INTRODUCCIÓN A LA EXPERIMENTACIÓN EN QUÍMICA FÍSICA (4815) Curs 2005_06

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN A LA EXPERIMENTACIÓN EN QUÍMICA FÍSICA (4815) Curs 2005_06 Profesores: Rafel C. Garcías Llabrés Josefina Palou Franco Bartolomé Vilanova Canet Jordi Roma Orteu Juan Frau Munar 1

2 INDICE Criterios de evaluación 3 Normas generales de laboratorio 4 Clasificación de peligrosidad de los productos químicos 5 Módulo de operaciones básicas y electroquímica 11 Módulo de tratamiento de datos 16 Módulo de cinética 27 Prácticas de Termodinámica y Electroquímica Práctica 1. Determinación del peso molecular por destilación en arrastre de vapor 38 Práctica 2. Determinación de la entalpía de fusión por medidas de solubilidad 44 Práctica 3. Determinación de la entalpía de vaporización 47 Práctica 4. Determinación de la relación C p /C v de un gas 50 Práctica 5. Diagrama de fases ternario 56 Práctica 6. Termodinámica de pilas galvánicas. Ecuación de Nernst 62 Prácticas de Cinética Práctica 7. Preparación de disoluciones amortiguadoras 70 Práctica 8. Descomposición catalítica del peróxido de hidrógeno 77 Práctica 9. Hidrólisis ácida del acetato de metilo 80 Práctica 10. Oxidación del alcohol bencílico por permanganato potásico 83 Práctica 11. Mutarrotación de la glucosa 86 2

3 CRITERIOS DE EVALUACIÓN - Cuestiones relativas a cada práctica 15 % - Cuaderno de prácticas 50 % - Examen práctico 35 % - Examen final teórico. Recuperación o para subir nota (opcional) El informe de resultados de las prácticas se entrega tres semanas después de acabar las prácticas como plazo máximo. Este informe debe contener la información requerida en el apartado de presentación de resultados y una breve discusión de los mismos. El examen práctico tendrá lugar el día: 14 ó 15 de noviembre. 3

4 NORMAS GENERALES DE LABORATORIO GENERALIDADES 1. La bata de laboratorio es absolutamente imprescindible para la realización de cualquier práctica. 2. Queda totalmente prohibido fumar o comer en el laboratorio. 3. Antes de comenzar la práctica revise el material. 4. Cuando termine la práctica debe lavar el material de laboratorio que esté sucio de forma que el siguiente alumno se haga cargo de ese material lo encuentre perfectamente usable. 5. Cada día, antes de que una práctica se dé por acabada, debe hablar con el profesor y mostrarle los resultados obtenidos. 6. Debe realizarse un cuaderno de laboratorio que se entregará tres semanas después de acabado su turno, en donde se recogerá lo esencial de cada práctica y sobre todo los resultados experimentales obtenidos. COMPUESTOS ORGÁNICOS 7. Los residuos orgánicos (benceno, tetracloruro de carbono, xileno, ciclohexano, etc) no deben arrojarse por el desagüe. En la estantería o en la poyata hay dos recipientes destinados a tal fin. 8. Tenga cuidado con el benceno porque es inflamable. 9. Para pipetear líquidos orgánicos o ácidos y bases concentrados utilice siempre pera de goma. 10. Cuando haya terminado de pesar o de pipetear un producto que necesite, devuélvalo a la estantería de donde lo ha cogido. AGUA 11. Extreme las precauciones con el agua y cuando haya acabado el experimento cierre los grifos. 12. Los refrigerantes tienen la entrada del agua por abajo y salida por arriba. Cuando refrigere no abra el grifo a tope, el caudal de refrigeración no es necesario que sea muy grande. Contrólelo a lo largo de toda la práctica. PESADA 13. No pese nunca directamente sobre el plato de la balanza, ni sobre un papel. Utilice un pesasustancias. 14. Durante la pesada el plato de la balanza debe estar muy limpio. Cuando haya terminado de pesar la balanza y la mesa deben quedar bien limpias. 4

