Determinacion Crioscopica

1 Universidad del Valle de Guatemala Facultad de Ciencias y Humanidades Departamento de Química Curso de Fisicoquímica

Práctica No. 2 Determinación crioscópica de la masa molar

José Castillo 08328 sección 32 grupo 2 Fecha de realización: 21.08.09 Fecha de entrega: 28.08.09 I.

Sumario

El objetivo principal de la práctica fue determinar la masa molar de un compuesto. Para esto se utilizó un termómetro de Beckman y una hielera, como aislante térmico. La práctica consistió en hacer mediciones de la temperatura del ciclohexano conforme su temperatura decrecía hasta su

2 punto de congelación. Se realizaron tres corridas, una con ciclohexano y a las otras dos corridas se les agregó 0.2 ±0.0001 g de naftaleno y a la otra 0.05 ±0.0001g, dando un total de 0.25 ±0.0001 g de naftaleno en la última corrida. Como resultado de las masas molares promedio se obtuvo un peso molar de 115.62 g/mol con un 9.7% de error. Como fuentes de error se puede mencionar la pérdida de ciclohexano por evaporación o por derrame al sacar el termómetro Beckman del tubo que contenía la solución y un error aleatorio podría darse en la toma de lecturas del termómetro.

II.

Marco Teórico

Cuando se enfría un líquido o se extrae calor de él, la temperatura decrece hasta el punto en el cual se funde y si se continúa ese proceso el líquido pasa a fase sólida. La cantidad de energía necesaria para convertir una cantidad específica de un sólido al estado líquido, se llama calor de fusión. (Dickson, 1999)

3 Al enfriar una solución diluida, se puede alcanzar la temperatura en la cual el solvente sólido comienza a separarse. Si la solución tiene un soluto no volátil, tiene una presión de vapor más baja. (Castellan, 1998) Si en lugar de un líquido puro se tiene una disolución que contiene otra sustancia o soluto, cuando se disminuye la temperatura, las moléculas del soluto impiden que se unan entre sí la del líquido. Esto da el efecto que el líquido no solidifica como lo hacía anteriormente, sino que a una temperatura menor, es decir, su punto de fusión decrece. Esto se conoce como descencio crioscópico. Entre más soluto se agregue a la solución menor será su descenso crioscópico. (Maron, 1994) Para determinar el punto de intersección de una curva de temperaturas, es necesario escribir las ecuaciones y resolverlas simultáneamente. Cuando se ha hecho esto se pueden resolver para las coordenadas de interección para los puntos de cambio de temperatura. Para lo siguiente se puede utilizar la siguiente ecuación.(Shoemaker, 2003) M=1000gGKfΔTf (ecuación No.1, Shoemaker, 2003) Donde Kf se llama el punto de congelacipon molal que se obtiene en la tabla 1, pág 183 del manual de experimentos de Shoemaker. Finalmente, para encontrar la masa molar se utiliza la siguiente ecuación: M=1000gGKfΔTf1-kfΔTf (ecuación No.2, Shoemaker, 2003) En donde se puede observar una nueva constante kf denominada constante de corrección, dada en 1/K.

III.

Resultados Tabla No. 1. Cambios de temperatura en punto de congelación. 3.33 ΔTf (0.2048 g naftaleno) 3.97 ΔTf (0.2552 g de naftaleno) Tabla No. 2. Masa molecular experimental, promedio y porcentaje de error. % error peso peso % de corrida molecular individual promedio error (g/mol) (g/mol)

4 0.2048 g naftaleno 0.2552 g naftaleno IV.

11.7 113.159 7.85

115.62

9.7

118.088

Discusión

Para encontrar la masa molar se realizaron tres gráficas de temperatura contra el tiempo transcurrido y de este modo congelar la solución, que inicialmente era ciclohexano.Ver gráfica No. 1, 2, y 3. Las temperaturas fueron medidas con escala arbitraria de modo que no tienen dimensionales. En la tabla No. 1 se encuentran los resultados finales de la práctica. Se puede observar que en la corrida con 0.0504 g de naftaleno añadidos se obtuvo una masa molar de 5 g/mol mayor que en la primera corrida. Esto se ocasiona cuando el punto de congelación decrece, alterando de esta forma toda la ecuación No. 2 y dando el resultado de la tabla No.1. Sin embargo 5 g/mol más no es algo muy relevante. Se esperaba que al utilizar la ecuación No. 2 con el factor de corrección se mejoraran los resultados pero no fue así debido que si se observa el factor de corrección (0.003), éste disminuye la masa molar obtenida. Como fuentes de error se puede mencionar la pérdida de ciclohexano por evaporación o por derrame al sacar el termómetro Beckman del tubo que contenía la solución y un error aleatorio podría darse en la toma de lecturas del termómetro.

V.

Conclusiones • • •

VI.

La masa molar del naftaleno en la primera corrida (con 0.2048g nafataleno) fue 113.159 g/mol con 11.7% de error. La masa molar del naftaleno en la segunda corrida (con 0.2552 g de naftaleno) fue 118.088 g/mol con 7.8% de error. La masa molar promedio del naftaleno fue 115.62 g/mol con 9.7% de error.

