PUNTOS DE EBULLICIÓN, FUSIÓN, TURBIDEZ Y FLUIDEZ PDF

Preview

Summary

PRACTICA DE LAB SOBRE PTOS DE EBULLICION, FUSION TURBIDEZ Y FLUIDEZ...

Description

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

PUNTOS DE EBULLICIÓN, FUSIÓN, TURBIDEZ Y FLUIDEZ MITCHUN ALEXANDER ZAPATA GIRALDO

CÓDIGO 2174753

CRISTIAN DARIO PLAZAS VESGA

CÓDIGO 2174756

IVAN DARIO MOROS MENESES

CÓDIGO 2174748

“Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano” (Isaac Newton)

RESUMEN: Al momento de realizar la medición de alguna variable de proceso se debe tener certeza de que el instrumento empleado para tal fin cumplirá con su propósito, para ello la mayoría deben ser calibrados o seteados con respecto a un patrón, estándar o método numérico. Para identificar una sustancia no nos bastará con conocer una de sus propiedades características, sino que habremos de identificar varias de ellas, las más importantes, y las más fáciles de determinar son: la densidad, los puntos de fusión y ebullición, relacionados con la temperatura. Las propiedades características se determinan a través de análisis cualitativos y cuantitativos y son estos el objeto de la práctica de laboratorio realizada, la cual nos permitió conocer las propiedades de algunas sustancias y los métodos analíticos empleados para tal fin.

PALABRAS CLAVE: Evaporación, punto de ebullición, termómetro, calor de fusión.

INTRODUCCIÓN A simple vista se pueden distinguir muchos tipos de sustancias tales como la madera, el plástico, el oro o la plata, pero existen características que nos permiten diferenciar los distintos tipos de materia y que reciben el nombre de propiedades características o propiedades físicas, ya que nos ayudan a identificar las distintas sustancias mediante su sabor, color,

1

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

dureza, densidad, brillo, conductividad térmica y eléctrica, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad, etc. Las propiedades características o fisicas tienen en química, particular importancia pues ellas permiten reconocer una sustancia y diferenciarlas de las demás. Estas propiedades se les llaman a menudo constantes físicas siendo muy útiles, ya que sus valores son altamente confiables no solo para identificar una sustancia sino también para determinar su grado de pureza.

OBJETIVOS

Adquirir destreza en la medición de la temperatura y en el uso del termómetro. Familiarizarse con los términos temperatura, punto de fusión, punto de ebullición, calor, calor de fusión y calor de vaporización. Reconocer la importancia de las propiedades físicas como temperatura de fusión y ebullición en la identificación de una sustancia. Identificar los factores que influyen en los cambios de estado de las sustancias. Reconocer los términos de punto de fluidez, turbidez en un aceite.

MATERIALES EQUIPOS Y REACTIVOS

MATERIALES Vaso precipitado de 500 ml Hielo Soporte universal Pinzas para termómetro Termómetro Erlenmeyer de 250 ml Perlas de vidrio o perlas ebullición Placa de calentamiento Mecheros a gas

REACTIVOS NaCl HCl Acetona Etanol Naftaleno Ácido Salicílico de Aceite de cocina (Palma-soya) Aceite de girasol Aceite de motor 2

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

Tubos de ensayos para ebullición Tubos capilares Tubo de vidrio Alambre delgado de cobre RESULTADOS EXPERIMENTALES A. CALIBRACIÓN DEL TERMÓMETRO Compuesto Hielo Compuesto Agua

Temperatura punto de fusión Teórica (ºC) 0ºC Temperatura punto de Ebullición Teórica (ºC) 99.75ºC

3

Temperatura de Fusión medida (°C) 1ºC Temperatura de Ebullición medida (°C) 98ºC

Error (%) 1 Error (%) 1.75

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

B. PUNTO DE EBULLICIÓN Compuesto líquido Acetona Ácido Acético

Temperatura de Ebullición Temperatura de Ebullición Teórica (°C) medida (°C) 56ºC 56ºC 119ºC 117.8ºC

4

Error (%) 0 1.01

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

C. PUNTO DE FUSIÓN Compuesto sólido

Temp. de fusión Teórica (°C)

Temp. de fusión medida (°C)

Error (%)

Acido Benzoico

122ºC

123ºC

0.82

Ácido Salicílico

158.6ºC

157ºC

1

5

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

D. PUNTO DE TURBIDEZ Y FLUIDEZ Compuesto líquido

Temperatura Turbidez(ºC)

