Punto de ebullición - Reporte de laboratorio PDF

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REPORTE DE LABORATORIO #2: Punto de ebullición Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia, Escuela de Química, Departamento de Química orgánica, Química orgánica I, Instructor: Resumen Para la presente práctica se tomaron los puntos de ebullición de tres sustancias líquidas: 1octanol, acetona y 2-propanol, utilizando el método de Siwoloboff. Para esto, se preparó un tubo de contención en cuyo interior se encontraba la sustancia a evaluar y un capilar cerrado. Este sistema fue introducido a un tubo de thiele con aceite mineral, el cual se sometió a calentamiento. Se tuvo como objetivo tomar el punto de ebullición de cada compuesto y analizar las variables en el punto de ebullición de cada uno (presión atmosférica, geometría molecular, impurezas, naturaleza del termómetro, error humano, etc), la razón de la variable y su fundamento teórico; así como la comprobación de los diferentes métodos de corrección de temperatura, entre ellos, la ecuación Sidney-Young y la ecuación de calibración del termómetro. Resultados Cuadro No. 1 Propiedades de las sustancias a usar Punto de ebullición teórico (°C) 1-octanol Sin Color Líquido 195 acetona Sin Color Líquido 56.5 2-Propanol Sin Color Líquido 82 Fuente: datos experimentales obtenidos en el laboratorio 109, edificio T12, USAC; (Instituto Nacional de Rehabilitación, 2013); (INSHT, 2002); (Universidad Nacional de Heredia, 2012). Muestra

Color

Aspecto físico

Cuadro No. 2 Determinación experimental del punto de ebullición por duplicado Muestra Medición 1 (°C) Medición 2 (°C) Promedio (°C) 1-octanol 196 196 196 acetona 59 61 60 2-propanol 94 92 93 Fuente: datos experimentales obtenidos en el laboratorio 109, edificio T12, USAC Cuadro No. 3 Puntos de ebullición teóricos, experimentales y corregidos Punto de Punto de Punto de ebullición ebullición ebullición corregido por presión Sustancia corregido por experimental atmosférica (°C) termómetro (°C) (promedio) (°C) 1-octanol 196 185.7 190.33 acetona 60 56.35 55.18 2 propanol 93 87.74 88.57 Fuente: datos experimentales obtenidos en el laboratorio 109, edificio T12, USAC Ecuaciones: Punto de ebullición experimental = (P.E. medición 1+ P.E.medición 2)/2 Punto de ebullición corregido con ecuación de calibración de termómetro y = 0,9514x -0.7368

Punto de ebullición corregido con respecto a la presión Sidney-Young ● Líquidos no asociados : To + 273.15 (0.00012) (760-P)/ 1+(0.00012)(760-P) ● Líquidos asociados: To + 273.15 (0.00010) (760-P)/ 1+(0.00010)(760-P) 1-Octanol ●

Corrección respecto a la presión:

Líquido asociado: 196 + 273.15 (0.00010) (760-273.7)/ 1+(0.00010)(760-273.7) = 190.33 ●

Corrección con calibración del termómetro

y = 0,9514 (60) -0.7368 = 190.33 Acetona ●

Corrección respecto a la presión:

Líquido no asociado: 60 + 273.15 (0.00012) (760-273.7)/ 1+(0.00012)(760-273.7) = 55.18 ●

Corrección con calibración del termómetro

y = 0,9514 (60) -0.7368 = 55.18 2-Propanol ●

Corrección respecto a la presión:

Líquido asociado: 93 + 273.15 (0.00010) (760-273.7)/ 1+(0.00010)(760-273.7) = 88.57 ●

Corrección con calibración del termómetro

y = 0,9514 (93) -0.7368 = 88.57

Discusión En esta práctica se llevó a cabo la toma del punto de ebullición de 3 compuestos conocidos, cuyas características son apreciables en la cuadro No. 1. Para ello se utilizó el método de Siwoloboff que consiste en introducir un tubo capilar estrangulado al tubo de contención que contiene la sustancia para generar una cámara de vapor (Jhonson, 2000, p. 86) y así lograr que este no se escape con facilidad y así mismo las burbujas logren pasar por el líquido para poder ser observadas, en resumen, este capilar funciona como manómetro al momento de igualar las presiones. Lo que ocurrió en este proceso fue que al calentar el líquido, éste alcanzó eventualmente una temperatura en la cual la presión del vapor fue lo suficientemente grande para formar burbujas dentro del cuerpo del líquido, es decir, la presión de vapor del líquido se igualó a la presión externa (Chang, 2002), por lo que el líquido empezó a hervir obteniendo una temperatura que permanece constante hasta que todo el líquido se convierte en gas, esto fue realizado y observado en cada una de las sustancias, apreciable en el cuadro