Apéndice a. Procedimiento

Se siguió la Guía de Laboratorio de Shoemaker, D.P. et al. 2003. Experiments in physical chemistry. 7th ed. McGrawHill. N. Y. pp. 179-187. Modificaciones: se utilizaron 0.05 g de naftaleno como segunda adición. Imagen del sistema:

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b. Datos originales Tabla No. 3. Condiciones ambientales de laboratorio Presión (±0.01 mm Hg) 642.5

Temperatura (±0.05 °C) 24.6

Tabla No. 4. Pesos iniciales de ciclohexano y naftaleno. G (ciclohexano) ±0.0001g g1 ±0.0001g g2 ±0.0001g

10.97 0.2048 0.0504

Tabla No. 5. Temperaturas tomadas cada 30 segundos.

corrida (min.se g) 0.00 0.30 1.00 1.30

Temperat ura ±0.005 (ciclohexa no) 0.00 0.85 0.9 0.95

temperatura ±0.005 (ciclohexano + 0.2 ±0.0001 g naftaleno)

temperatura ±0.005 (ciclohexano + 0.25 ±0.0001 g naftaleno)

0.00 4.18 4.35 4.48

0.00 4.82 4.89 4.96

6 2.00 2.30 3.00 3.30 4.00 4.30 5.00 5.30 6.00 6.30 7.00 7.30

1 1.04 1.09 1.15 1.19 1.24 1.27 1.31 1.4 1.43 1.47 1.5

4.59 4.67

5.04 5.1 5.1 5.22 5.29 5.34 5.39 5.44 5.49 5.54

c. Calculo de muestra •

Determinación del cambio de temperatura final ∆Tf .

∆Tf=Tf- To (ecuación No. 3, Shoemaker, 2003) To se obtiene de la gráfica No. 1 ya que es el punto en donde la gráfica cambia de forma más drástica su temperatura. Se aprecia que en todas las corridas es el segundo punto, transcurrido el medio minuto (30 segundos). Tomando como ejemplo la corrida del ciclohexano: To = 0.85±0.005 Para calcular Tf se realiza el procedimiento anterior con la gráfica No. 2, en donde la solución de ciclohexano contiene 0.2 gramos de naftaleno. Por lo tanto: Tf= 4.18 ±0.005 ∆Tf=4.18 ±0.005 -0.85±0.005 =3.33±0.007 De la misma manera se calculó la diferencia de temperatura para la solución de ciclohexano con 0.25 g de naftaleno. Ver gráfica No. 3. •

Determinación de la masa molar del naftaleno con término de corrección kf para el ciclohexano con 0.2048 g de naftaleno.

M=1000gGKfΔTf1-kfΔTf (ecuación No.2, Shoemaker, 2003) M=10000.2048±0.0001 g10.9726±0.0001 g 20.4 Kmol3.33±0.00710.0031K*3.33±0.007=113.199±0.05gmol

De la misma manera se calculó la masa molecular del naftaleno con 0.25 g de naftaleno.

d. Análisis de error

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•

Determinación de la propagación de error en sumas y restas. Usando como ejemplo los datos de naftaleno añadidos al ciclohexano: S= (sa)2+sb2+(sc)2 (ecuación No.4, Skoog, 2005) S= 0.00012+0.00012=0.0001 masa total de naftaleno=0.2048±0.0001g+0.0504±0.0001g=0.2552 ±0.0001 g Naftaleno.

•

Determinación de propagación de error en multiplicaciones y divisiones. Tomando como ejemplo la división de la masa del naftaleno con el peso total del ciclohexano: syy=saa2+sbb2+scc2 (ecuación No.5, Skoog, 2005) Sy0.02325 g=0.00010.25522+0.000110.97262=0.000302 Sy=0.02325g0.000302=0.00001 por lo tanto la notación final sería:0.02325±0.00001 g.

•

De la misma manera se calcularon todas las incertidumbres de multiplicaciones y divisiones al encontrar la masa molecular del naftaleno en la corrida con 0.25 g de naftaleno. Calculo del promedio de la masa molecular del naftaleno.

x= xin (ecuación No.6, Skoog, 2005) x= 113.159±0.05 g+118.088±0.06 g2=115.62 ±0.08gmol •

Porcentaje de error de la masa molar promedio del naftaleno. % de error= valor teórico- |valor experimental||valor teorico|*100 (ecuación No.7, Skoog, 2005) % de error= 128.15gmol- 115.62gmol128.15gmol*100=9.7 % de error. e. Datos calculados

Tabla No. 6. Temperatura inicial y temperaturas finales para necesarias para encontrar ΔTf

en las soluciones. To en cliclohexano Tf de ciclohexano con 0.2048 ±0.0001 g d naftaleno Tf de ciclohexano con 0.2552 ±0.0001 g de naftaleno

0.85 4.18

ΔTf = 3.33

4.82

ΔTf = 3.97

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Tabla No. 7. Pesos molares del naftaleno y peso promedio con porcentaje de error. corrida 0.2048 g naftaleno 0.2552 g naftaleno

VII.

peso molecular (g/mol) 113.159

peso promedio (g/mol)

115.62

% de error

9.7

118.088

Bibliografía

•

Castellan, w. Gilbert. 1998. Fisicoquímica 2da. Edición. Editorial Pearson México. Pág. 305

•

Shoemaker, D.P. et al. 2003. Experiments in physical chemistry. 7th ed. McGrawHill. N. Y. pp. 179-187.

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