Temperatura Fluidez (°C)

Aceite de Girasol

4ºC

No reportable, se alcanzaron -1ºC

Aceite de cocina (Palma – Soya)

18ºC

4ºC

6

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

ANÁLISIS DE RESULTADOS. PARTE A. Se realizó la calibración del termómetro que se utilizaría en la práctica mediante la medida del punto de fusión y de ebullición del agua. El punto de fusión del agua, según la teoría es 0°C y el obtenido fue 1 °C, de igual manera el punto de ebullición del agua, según la teoría es 100°C y teniendo en cuenta que, por cada 150 m de altitud, el punto de ebullición del agua se reduce en 0.5°C y que la altitud media de Barrancabermeja es 75 msnm, se esperaría un punto de ebullición de 99.75 °C, el resultado obtenido fue 98 °C el cual es muy cercano al esperado. De los resultados obtenidos se pudo establecer que el margen de error es del 1% para el punto de fusión y del 1.75% para el punto de ebullición lo cual es considerablemente bajo lo que nos da un alto grado de confiabilidad para realizar mediciones con este termómetro. PARTE B. En el desarrollo de la práctica inicialmente se pudo determinar el punto de ebullición de la Acetona mediante el uso de un capilar el cual presento un burbujeo constante cuando la temperatura alcanzo los 56°C correspondiendo con el valor teórico establecido para dicha sustancia. Posteriormente se procedió a encontrar el punto de ebullición del ácido acético observando el mismo patrón de burbujeo saliendo del capilar al alcanzar los 119°C en el termómetro vs 117.8 7

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander

°C esperados (teórico), de esta medición se obtuvo un margen de error del 1.01% el cual pudo deberse a error en la medición por parte de los estudiantes, pureza de la sustancia o debido al margen de error del termómetro.

PARTE C. Mediante el desarrollo de esta práctica se pudo determinar el punto de fusión del ácido Benzoico al observar como el producto pasaba de su estado sólido a liquido transparente en el interior del capilar cuando se alcanzaron los 123°C en el termómetro siendo este valor muy cercano al teórico el cual está establecido en 122°C, de esta medición se pudo calcular un margen de error del 0.82%. De igual manera se encontró que el punto de fusión del ácido salicílico analizado fue de 157°C vs 158.6°C teórico al presentar el mismo comportamiento de cambiar su estado sólido a liquido al interior del capilar, para este caso se obtuvo un margen de error del 1%.

PARTE D. Para determinar el punto de Turbidez y Fluidez se utilizaron dos aceites de cocina uno de girasol y otro de una mezcla de palma-soya. Para el caso del aceite de girasol se obtuvo una turbidez o punto de nube cuando el termómetro alcanzo 4°C al evidenciarse la aparición de una leve nubosidad en la muestra, para este aceite no fue posible encontrar el punto de fluidez pues a pesar de agregar sal al agua con hielo para lograr un baño con una temperatura menor a 0°C, la muestra solo llegó a 4°C y a esta temperatura aun fluía la muestra de aceite en el tubo de ensayo. Para poder hallar el punto de fluidez se necesitaría de un equipo que permita obtener temperaturas menores a -10°C. Para el caso del aceite de palma-soya se obtuvo un punto de turbidez de 18°C donde se observó fácilmente una nubosidad en la mayoría de la muestra de aceite, de igual manera se pudo encontrar sin mucha dificultad el punto de fluidez al alcanzar los 4°C en el termómetro dado que el contenido del tubo de ensayo se solidifico y dejo de fluir. Se podría decir que este aceite contiene una mayor cantidad de compuestos grasos (triglicéridos) que el primero por lo que se obtiene a mayor temperatura una turbidez y fluidez fácil de observar. CONCLUSIONES   

Las propiedades físicas de punto de fusión, punto de ebullición, turbidez y fluidez están directamente relacionadas con la temperatura y son propias de cada sustancia. Es importante sellar correctamente los capilares utilizados para hallar el punto de ebullición Es importante contar con instrumentos de medición confiables para evitar lecturas erróneas. 8

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander



 

Al momento de realizar análisis de laboratorio donde se involucre operaciones de incremento de temperatura es importante adicionar una buena cantidad de perlas de ebullición para ayudar en la homogeneidad de calentamiento del baño Las condiciones ambientales del laboratorio pueden influir en los resultados encontrados en las practicas desarrolladas Es importante utilizar los reactivos de forma individual para cada grupo para evitar contaminaciones cruzadas

