Propiedades Coligativas Electrolitos Fuertes (1)

Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química

Laboratorio de Equilibrio y Cinética

Práctica 6. ‘’Propiedades Coligativas. Soluciones de Electrolitos Fuertes. ’’

Esperanza Martínez Mariana Guadalupe López Salgado Karla Alejandra Salgado Mendoza Rodrigo Equipo 3

Grupo 26

19/marzo/2014

PROPIEDADES COLIGATIVAS. SOLUCIONES DE ELECTROLITOS FUERTES. OBEJTIVOS. 





Analizar el efecto de la adición de diferentes cantidades de un soluto fuerte sobre el abatimiento de la temperatura de fusión de un disolvente. 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.



INTRODUCCIÓN. El número de iones presentes en la solución afecta las propiedades coligaticas de una solución electrolítica. Por ejemplo esperamos que el descenso del punto de congelación acuoso provocado por una solución de 0.01m de NaCl sea del doble del efectuado por una solución de sacarosa de 0.01m, suponiendo una disolución total de la primera. En el caso de las sales disociadas de forma incompleta, la relación es más complicada porque nos proporciona otra forma de medir el grado de disociación de un electrolito. Definamos un factor i, llamado factor de Van´t Hoff (en honor del químico danés Jacobus Hendricus van´t Hoff, 1852-1922) de la siguiente manera:



               

Si una solución contienen N unidades de un electrolito y si α es el grado de

disociación, Mv+ XvN(1-α)

 v+Mz+

+ v+Xz-

Nv+ α Nv_α

Existirán N(1-α) unidades disociadas y (N v+ α + N v_ α), o Nvα iones en solución en equilibrio, donde v = v+ +v_ .Ahora podemos escribir el factor de van´t Hoff como



(  )   



       

 

Hemos asumido que no hay pares de iones presentes.

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

DISEÑO EXPERIMENTAL. ¿‘ Qué se hará?

Se observará el punto de solidificación de dos diferentes soluciones con soluto de NaCl y CaCl 2 a diferentes concentraciones (0.25m, 0.50m, 0.75m y 1m) a través de la elaboración de curvas de enfriamiento de las mismas. ¿Cómo se hará?

Con ayuda de dichas curvas podremos observar las propiedades del soluto y verificaremos que las disoluciones solidifican a temperaturas inferiores a las del solvente puro. ¿Para que se hará?

Evaluaremos la pendiente de la gráfica (T° solvente puro  –  Tf disolución) vs. m (mol/kg) para obtener el factor vant Hoff de nuestro electrolito fuerte.

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS Y TOXICIDAD 





Agua destilada. Soluciones acuosas de NaCl: Estable bajo condiciones normales. Las soluciones muy concentradas pueden causar irritación. El polvo ocasiona enrojecimiento y puede ser perjudicial para los ojos. Soluciones acuosas de CaCl2: El Cloruro de calcio es una sal blanca y cristalina empleada para la preparación de salmueras, empeladas por si solas o en sistemas de emulsión

inversa. Debe de evitar contacto con la humedad, así mismo como el tener cercanía con materiales incompatibles como: aluminio, estaño, zinc, oxido borico, oxido de calcio, ácido sulfúrico. 



Sal de grano (NaCl): Sólido blanco, cristalino, higroscópico. Soluble en agua, glicerol y alcohol. Hielo: No corrosivo para la piel. No es irritante para la piel. No es sensibilizador para la piel. No irritante a los ojos. No es peligroso en caso de ingestión. No es peligroso en caso de inhalación. No es irritante para los pulmones.

METODOLOGÍA EMPLEADA. Disolucione s ya

Medir

preparadas

Colocar

de NaCl y

cada tubo

Introducir

CaCl2.

de ensaye

termómetr

en hielo.

o. Agitar.

temperaturas de congelación en diferentes intervalos de tiempo.

Colocar soluciones 0.25m, 0.5m, 0.75m y 1m en tubos de ensaye (3mL).

Al hielo, colocarle sal en grano. Un poco más que

Mediciones subsecuentes. Intervalos pequeños (5 a 10 segundos)

la vez anterior. Recolectar datos, curvas de enfriamiento.

DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS. 



Realizamos las mediciones de temperatura en intervalos de 10 segundos. Se señala con sombreado en la tabla la temperatura a la que comenzó a congelar nuestra muestra.