5 CLASIFICACIÓN DE PELIGROSIDAD DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS 1. Etiqueta La etiqueta es, en general, la primera información que recibe el usuario y es la que permite identificar el producto en el momento de su utilización. Todo recipiente que contenga un producto químico peligroso debe llevar, obligatoriamente, una etiqueta bien visible en su envase (Figura 1) que, redactada en el idioma oficial del Estado, contenga: Fig. 1: Etiqueta de un producto químico Nombre de la sustancia o del preparado. Incluido, en el caso de los preparados y en función de la peligrosidad y de la concentración de los distintos componentes, el nombre de alguno(s) de ellos Nombre, dirección y teléfono del fabricante o importador. Es decir del responsable de su comercialización en la Unión Europea (UE). Símbolos e indicaciones de peligro para destacar los riesgos principales (Figura 2). 5

6 E EXPLOSIVO O COMBURENTE F FÁCILMENTE INFLAMABLE F + EXTREMADAMENTE INFLAMABLE T TÓXICO T + MUY TÓXICO Xn NOCIVO Xi IRRITANTE C CORROSIVO N PELIGROSO PARA EL MEDIO AMBIENTE Fig. 2: Símbolos e indicaciones de peligro de las sustancias y preparados peligrosos 6

7 2. RIESGOS ESPECÍFICOS Y CONSEJOS DE PRUDENCIA R1 Naturaleza de los riesgos específicos atribuidos a las sustancias y preparados peligrosos: frases-r R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 R 8 R 9 R 10 R 11 R 12 R 14 R 15 R 16 R 17 R 18 R 19 R 20 R 21 R 22 R 23 R 24 R 25 R 26 R 27 R 28 R 29 R 30 R 31 R 32 R 33 R 34 R 35 R 36 R 37 R 38 R 39 R 40 R 41 R 42 R 43 R 44 Explosivo en estado seco Riesgo de explosión por choque, fricción, fuego u otras fuentes de ignición Alto riesgo de explosión por choque, fricción, fuego u otras fuentes de ignición Forma compuestos metálicos explosivos muy sensibles Peligro de explosión en caso de calentamiento Peligro de explosión, en contacto o sin contacto con el aire Puede provocar incendios Peligro de fuego en contacto con materias combustibles Peligro de explosión al mezclar con materias combustibles Inflamable Fácilmente inflamable Extremadamente inflamable Reacciona violentamente con el agua Reacciona con el agua liberando gases extremadamente inflamables Puede explosionar en mezcla con substancias comburentes Se inflama espontáneamente en contacto con el aire Al usarlo pueden formarse mezclas aire-vapor explosivas/inflamables Puede formar peróxidos explosivos Nocivo por inhalación Nocivo en contacto con la piel Nocivo por ingestión Tóxico por inhalación Tóxico en contacto con la piel Tóxico por ingestión Muy tóxico por inhalación Muy tóxico en contacto con la piel Muy tóxico por ingestión En contacto con agua libera gases tóxicos Puede inflamarse fácilmente al usarlo En contacto con ácidos libera gases tóxicos En contacto con ácidos libera gases muy tóxicos Peligro de efectos acumulativos Provoca quemaduras Provoca quemaduras graves Irrita los ojos Irrita las vías respiratorias Irrita la piel Peligro de efectos irreversibles muy graves Posibles efectos cancerígenos Riesgo de lesiones oculares graves Posibilidad de sensibilización por inhalación Posibilidad de sensibilización en contacto con la piel Riesgo de explosión al calentarlo en ambiente confinado 7