. RESPUESTA A LAS CUESTIONES

Pregunta 1: Indique claramente las sutiles diferencias entre: a) vaporización, ebullición y evaporación, b) condensación y licuefacción (licuación), c) congelación y solidificación. a) Vaporización, ebullición y evaporación. “Vaporización es el proceso en que el estado líquido cambia al estado gaseoso mediante el aumento de la temperatura o calentamiento. Existen dos tipos de vaporización: la evaporación y la ebullición” [ CITATION Sig18 \l 9226 ]. La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido a un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer la tensión superficial, mientras que la ebullición es un proceso físico que consiste en el paso del estado líquido al estado gaseoso de forma más rápida y es bien perceptible, pues ocurre en toda la extensión del líquido, con agitación y formación de burbujas. La diferencia entre la evaporación y la ebullición es que en la evaporación el proceso se desarrolla en la superficie del fluido generando vapor y en la ebullición la vaporización se genera en la totalidad de la masa líquida. Otra diferencia es que la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuánto más elevada sea esta; no es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. b) Condensación y licuefacción. “La licuefacción es el cambio de estado que acontece cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido, este proceso ocurre por la acción de la temperatura y el aumento de la presión, que permite llegar a una sobrepresión elevada” [ CITATION Per08 \l 9226 ], y en la condensación este cambio del estado gaseoso al líquido se debe a la disminución de la temperatura. c) Congelación y solidificación. La congelación es una transición de fase en la que un líquido se convierte en un sólido cuando su temperatura desciende por debajo de su punto de congelación. En contraste, la solidificación es un proceso similar en el que un líquido se convierte en un sólido, no al disminuir su temperatura, sino al aumentar la presión a la que se encuentra sometido. [ CITATION Wik18 \l 9226 ] Pregunta 2: ¿Qué cambios de estado están involucrados en la formación de nieve, granizo, escarcha y rocío?

9

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander Nieve: Solidificación Granizo: Solidificación Escarcha: Congelación Rocío: Condensación. Pregunta 3: Indique si implica un cambio físico o químico: a) la disolución de sal en agua, Cambio físico. b) la disolución de azúcar en agua. Cambio físico. c) la cristalización de un gas, Cambio químico. d) la cristalización de un líquido, Cambio químico. e) la cristalización de una disolución, Cambio químico. El azúcar y la sal se pueden separar de la disolución acuosa al calentar y evaporar la disolución hasta que se seque. Si se condensa el vapor de agua liberado, es posible obtener el componente agua. La cristalización es un proceso químico por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, la unidad básica de un cristal. La cristalización se emplea con bastante frecuencia en química para purificar una sustancia sólida Pregunta 4: ¿La temperatura a la que el azúcar cambia de color y se convierte en caramelo corresponde a su temperatura de fusión? No, debido a que el punto de fusión del azúcar es160 °C y para que cambie de color y se convierta en caramelo necesita ser calentada a 210 °C. Pregunta 5: Indique claramente las diferencias entre: Punto de inflamabilidad (punto de destello, punto de chispa, “flash point”), Punto de ignición (punto de inflamación, punto de incendio, “fire point”) y Punto de auto ignición (punto de auto inflamación, “kindling point”) y cómo se determina cada uno de ellos. El punto de Inflamación es la temperatura a la cual los vapores y el líquido de una muestra que se encuentra en calentamiento controlado se encuentran en equilibrio. El punto de ignición se presenta cuando después de calentada una muestra llega a una temperatura a la cual se incendia por efecto de una llama que puede ser a gas o eléctrica. El punto de auto ignición es la temperatura a la cual una muestra se incendia por si sola. Hay dos tipos básicos de medición del punto de destello: Taza Abierta y Taza Cerrada. En la configuración a Taza Abierta la muestra está contenida en una taza abierta que se calienta, y a distintas temperaturas se acerca una llama a la superficie. El punto de inflamación variará con la altura a la que se coloque la llama por encima de la superficie del líquido. A una altura suficiente la temperatura de punto de relámpago coincidirá con el punto de ignición. Hay dos tipos de dispositivos de Taza Cerrada: no equilibrado, donde los vapores sobre el líquido no están en equilibrio térmico con el líquido, y equilibrado, donde los vapores se considera que están en equilibrio térmico con el líquido. En ambos casos las copas están selladas con una tapa a través de la cual se puede introducir la fuente de ignición. Los dispositivos tipo Taza Cerrada normalmente registran

10

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander valores más bajos para el punto de destello que los tipos Taza Abierta (normalmente, un 5-10 ° C o 9-18 ° F más bajo) y son una mejor aproximación a la temperatura a la cual la presión de vapor alcanza el límite inferior de inflamabilidad. Pregunta 6: Además del termómetro, ¿qué otros instrumentos se utilizan para medir la temperatura y cómo funcionan?

