Practica 4

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química. Laboratorio de Equilibrio y Cinética. Práctica IV. “PROPIEDADES COLIGATIVAS. SOLUCIONES DE ELECTROLITOS FUERTES.” FUERTES.” Equipo 6

Fecha de entrega: 17 de Septiembre de 2012

Grupo: 38.

Horario: Lunes. - 17:00 a 20:00 hrs.

Profesor: Gerardo Omar Hernández segura.

Ciclo Escolar: 2013-1 Práctica IV. “Propiedades Coligativas Soluciones de electrolitos fuertes”. I.

Objetivo General.



II.

Analizar el efecto que tiene la adición de cantidades diferentes de un soluto no electrolito y un electrolito fuerte sobre el abatimiento de la temperatura de fusión de un disolvente.

Objetivos Particular. Determinar la temperatura de congelación de disoluciones acuosas de un electrolito fuerte, a diferentes concentraciones, a partir de curvas de enfriamiento. Comparar la temperatura de congelación de soluciones de electrolito fuerte (NaCl y CaCl2) a la misma concentración. 



III.

Problema. Determinar la relación de la temperatura de congelación de soluciones de no electrolito y de un electrolito fuerte, a la misma concentración.

IV.

Introducción.

Propiedades coligativas: Están ligadas por un origen común. Solo dependen del número de moléculas de soluto presentes y no del tamaño o de la masa molar de las moléculas. Las propiedades coligativas son: La elevación del punto de ebullición Reducción de la presión de vapor  Descenso del punto de congelación Presión osmótica Factor de van´t Hoff.    

La relación :

   

Donde i es mayor a la unidad, se conoce como factor de van´t Hoff. Cuando se suponía que los electrolitos estaban constituidos por moléculas se aceptó que una fracción de las mismas se disociaba en iones y que se establecía un equilibrio entre las moléculas ionizadas o disociadas se denomina grado de disociación. Para los electrolitos fuertes se establece actualmente la relación:

   

Donde g es mayor que la unidad y que se conoce como coeficiente osmótico. Cuando más se acerca a la unidad el valor de g mayor es el comportamiento ideal de los iones en la disolución iónica.

Si una supuesta molécula del electrolito se disocia en υ iones, es evidente que:



Y por lo tanto

  

En el caso de los electrolitos débiles, si α es el grado de ionización y una molécula forman realmente υ iones, 1 mol de electrolito dará lugar a υα moles y quedaran sin ionizar (1-α ) moles, por lo cual, en vez de un mol de compuesto tendremos: [1+(υ-1) α] moles de partículas, y puesto que cualquier propiedad coligativa es i veces mayor que el valor teórico correspondiente al número de moléculas o moles disueltos, tendremos:

   

i = 1+(υ-1) α

y

El factor de Van’t Hoff i para soluciones iónicas en las expresiones de las propiedades coligativas se puede escribir: Descenso del punto de fusión: ΔTc = ikfm

V.

Material, equipo y reactivos empleados. 5 tubos de ensayo de 15 mL 1 Gradilla para tubo de ensayo 1 Vaso de unicel con tapa de un litro 1 Termómetro en décimas de grado de -10 a 32°C o digital 1 Cronómetro Agua destilada Soluciones acuosas de NaCl (0.25, 0.5, 0.75,1.0 molal) Soluciones acuosas de CaCl2 (0.25, 0.5, 0.75,1.0 molal) Sal de grano (NaCl) Hielo    

     

VI.

Toxicidad de los reactivos empleados. Cloruro de Sodio. (NaCl) Fórmula química: NaCl Peso molecular: 58,4 g/mol

Código Winkler

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Apariencia: Sólido blanco cristalino. Gravedad Específica (Agua=1): 2.170 / 20°C Punto de Ebullición (ºC): 1413 Densidad Relativa del Vapor (Aire=1): N.A. Punto de Fusión (ºC): 801 Viscosidad (cp): N.A. pH: N.A. Presión de Vapor (mm Hg): 1 / 865°C Solubilidad: Soluble en agua, glicerol y alcohol. Estabilidad: Estable bajo condiciones normales Cloruro de Calcio. (CaCl 2) Fórmula química: CaCl2 Peso molecular: 110,986 g/mol PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Apariencia: Sólido blanco cristalino Inodoro. Gravedad Específica (Agua=1): 2.15 / 20°C Punto de Ebullición (ºC): 1935 Densidad Relativa del Vapor (Aire=1): N.A. Punto de Fusión (ºC): 772 Viscosidad (cp): N.A. pH sol. 25°C : 8-9. Presión de Vapor (mm Hg): 1 / 865°C Solubilidad: Soluble en agua, glicerol y alcohol. Estabilidad: Estable bajo condiciones normales

VII.