8 R 45 R 46 R 48 R 49 R 50 R 51 R 52 R 53 R 54 R 55 R 56 R 57 R 58 R 59 R 60 R 61 R 62 R 63 R 64 R 65 R 66 R 67 R 68 Puede causar cáncer Puede causar alteraciones genéticas hereditaria Riesgo de efectos graves para la salud en caso de exposición prolongada Puede causar cáncer por inhalación. Muy tóxico para los organismos acuáticos Tóxico para los organismos acuáticos Nocivo para los organismos acuáticos Puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático Tóxico para la flora Tóxico para la fauna Tóxico para los organismos del suelo Tóxico para las abejas Puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente Peligroso para la capa de ozono Puede perjudicar la fertilidad Riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto Posible riesgo de perjudicar la fertilidad Posible riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto Puede perjudicar a los niños alimentados con leche materna Nocivo: si se ingiere puede causar daño pulmonar La exposición repetida puede provocar sequedad o formación de grietas en la piel La inhalación de vapores puede provocar somnolencia y vértigo Posibilidad de efectos irreversibles 8

9 Consejos de prudencia relativos a las sustancias y preparados peligrosos: frases-s S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 12 S 13 S 14 S 15 S 16 S 17 S 18 S 20 S 21 S 22 S 23 S 24 S 25 S 26 S 27 S 28 S 29 S 30 S 33 S 35 S 36 S 37 S 38 S 39 Consérvese bajo llave Manténgase fuera del alcance de los niños Consérvese en lugar fresco Manténgase lejos de locales habitados Consérvese en... (líquido apropiado a especificar por el fabricante) Consérvese en... (gas inerte a especificar por el fabricante) Manténgase el recipiente bien cerrado Manténgase el recipiente en lugar seco Consérvese el recipiente en lugar bien ventilado No cerrar el recipiente herméticamente Manténgase lejos de alimentos, bebidas y piensos Consérvese lejos de... (materiales incompatibles a especificar por el fabricante) Conservar alejado del calor Conservar alejado de toda llama o fuente de chispas - No fumar Manténgase lejos de materias combustibles Manipúlese y ábrase el recipiente con prudencia No comer ni beber durante su utilización No fumar durante su utilización No respirar el polvo No respirar los gases/humos/vapores/aerosoles [denominación(es) adecuada(s) a especificar por el fabricante] Evítese el contacto con la piel Evítese el contacto con los ojos En caso de contacto con los ojos, lávense inmediata y abundantemente con agua y acuda a un médico Quítese inmediatamente la ropa manchada o salpicada En caso de contacto con la piel, lávese inmediata y abundantemente con... (productos a especificar por el fabricante) No tirar los residuos por el desagüe No echar jamás agua a este producto Evítese la acumulación de cargas electroestáticas Elimínense los residuos del producto y sus recipientes con todas las precauciones posibles Use indumentaria protectora adecuada Use guantes adecuados En caso de ventilación insuficiente, use equipo respiratorio adecuado Use protección para los ojos/la cara 9

10 S 40 Para limpiar el suelo y los objetos contaminados por este producto, use... (a especificar por el fabricante) S 41 S 42 S 43 S 45 S 46 S 47 S 48 S 49 S 50 S 51 S 52 S 53 S 56 S 57 S 59 S 60 S 61 S 62 S 63 S 64 En caso de incendio y/o de explosión no respire los humos Durante las fumigaciones/pulverizaciones, use equipo respiratorio adecuado [denominación(es) adecuada(s) a especificar por el fabricante] En caso de incendio, utilizar... (los medios de extinción los debe especificar el fabricante) (Si el agua aumenta el riesgo, se deberá añadir: "No usar nunca agua") En caso de accidente o malestar, acúdase inmediatamente al médico (si es posible, muéstrele la etiqueta) En caso de ingestión, acúdase inmediatamente al médico y muéstresele la etiqueta o el envase Consérvese a una temperatura no superior a... C (a especificar por el fabricante) Consérvese húmedo con... (medio apropiado a especificar por el fabricante) Consérvese únicamente en el recipiente de origen No mezclar con... (a especificar por el fabricante) Use únicamente en lugares bien ventilados No usar sobre grandes superficies en locales habitados Evítese la exposición - recábense instrucciones especiales antes del uso Elimínense esta sustancia y su recipiente en un punto de recogida pública de residuos especiales o peligrosos Utilícese un envase de seguridad adecuado para evitar la contaminación del medio ambiente Remitirse al fabricante o proveedor para obtener información sobre su recuperación/reciclado Elimínense el producto y su recipiente como residuos peligrosos Evítese su liberación al medio ambiente. Recábense instrucciones específicas de la ficha de datos de seguridad En caso de ingestión no provocar el vómito: acúdase inmediatamente al médico y muéstresele la etiqueta o el envase En caso de accidente por inhalación, alejar a la víctima de la zona contaminada y mantenerla en reposo En caso de ingestión, enjuáguese la boca con agua (solamente si la persona está consciente 10