Tabla 1. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y soluciones de NaCl. Sistema Tiempo(seg   )

H 2O   0m

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

16.1 13.5 9.1 7.7 4.7 2.2 0.3 3.5 1.8 0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3

Temperatura (°C) NaCl/H 2O   0.25m 0.5m 0.75m

20.2 16.1 13.5 9.5 7.4 4.9 4.3 4.0 2.4 0.5 0.8 0 -0.7 -1.7 -3.1 -2.9 -3.6 -2.6 -1.5 -1.4 -1.4 -1.4

16.8 12.1 8 4.9 2.6 6 4.2 3.7 2.1 0.3 -0.7 -1.9 -3.2 -3.9 -2.5 -2.3 -2.3 -2.3

24 22.1 20 19.3 17.4 15.2 11.6 12.1 10.2 7.6 5.6 7.4 5.2 2.8 0.7 -1.3 -0.7 -0.3 -1.6 -4.2 -4.3 -4.3 -4.3

1m

16.1 11.5 7.6 6.1 4.8 1.5 -0.6 -2.1 -3.2 -4.2 -4.6 -4.7 -5.2 -6.6 -5.5 -5.1 -4.1 -4.1 -4.1

Tabla 2. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones de CaCl2.

Temperatura (°C) CaCl 2 /H    2O  

Sistema

H 2O  

Tiempo(seg) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

0.0

0.25m

0.5m

0.75m

1m

16.1 13.5 9.1 7.7 4.7 2.2 0.3 3.5 1.8 0 -0.3 -0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.3

17.3 7.6 5.4 2 -1.9 -3.7 -1.4 -1.3 -1.3 -1.3

15.4 8.9 4.9 1 -1.7 -3.4 -2.1 -2.1 -2.1 -2.1

18.4 8.4 4.8 0.7 -1.9 -3.7 -4.9 -5.7 -6.3 -6.8 -3.5 -3.3 -3.3 -3.3

14.1 9.3 12.5 10.3 8.2 6.6 5.6 3.9 2.5 1.4 0 -0.8 -1.5 -2.4 -3.1 -3.6 -4.4 -4.2 -4.1 -4.1 -4.1

Tabla 3. Valores de temperatura de congelación del agua y de las soluciones de NaCl y CaCl2. m/(moles kg -1 )

t/(°C)

T/(K)

 /(K)

NaCl/Agua 0.25 0.50 0.75 1 CaCl2/Agua 0.25 0.50 0.75 1

-0.3 -1.4 -2.3 -4.3 -5.1 -0.3 -1.3 -2.1 -3.3 -4.1

272.85 271.75 270.85 268.85 268.05 272.85 271.85 271.05 269.85 269.05

0 1.2 2 4 4.8 0 1 1.8 3 3.8

ALGORITMO DE CÁLCULO.

*con que agreguemos un ejemplo de cada solución esta perfecto*

a) Calcular la disminución de la temperatura de congelación y tiempo en las disoluciones. ( )     

NaCl : ( )       ( )       ( )       ( )      

CaCl2 : ( )       ( )       ( )       ( )      

Elaboración de gráficos 1.- Traza las curvas de enfriamiento (temperatura vs tiempo) para cada sistema utilizando los datos de las tablas 1 y 2

Curvas c

Chart Title 6

30

y = 4.96x - 0.08 R² = 0.9806 y = 3.84x R² = 0.9965

5

25

4

20

NaCl/Agua ΔT/ (K) CaCl2/Agua Δt/(K)

3

15

   T

       Δ

10

2

5

1

Linear (NaCl/Agua ΔT/ (K))

0

0

Linear (CaCl2/Agua Δt/(K))

-5

0

50

0 -1

0.5

1

1.5

m /( moles Kg-1)

-10 0m

2.- Grafico de la disminución de la temperatura de congelación en función de la concentración de las disoluciones de NaCl y CaCl2  ΔT /(K)

m/(moles -1 kg  ) Curvas de enfriamiento a diferntes concentraciones de CaCl2

20 15 10 5 0 0

50

100

150

200

-5 -10 0

0.25m

0.5m

0.75m

1m

250

0 1.2 2 4 4.8

NaCl/Agua 0.25 0.5 0.75 1

0

CaCl2/Agua

1 1.8 3 3.8

0.25 0.5 0.75 1

3.-Construir un gráfico de ∆Tf (cloruro de sodio) vs ∆Tf (no electrolito); construir un gráfico de ∆Tf (cloruro de calcio) vs ∆Tf  (no electrolito).