Procedimiento. (Diagrama de flujo)

Código Winkler

Temperatura de fusión

En un vaso de unicel, colocar primero una capa de hielo (frape), luego colocar una capa de sal.

Poner el tubo de ensayo para medir el espacio que se dejara y seguir alternando las capas de hielo y sal

Colocar el termómetro dentro del tubo de ensayo y registrar la temperatura cada 10 segundos.

Con los datos obtenidos realizar la curva de enfriamiento para obtener la

VIII.

Tabla de datos experimentales.

De preferencia colocar las capas con el tubo de ensayo vacío y después verter 5mL de disolución de urea o dextrosa, según corresponda

Las concentraciones de las disoluciones (NaCl y CaCl2) son 0.25 m, 0.5m, 0.75m y 1.0m

Curva de enfriamiento del H20 destilada Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 23.9 20 16.7 30 13.5 40 10.6 50 8.5 60 6.6 70 5.7 80 4.2 90 3.3 100 1.7 110 1.1 120 0.9 130 0.5 140 0.1 150 0 160 -0.1 170 -0.2 180 -0.2 190 -0.3 200 -0.3 210 -0.3 220 -0.3 230 -0.3 240 -0.3 250 -0.3 260 -0.4 270 -0.4 280 -0.5 290 -0.6

Curva de enfriamiento del agua destilada 24 21     ) 18    C    °     ( 15    a    r    u    t 12    a    r    e 9    p    m 6    e    T 3 0 -3 0

50

100

150

200

250

300

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de agua destilada

Curva de enfriamiento de NaCl 0.25 m Tiempo (s) Temperatura

Temperatura de fusión

Curva de enfriamiento de NaCl 0.25 m 24     ) 21    C    ° 18     (    a    r 15

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

(°C) 22.5 19.4 12 7.1 2.5 -0.5 -1.2 -1.4 -1.4 -1.4 -1.4 -1.4 -1.6

Curva de enfriamiento de NaCl 0.5 m Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 23 20 18.6 30 10.4 40 6.8 50 2.5 60 0.6 70 -1.6 80 -2.3 90 -2.5 100 -2.5 110 -2.5 120 -2.5 130 -2.5 140 -2.5 150 -2.6 160 -2.8

Curva de enfriamiento de NaCl 0.5 m 23.5 20.5     )    C    ° 17.5     ( 14.5    a    r    u    t 11.5    a    r    e 8.5    p    m 5.5    e    T 2.5 -0.5 -3.5 0

50

100

150

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de NaCl 0.5 m

Temperatura de fusión

Curva de enfriamiento de NaCl 0.75 m

Curva de enfriamiento de NaCl 0.75 m 22.5

Tiempo (s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Temperatura (°C) 23 21.7 18 10.5 6.3 3.5 0.2 -2.1 -3.4 -3.4 -3.4 -3.4 -3.4 -3.7 -4

Curva de enfriamiento de NaCl 1 m Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 23 20 17.4 30 10.5 40 7.5 50 4.2 60 -0.1 70 -1.7 80 -2.5 90 -3.7 100 -4.1 110 -4.1 120 -4.1 130 -4.1 140 -4.3

Curva de enfriamiento de NaCl 1 m 23.5 20.5 17.5

    )    C    ° 14.5     (    a    r11.5    u    t    a    r 8.5    e    p 5.5    m    e 2.5    T

-0.5 -3.5 -6.5

0

100

150

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de NaCl 1 m

150

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.25 m

50

-4.5

Temperatura de fusión

Tiempo (s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Temperatura (°C) 23 17.5 14.3 10.5 7.6 5.2 1 -0.4 -1.4 -1.4 -1.4 -1.4 -1.4 -1.5 -1.5 -1.6 -1.7 -1.9 -2.1 -2.4

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.5 m Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 22.5 20 17.6 30 9.9 40 50 60 70 80 90 100 110

4 -1.5 -2.6 -2.6 -2.6 -2.6 -2.7 -2.8

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.25 m 24 21     ) 18    C    °     ( 15    a    r    u    t 12    a    r 9    e    p 6    m    e 3    T 0 -3 0

50

100

150

200

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.25 m

Temperatura de fusión

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.5 m 24 21     ) 18    C    °     ( 15    a    r    u    t 12    a    r 9    e    p 6    m    e 3    T 0 -3 0

50

100

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.5 m

Temperatura de fusión

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.75 m Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 22.1 20 18.9 30 14.6 40 9.2 50 6.2 60 2.5 70 -0.4 80 -3.4 90 -3.8 100 -3.8 110 -3.8 120 -3.8 130 -4 140 -4.2 150 -4.4 Curva de enfriamiento de CaCl2 1 m Tiempo (s) Temperatura (°C) 10 22.8 20 17.4 30 10.2 40 4.8 50 -1.3 60 -4.1 70 -5.2 80 -5.3 90 -5.4 100 -5.4 110 -5.4 120 -5.4 130 -5.4 140 -5.4 150 -5.5 160 -5.6 170 -5.8 180 -6.1