11 A) MÓDULO DE OPERACIONES BÁSICAS Y ELECTROQUÍMICA 1. Recordatorio de Operaciones Básicas 1.1. Formas de expresar la concentración. Son varias las formas que tenemos de expresar la concentración de una disolución; estas son las más comunes: % en peso: Relación entre la masa del soluto y la masa de la disolución multiplicado por cien. Molaridad (M): relación entre el número de moles de soluto y el volumen de la disolución. Fracción molar (x): Relación entre el número de moles de un componente y el número de moles totales de disolución (número de moles de soluto + número de moles de disolvente). La fracción molar da como resultado una cantidad o un número adimensional. No tiene unidades. Molalidad (m): Relación entre el número de moles de soluto y la masa (en kilogramos) de disolvente. Normalidad (N): Se define como la relación entre el número de equivalentes-gramo (eq-g) de soluto y el volumen (litros) de la disolución. Nº equivalentes gramo sto = P mol / v Donde v es la valencia, que dependerá del tipo de compuesto de que se trate, y del tipo de reacción: - Para un ácido viene determinada por el número de iones hidrógeno que puede liberar. Por ej: el HCl, tiene valencia 1; el H 2 SO 4, tiene valencia 2. - Para un hidróxido se calcula por el número de iones hidroxilo que se producen al combinarse con un ácido. Por ej: el NaOH tiene valencia 1; el Al(OH) 3 tiene valencia 3. - Para una sal, será el m.c.m de los subíndices correspondientes al anión y al catión. Por ej: el CaCl 2 su valencia es 2x1 =2; para el Fe 2 (SO 4 ) 3 su valencia será 2x3=6 - Para una óxido-reducción la valencia es el número de electrones intercambiados en la reacción correspondiente. 11

12 1.2. Preparación de una disolución de una molaridad determinada. Preparación de 100 cm 3 de una solución 1M de HCl Hay que calcular el volumen de HCl concentrado que se debe medir, con la pipeta, para preparar 100 cm 3 de disolución. ATENCIÓN: Es necesario mirar los datos de la etiqueta de la botella de ácido clorhídrico. Se necesita conocer la riqueza en peso y la densidad. Hay que calcular el volumen necesario de ácido comercial que debemos tomar con la pipeta para preparar 100 cm 3 de disolución 1M. En la botella de HCl se encuentra la siguiente información: Ácido Clorhídrico 35%, d = 1,18 g /cm 3 Datos: M.a. Cl = 35,5, H = 1 Masa molecular del HCl = 36,5 g 100gHCl _ comercial 1ccHCl _ comercial 3,65 g HCl puro = 8,47 cm 3 36,5gHCl _ puro 1,18 g Estos 8,47 cm 3 se tomaran con una pipeta, se depositaran en un matraz aforado de 100 cm 3 Se enrasará el matraz con agua destilada. 1.3 Preparación de disoluciones diluidas a partir de una más concentrada. A partir de disoluciones de molaridad conocida (M c ) pueden prepararse fácilmente disoluciones más diluidas (M d ) aplicando la fórmula de las diluciones: M c.v c = M d.v d. Ha de calcularse el volumen V c que se añade al matraz en el que se va a preparar la disolución de concentración más baja, completando con disolvente (normalmente agua) hasta el enrase. Ejemplo: Preparar 250 cm 3 de una disolución M a partir de una disolución 0,1M de la misma sustancia. M c = 0,1 V c? V d = 250 cm 3 M d = Aplicando la expresión M c.v c = M d.v d se obtiene V c = 10cm 3 12