Análisis de resultados 1.- Explicar cómo varia la temperatura de congelación de las soluciones en función de la concentración del cloruro de sodio y del cloruro de calcio, de acuerdo a los datos incluidos en las tablas 1 y 2. De acuerdo a los datos que se encuentran en las tablas 1 y 2 sabemos que a mayor concentración molal presente en la solución, menor es la temperatura en la que alcanza el punto de congelación dicha solución. El descenso en el punto de congelación conforme aumenta la concentración se debe a la siguiente razón: la congelación implica la transición de un estado desordenando a un estado ordenado. Para que esto suceda, el sistema libera energía. Como en una disolución hay mayor desorden que en el disolvente, es necesario que se libere una mayor energía para generar orden en el caso de un disolvente puro. Por ello la disolución tiene menor punto de congelación que el disolvente. Mientras mayor sea la concentración del soluto, menor será la presión de vapor y por lo tanto, menor el punto de congelación. Sin embargo, al tratarse de soluciones de electrolitos fuertes, también se considera su factor de Van´t Hoff, dado que este valor indica la magnitud en la que descenderá el punto de congelación. Así pues la disminución de la temperatura de congelación del cloruro de calcio es mayor que la del cloruro de sodio, puesto que el CaCl2 presenta un factor más grande que el NaCl.

2.- Explicar por qué la temperatura de los sistemas objeto de estudio permanece constante en cierto intervalo de tiempo. Este es el intervalo donde se alcanza el equilibrio entre la fase líquida y la fase sólida.

3.- Explicar el comportamiento del gráfico de la disminución de la temperatura de congelación en función de las concentraciones de cloruro de sodio y de cloruro de calcio; proponer una ecuación que los describa. El descenso en el punto de congelación conforme aumenta la concentración se debe a la siguiente razón: la congelación implica la transición de un estado desordenando a un estado ordenado. Para que esto suceda, el sistema libera energía. Como en una disolución hay mayor desorden que en el disolvente, es necesario que se libere una mayor energía para generar orden en el caso de un disolvente puro. Por ello la disolución tiene menor punto de congelación que el disolvente. Mientras mayor sea la concentración del soluto, menor será la presión de vapor y por lo tanto, menor el punto de congelación. Sin embargo, al tratarse de soluciones de electrolitos fuertes, también se considera su factor de Van´t Hoff, dado que este valor indica la magnitud en la que descenderá el punto de congelación. Así pues la disminución de la temperatura de congelación del cloruro de calcio es mayor que la del cloruro de sodio, puesto que el CaCl2 presenta un factor más grande que el NaCl. Presenta más partículas disueltas el cloruro de calcio que el cloruro de sodio. La ecuación que lo describe es: ∆T de fusión = i Kf msoluto

Donde, Kf = constante que depende del disolvente. i = Factor de Van´t Hoff CaCl2 I= Tc/1.86 I (0.25m) = 1.4/1.86= -0.752 I (o.50m) = -3.4/1.86= -1.827 I (o.75m)= -3.5/1.86=-1.881 I (1.0m)= -4.2/1.86=-2.258

NaCl I=Tc/1.86 I (0.25m)= -0.3/1.86= -0.162 I (0.50m)= -3.9/1.86= -2.096 I (.75m)= -4.2/1.86= -2.258 I (1.0m)= -5.1/1.86= -2.741

4. Analizar el gráfico de ∆Tf (cloruro de sodio) vs. ∆Tf (no electrolito) y ∆Tf (cloruro de calcio) vs. ∆Tf   (no electrolito), proponer una ecuación que lo

describa. Explicar cuál es el significado de cada uno de los términos de la ecuación. 5. Comparar el valor del factor van´t Hoff teorico con el experimenal NaCl : 4.96 NaCl(teórico) : 2.0

CaCl2 :3.84 CaCl2 (teórico): 3.05 %Error NaCl

CaCl2

 

 

    %

     %

Nuestros porcentajes de error sob elevados ya que nuestras muestras estuvieron contaminadas por problemas que se llevaron a cabo en la medición de nuestras sustancias. No obstante tal vez otras situaciones alternas afectaron nuestros resultados.

CONCLUSIONES.

El punto de congelación de la disolución a mayor concentración es menor que la del líquido puro, es decir abatirá la temperatura de la solución anterior de menor concentración. La disminución crioscópica en las disoluciones de electrolitos fuertes es mucho mayor que en las soluciones de no electrolitos, esto se debe al aumento del número de partículas disociadas, como lo indica el factor de Van’t Hoff, que se

refiere al número de partículas disociadas del electrolito.  A partir del número de partículas disueltas podemos predecir que tanto va a disminuir la temperatura de congelación.

APLICACIONES DEL TEMA. En la vida cotidiana en los lugares de clima frio, en invierno se debe agregar anticongelante en el radiador de los automóviles. MANEJO DE RESIDUOS. Ya que las sustancias que utilizamos solo fueron agua destilada y disoluciones orgánicas, por lo que éstas últimas se desecharon en plantas, el agua se desechó en la tarja, Finalmente se lavó y devolvió el material utilizado.

BIBLIOGRAFÍA.   

David W. Ball, (2004), Fisicoquímica, Editorial Thomson, Keith J. Laidler, (1997), Fisicoquímica, Editorial CECSA. Lange, N. (1998), Lange. Manual de Química. McGraw-Hill.