No. 2. Según los datos obtenidos, cuadro No. 2, el 1-octanol es la sustancia con punto de ebullición más alto, seguido de 2-propanol y por último la acetona. La razón de esta diferencia es que para que un compuesto ebulla, es necesario que sus enlaces se rompan. Si un enlace es muy energético, no se necesita mayor esfuerzo o energía de ruptura de enlace para romperlo, siendo esta una propiedad endotérmica. El 1-octanol es la sustancia con enlaces más fuertes, o mayor energía interna de las tres sustancias, lo contrario a la acetona, la cual ebulle a menor temperatura En el proceso de rompimiento de enlaces también intervienen factores como las impurezas, las cuales debilitan los enlaces y hacen que sea más fácil romperlos. Sin embargo, según los datos obtenidos, las sustancias utilizadas no presentaban éste problema, más bien, la diferencia del punto de ebullición se debió a la presión atmosférica (Slowing, 2000, 15). Es posible observar en los cuadros 1, 2 y 3 que la sustancia con mayor punto de ebullición es el 1-Octanol, luego el 2-Propanol y por último la cetona. Esto responde a ciertas características, además de lo ya mencionado con en el párrafo anterior, el punto de ebullición también responde a los agregados moleculares, tales como los puentes de hidrógeno que ciertas moléculas son capaces de formarlos o no. Los líquidos que se asocian con agregados como los grupos OH requieren de mayor energía para romper dichos enlaces en comparación de los no asociados que carecen de agregados para cambiar del estado líquido al gaseoso. (Fieser y Fieser, 1985). En el caso de la cetona, no forma puentes de hidrógeno, lo que le otorga la menor menor temperatura si se compara con el 1-Octanol y el 2-Propanol que si los forman. Ahora bien, el 1-octanol presenta mayor temperatura para ebullir que el 2-propanol, pero esto se debe al número de de carbonos enlazados, mientras mayor peso molecular se obtenga, mayor será el punto de ebullición, el 1-Octanol tiene 8 carbonos,mientras que el 2propanol solo 3, existe una diferencia de pesos moleculares que le otorga mayor peso al primero (Fieser y Fieser, 1985). El punto de ebullición medido a una presión atmosférica se denomina temperatura normal de ebullición, sin embargo, este punto puede variar dependiendo de la presión a la que se mide esta propiedad. A medida que el sitio en el que se mide el punto de ebullición se encuentre más elevado, es decir a menor presión atm, la temperatura de ebullición se reduce. Es por esta razón que se hacen diferentes correcciones sobre la temperatura obtenida experimentalmente, un ejemplo de esto es la ecuación de Sidney-Young. El día en el que se realizó la práctica, la presión atmosférica era de 637.7mmHg. Era de esperarse, entonces, una disminución en el punto de ebullición en todas las sustancias, dato observable en el cuadro No. 3 (Osorio Giraldo, 2009, p.64). Además de la diferencia de presión, error de calibración del termómetro o impurezas, se pudieron haber realizado otro tipo de errores como, por ejemplo, al observar de manera equívoca la temperatura en la cual salió la primer y la última burbuja del rosario; el no dejar que el equipo enfríe correctamente también afecta el punto de ebullición, ya que nos dará un resultado erróneo de la temperatura a la cual este está cambiando de fase de líquido a gas. La acetona por ejemplo, presenta cierto tipo de error, pues la temperatura ascendió a gran velocidad, evitando la estabilización del mercurio en el termómetro al momento exacto del

inicio de la ebullición del compuesto, el cual teóricamente es a 60°C (Arias, 2003). Conclusiones El 1-octanol presenta los enlaces más fuertes, lo que le da un punto de ebullción normal de 195°C (INSHT, 2002). La acetona posee la menor energía interna, es por eso que su punto de ebullición normal es 56.5°C (Universidad Nacional de Heredia, 2012). La acetona no posee agregados como el -OH, lo que significa que requiere menor energía para romper enlaces; es por esto que posee el menor punto de ebullición de las tres sustancias utilizadas. El 1-octanol presenta mayor número de carbonos que el 2-propanol, es decir, mayor peso molecular. Entre mayor peso molecular, mayor es el punto de ebullición. Es por esto que el 1octanol presenta el más alto punto de ebullición de las tres sustancias utilizadas. La presión atmosférica del día en el que se realizó el experimento fue 637.7 mmHg. Por esta razón, se corrigieron los puntos de ebullición obtenidos, dando un resultado de 190.33°C para 1-octanol; 55.18°C para acetona; 88.57°C para 2-propanol. Para las tres sustancias, el punto de ebullición corregido por presión atmosférica fue menor al obtenido experimentalmente; siendo la acetona la medida más exacta con respecto al punto normal de ebullición. Recomendaciones: Dejar enfriar lo suficiente el termómetro luego de tomar el punto de ebullición e iniciar el proceso con otra sustancia, debido a que esto eleva demasiado la temperatura y puede producir variaciones en los resultados. Calentar el tubo de thiele con la llama adecuada, según las instrucciones para que esto no eleve rápidamente la temperatura y no se visualice en momento preciso en el que inicia el rosario de burbujas. Utilizar la ecuación de Sidney-Young encontrada en en la sección de resultados y no la del manual de prácticas de laboratorio, ya que este último puede producir menor precisión. En la fórmula sugerida el punto de ebullición tiende a aumentar enlugar de corregir el dato.

Referencias Arias F. (2003). Química Orgánica. Mexico: EUNED. Chang R. (2007) QUÍMICA. México: Editorial McGraw-Hill Interamericana Fieser, L. y Fieser, M. (1985). Química Orgánica: España Editorial Reverté, S. A. INSHT (2002) Fichas internacionales de Seguridad Química. Recuperado de www.insht.es Instituto Nacional de Rehabilitación (2013) Hoja de seguridad. Recuperado de www.inr.gob.mx

Jhonson C. (2000). Determinación de estructuras orgánicas. Barcelona. Reverté. Osorio Giraldo, R.D. (2009) Manual de técnicas de laboratorio químico. Colombia: Editorial Universidad de Antioquia Slowing I. (2000) Un texto básico de Orgánica. Guatemala: Ediciones de los geógrafos. Universidad Nacional Heredia (2012) Hoja de Seguridad: Acetona. Recuperado de www.quimica.una.ac.cr

Anexos

Anexo No. 1 Aparato usado para la toma del punto de ebullición.

Fuente: obtenida del laboratorio 109, edificio T-12, USAC...