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.75 m 22.5     ) 19.5    C    ° 16.5     (    a    r13.5    u    t 10.5    a    r    e 7.5    p    m 4.5    e    T 1.5 -1.5 -4.5 0

50

100

150

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de CaCl2 0.75 m

Temperatura de fusión

Curva de enfriamiento de CaCl2 1m 23.5 20.5     ) 17.5    C    °     ( 14.5    a    r 11.5    u    t    a    r 8.5    e 5.5    p    m 2.5    e    T -0.5 -3.5 -6.5 0

50

100

150

200

Tiempo (s)

Curva de enfriamiento de CaCl2 1 m

Temperatura de fusión

IX.

Resultados

Solución de 200 mL de NaCl Masa soluto (g) 2.922 5.844 8.766 11.688

Molalidad (mol/ Kg) 0.25 0.5 0.75 1

(Tfus)e (°C)

(∆Tfus )e (°C)

(∆Tfus )e (K)

(∆Tfus )noe (K)

-1.4

1.1

1.1

0.465

-2.5

2.2

2.2

0.93

-3.4

3.1

3.1

1.395

-4.1

3.8

3.8

1.86

(Tfus)e (°C)

(∆Tfus )e (°C)

(∆Tfus )e (K)

(∆Tfus )noe (K)

-1.4 -2.6 -3.8 -5.4

1.1 2.3 3.5 5.1

1.1 2.3 3.5 5.1

0.465 0.93 1.395 1.86

Solución de 200 mL de CaCl 2 Masa soluto (g) 5.549 11.098 16.647 22.196

Molalidad (mol/ Kg) 0.25 0.5 0.75 1

NaCl 5 y = 1.9355x + 0.3 R² = 0.9902

    ) 4    K     (    e     )

3

   s    u     f

      T       ∆        (

2 1 0

0.5

1

1.5

2

(∆Tfus )noe (K)

CaCl2 6 y = 2.8387x - 0.3 R² = 0.9945

5

    )    K     (    e4     )    s    u     f

3

      T       ∆        (

2 1 0

0.5

1 (∆Tfus )noe (K)

1.5

2

Cálculos:

 )( )         (    )( )         (                                X.

Análisis de resultados.

La temperatura de congelación de l as disoluciones disminuye a m edida q ue aume nta la concentración molal de cada compuesto. En cada curva de enfriamiento realizada se observo un intervalo de tiempo en el cual la temperatura se mantenía constante, este valor de temperatura corresponde al punto de fusión de cada disolución. Comparando los resultados de T fus de las disoluciones de cloruro de sodio y cloruro de calcio, se observa que a igual concentración las T fus del CaCl2 son menores a las de NaCl, esto se debe a que las propiedades coligativas dependen de la cantidad de partículas disueltas que en este caso si cambian.

            

      

Donde; i: factor de van’t Hoff k f: constante crioscópica del agua m : concentración molal (mol/kg)

      La ecuación de la recta es Sustituyendo en nuestro caso:

    Al realizar una regresión lineal a nuestras graficas de ∆T fus de electrolitos vs ∆Tfus de no electrolitos obtenemos nuestros valores experimentales de i.

NaCl

Experimental i = 1.9355

CaCl2

i = 2.8387

Teórico i=2 i

=3

   |||  |    |||  |

XI. Conclusiones. Se puede concluir que el punto de congelación, dependen solamente del número de partículas de soluto disueltas en la disolución y no de su naturaleza. Comparando resultados con la práctica anterior, tenemos que para los no electrolitos, una disolución a la misma concentración molal, tendrá aproximadamente el mismo valor del ΔTf; mientras que para las disoluciones de electrolitos fuertes, el ∆Tf se verá afectado por el factor de van’t Hoff , si dicho factor es menor que el número nominal de partículas disociadas el electrolito es débil ; y si el factor de van’t Hoff, es igual al número de partículas disociadas entonces se tratara de un electrolito fuerte. En lo que respecta a el valor obtenido del factor de Van’t Hoff estamos satisfechos ya que fue el esperado. XII.







Tratamiento de residuos. Como los reactivos ocupados (NaCl y CaCl 2), no son nocivos para la salud, y se utilizaron en pocas cantidades, se pueden desechar en la tarja.

XIII. Bibliografía. Raymond Chang, “fisicoquímica” Mc Graw Hill, 3ra edición pp 203206 , 217-233 Peter W. Atkins “fisicoquímica” Addison-Wesley Iberoamericana, 3ra edición; 1991 pp. 197-199 Engel Thomas, Reid Philip, Química Física, Ed. Pearson Addison Wesley, Madrid 2006, pp.207