2) y azufre (S). Primero vertimos 100ml de agua en nuestro vaso de ensayo, a este le adicionamos 3,6g de sacarosa y lo mezclamos, seguidamente lo expusimos al fuego sobre la malla para mecheros hasta que alcanzara su punto de ebullición y finalizamos midiendo su temperatura. Tomamos las respectivas notas y observaciones para realizar el informe. Para las 5 soluciones restantes realizamos el mismo procedimiento, variando los solutos, los solventes y sus cantidades, para la segunda utilizamos 170g de tetra cloruro de sodio y 6,6g de cloruro de sodio, en la tercero 119g de cloroformo y 7,9g de dicloruro de calcio, en la cuarto 180g de benceno y 4,1g de azufre, en la quinto 135g de disulfuro de carbono y 8,7g de cloruro de sodio, y en nuestra última solución usamos 145g de dietil eter y 6,2g de azufre. 

Registrar la temperatura Teb. (Temperatura de ebullición de la solución), y completa las siguientes tablas para luego determinar la masa molar de los solutos trabajados.

COMPLETAR LAS TABLAS SOLUTOS SACAROSA

FORMULA

molesSto=

masa masa molar

MASA(g)

3.6g

MASA MOLAR (g/mol) 342.2g/mol

MOLES DEL SOLUTO 0.011mol

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. CLORURO DE SODIO

molesSto=

masa masa molar

6.6g

58.44g/mol

0.113mol

DICLORURO DE CALCIO

molesSto=

masa masa molar

7.9g

110.98g/mol

0,071mol

molesSto=

masa masa molar

4.1g

32g/mol

0.12mol

AZUFRE

SOLVENTES

MASA MOLAR(g/mol)

DENSIDAD(g/ml)

MASA DEL SOLVENTE(Kg)

Kb(°C/m)

AGUA

18.01g/ml

1g/ml

0.1kg

0.51°C/m

TETRACLORUR O DE CARBONO

153,8g/mol

1.6g/ml

0.17kg

5.03°C/m

CLOROFORMO

119,3g/mol

1.483g/ml

0.119kg

3.63°C/m

BENCENO

78.11g/mol

0.876g/ml

0.18kg

2.53°C/m

76,1g/mol

1.26g/ml

0.135kg

2.34°C/m

74g/mol

0.8098g/ml

0.145kg

2.02°C/m

DISULFURO CARBONO

DE

DIETIL ETER

SOLUCIONES SOLUCIÓN 1

SOLUCIÓN 2

Formula

Molalidad

Formula

m=

moles soluto Kg solvente

0.11m

ΔTeb=Kb× m

Teb. De la Solución 0.05°C

m=

moles soluto Kg solvente

0.66m

ΔTeb=Kb× m

3.31°C

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO. SOLUCIÓN 3

SOLUCIÓN 4

SOLUCIÓN 5

SOLUCIÓN 6

m=

moles soluto Kg solvente

0.59m

ΔTeb=Kb× m

2.14°C

m=

moles soluto Kg solvente

0.66m

ΔTeb=Kb× m

1.67°C

m=

moles soluto Kg solvente

1.11m

ΔTeb=Kb× m

2.59°C

m=

moles soluto Kg solvente

1.31m

ΔTeb=Kb× m

2.64°C

Análisis y discusión: Según los anteriores resultados y respuesta a las preguntas, nuestro grupo de laboratorio comprendido cada una de las definiciones de las Propiedades cualitativas, podemos observar que el punto de ebullición de agua y un soluto no volátil debe ser mayor, Al ser un soluto no volátil en la disolución que se realizó con el junto con el agua, este aumenta un grado en el punto de ebullición del agua, ya que al ser un anti-refrigerante se produce este leve aumento en la temperatura de ebullición. En comparación y basándonos de información encontradas en distintos medios de información podemos decir que a través de esta práctica podemos saber que las propiedades coligativas cambian según la cantidad de soluto que añadimos a un solvente puro y ya que, las propiedades coligativas están en función de la cantidad de soluto, estas siempre van a variar. Además, pudimos calcular la constate crioscópica de varias disoluciones. De la misma manera pudimos hacer uso de estas constantes para hallar el peso molecular. Utilizamos las formas en las que se presentan las propiedades: Descenso de la presión de vapor, Elevación de la temperatura de ebullición, Descenso de la temperatura de congelación y Presión osmótica. ACTIVIDAD Datos:

T =25 ° C=298 ° K

Prelativa=

Psustancia θ Ppoliestireno = 3 =1,004= Ptolueno Pliquida cm

π =MRT M=

moles gramos pm= moles L

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Altura ) Graficar−−−−→Concentración−−−−−−−→ presión ¿ 4 3.5 3

Altura

2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

2

4

6

Concentracion

0,290.

m cm −−−→ 3 kg g . cm

0,290.

1 m 4 1000 g cm4 ). =2.90 x 10−6 m 4 . kg−1 .( 100 cm 1kg g

2,90 x 10−6 m 4 . Kg−1 9,8 m (1,004 x 103 Kg m−3)( −1 )¿ s −1 (8,3145 K )(298 K ) M= ¿ M =87387 kg /mol PREGUNTAS GENERALES 1. Definir:

8

10

12

14

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Propiedad coligativa: En química se llaman propiedades coligativas a aquellas propiedades de las disoluciones y sus componentes que dependen únicamente del número de moléculas de soluto no volátil en relación al número de moléculas de solvente y no de su naturaleza. Generalmente expresada como equivalente o concentración equivalente, es decir, de la cantidad de partículas totales del soluto, y no de su composición química.



Crioscopia: La crioscopia es una propiedad coligativa, lo que quiere decir que depende de los números de moles presentes de la sustancia disuelta en un solvente con cantidades determinadas. Este método es utilizado para determinar el peso molecular de un compuesto o más disueltos en un solvente, con condiciones ligadas entre sí como que no reaccionen o tengan valores distintos para su punto de congelación, mediante el descenso del punto de congelación del solvente que conforma la solución donde el punto de congelación para una solución no es la misma que para el disolvente puro, indicando así la presencia de compuestos en un disolvente.



Ley de Raoult: La ley de Raoult es una ley de la termodinámica establecida por el químico francés François-Marie Raoult en 1887. Establece que la presión de vapor parcial de cada componente de una mezcla ideal de líquidos es igual a la presión de vapor del componente puro multiplicado por su fracción molar en la mezcla.



Ebulloscopia: La ebulloscopia es la determinación del punto de ebullición de un líquido en el que se halla disuelta una sustancia, lo que permite conocer el grado de concentración de la solución. El soluto que se encuentra en un líquido disminuye su presión de vapor, lo que se traduce en un incremento del punto de ebullición

2. ¿Cuál es la molalidad de una solución formada por 750 g. de Agua y 25 g. de glucosa? Entonces Molalidad= moles del soluto/ kilogramos de solvente Datos Gramos del soluto= 25g de glucosa Kilogramos del solvente =750g/1000kg=0.75kg de agua ¿Se nos pide hallar la molalidad? Pero primero hallaremos las moles del soluto que seria n (Números de moles) n= gramos de soluto/masa molecular n= 25g de glucosa/ 180.156g/mol= 0.1387686227mol Molalidad= 0.1387686227mol/ 0.75kg de agua= 0.1849333333

3. ¿El punto de ebullición de agua y un soluto no volátil, debe ser mayor o menor en comparación con el solvente puro? ¿Explique y razone su respuesta? Debe de ser mayor en comparación con el solvente puro porque al añadir un soluto no volátil producirá un aumento en la temperatura en la solución así mismo esta elevación es proporcional a la fracción molar y concentración molal del soluto. 4. indicar como se determina masa molar de un soluto no volátil por: Disminución de la presión osmótica

Disminución del punto de congelación

Barranquilla/Atlántico 25/06/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO.

5. La constante molal ebulloscopia es diferente para cada disolvente, ¿a qué se deberá este comportamiento? Este comportamiento se debe a que existen fuerzas que intervienen al hervir una solución que hacen que sus moléculas se separen y pasen a estado gaseoso estas fuerzas aplican energía para poder romper los enlaces intermoleculares. CADA compuesto tiene enlaces intermoleculares debía a diferentes aspectos como su geometría, cantidad de sustancia, masa, volumen.

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