Termómetro de vidrio o de líquido: Su operación está basada en la expansión del líquido con el incremento de la temperatura. Con el incremento de la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con diferente coeficiente de expansión, causando que le líquido avance por el tubo capilar. Termómetro de resistencia: Los termómetros de resistencia basan la toma de temperatura en un alambre de platino integrado dentro del termómetro. Este alambre va ligado a una resistencia eléctrica que cambia en función de la temperatura. Es un termómetro que es muy lento en la toma de temperatura, pero preciso. Se suele usar para tomar la temperatura del exterior. Termopar o par térmico (termómetros de contacto): Se trata de termómetros que miden la temperatura a partir de una resistencia eléctrica que produce un voltaje el cual varía en función de la temperatura de conexión. Es un termómetro que toma la temperatura de forma rápida y se suelen usar en laboratorios. Termómetros sin contacto o pirómetros: La medición de la temperatura se basa en la radiación de calor que desprenden los objetos cuando se calientan. Se denominan también termómetros infrarrojos y se utilizan, entre otras cosas, para medir temperaturas elevadas o de objetos en movimiento o que estén a distancia. Termómetros bimetálicos: Estos termómetros están formados por dos láminas de metales de distintos coeficientes de dilatación. Cuando hay cambio de temperatura, uno de los dos metales se curva antes que el otro y el movimiento se traduce en una aguja que a su vez marca en una escala la temperatura. Termómetros de gas: Pueden funcionar a presión constante o a volumen constante y debido a su tamaño, precio y complejidad sólo se utilizan como termómetros patrón en laboratorios con el objetivo de poder calibrar otros termómetros, ya que es un sistema muy preciso de medición de temperatura. Termómetros digitales: Un circuito electrónico toma la temperatura y la información se envía a un microchip que la procesa y la muestra en una pantalla digital numéricamente. Suelen ser muy comunes para aplicaciones muy diversas en el hogar, medicina, industria, al ser económicos, rápidos, precisos y fáciles de usar. Termopares: Se componen de dos hilos de distintos metales o aleaciones que están unidos entre sí por puntos de soldadura. Sensor de resistencia: La resistencia de medición recibe una corriente constante y se mide la caída del voltaje, que varía con el valor de resistencia según la temperatura. Termistores: La medición de temperatura se basa en una variación de la resistencia del elemento sensor según la temperatura. A diferencia de los termómetros de resistencia, los termistores tienen un coeficiente de temperatura negativo. [ CITATION Gui13 \l 9226 ]

Pregunta 7: ¿Qué se entiende por calibración de un instrumento?

11

Ingeniería de Procesos de Refinación y Petroquímicos Escuela de Ingeniería Química Universidad Industrial de Santander Calibración es el conjunto de operaciones que establecen, en condiciones especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento de medida o un sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por un material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud realizados por patrones. En resumen, consiste en comprobar las desviaciones de indicación de instrumentos y equipos de medida por comparación con patrones con trazabilidad nacional o internacional. Los resultados de calibración se plasman en un certificado o informe de calibración. [ CITATION Alp15 \l 9226 ]

Pregunta 8: ¿Por qué el hielo debe estar finamente picado y mezclado con agua líquida? La temperatura más usada para la calibración es 0°C. El punto de fusión de hielo es un sistema físico que se realiza mediante una mezcla de agua destilada y hielo el cuál debe estar finamente picado e inundado con agua suficiente para rellenar los huecos que quedan entre las partículas del mismo, evitando la presencia de burbujas de aire. El termómetro puede de esta manera introducirse completamente en él y así obtener una medición con una menor incertidumbre o error.[ CITATION Met04 \l 9226 ] Pregunta 9: ¿Para qué se añaden perlas de vidrio o piedras de ebullición? Sirven para controlar la ebullición, porque cuando un líquido como el agua hierve, este tiende a saltar por la cantidad de energía que se está proporcionando al mismo, y las perlas evitan que las burbujas de aire que se forman en el fondo del recipiente salga completas a la superficie y al llegar hasta arriba se rompan y salpiquen el agua. Pregunta 1...