13 2. Nociones básicas de Electroquímica 2.1 Revisión de algunos conceptos Electrolito: Un electrolito es una sustancia que produce iones en disolución, lo cual se pone de manifiesto por el hecho de que la disolución presenta conductividad eléctrica. Fuerza iónica: La fuerza iónica en la escala de molalidades se define como I m = ½ Σm i z i 2, extendiéndose la suma a todos los iones de la disolución. Por ejemplo, en una disolución 1,00 molal de Ba(NO 3 ) 2 I m = ½ [ ]. En disoluciones diluidas, c i = ρ 1 m i (ρ 1 = densidad del disolvente) I =½ Σm i z i 2 ½ρ Σc i z i 2. Electrodo: Un electrodo o un sistema electródico está constituido por un conductor electrónico, tal como un metal, en contacto con un conductor iónico, tal como una disolución de un electrolito o un electrolito fundido. Siempre que dos fases con conductividad eléctrica alta, como un metal y una disolución de electrolito, se ponen en contacto aparece una diferencia de potencial en la interfase debido a una transferencia de carga eléctrica. En este caso a esta diferencia de potencial se le denomina potencial de electrodo. Pila galvánica: Sistema en el que tiene lugar una reacción química que da lugar a una corriente eléctrica. Está formada por dos electrodos, ánodo y cátodo, y uno o más electrolitos. Ánodo: electrodo en el cual tiene lugar la oxidación. Cátodo: electrodo en el cual tiene lugar la reducción. 13

14 2.2 Pilas galvánicas En toda pila se producen dos procesos: una oxidación y una reducción simultáneas. En el estudio de las pilas galvánicas hay dos cosas a determinar, una la fuerza electromotriz E de la pila (fem), y otra la reacción responsable de tal fuerza electromotriz. Se considera como ejemplo una pila Daniell. Como se indica en la figura, ésta consta de un electrodo de cinc sumergido en una disolución de Zn(NO 3 ) 2 y otro de cobre sumergido en una disolución de Cu(NO 3 ) 2. La reacción que tiene lugar en la pila es Zn(s) + Cu 2+ (ac) Zn 2+ (ac) + Cu(s) En lo que se refiere a la fem de la pila, corresponde a la diferencia de potencial entre los electrodos de la misma y es igual a la suma algebraica de las fem de cada semielemento Termodinámica de las Pilas: Ecuación de Nernst. La fuerza electromotriz de una pila depende tanto de la naturaleza de los sistemas redox que la constituyen, como de la temperatura y de la concentración de las especies que intervienen en los procesos de electrodo. La Termodinámica nos proporciona las relaciones que ligan las diferentes variables, indicándonos qué reacciones ocurrirán espontáneamente y cuales no. La relación que existe entre trabajo eléctrico (W) y energía de Gibbs ( G) es, G = - W Como el trabajo eléctrico coincide con el trabajo necesario para trasladar un cierto número de electrones de un electrodo a otro, al trasladar n moles de electrones, trasladamos n F Culombios de carga y por ello el trabajo eléctrico será: W = n F E donde F es el valor de Faraday ( C/mol) por lo que, 14

15 G = - n F E siendo n los moles de electrones intercambiados en el proceso redox de la pila. Entonces, la espontaneidad de la reacción redox implicada en una pila se puede juzgar por el signo de G ó E, ya que: G E Reacción - + espontánea + - no espontánea 0 0 equilibrio Teniendo en cuenta que G = G 0 + R T Ln Q se deduce: -nfe = - nfe 0 + RT Ln Q E = E 0 RT/nF Ln Q ecuación que se conoce con el nombre de ecuación de Nernst, en la cual: E = fuerza electromotriz. E 0 = fuerza electromotriz estándar, es decir, fuerza electromotriz de la celda medida en condiciones estándar (con disoluciones de concentración iónica 1 M). T = temperatura absoluta. F = constante de Faraday. n = moles de electrones intercambiados. Q = cociente de actividades en la reacción redox. R = constante universal de los gases. Si se trabaja a T=298 K, la ecuación de Nernst toma la forma: E = E 0 0,059/n Ln Q 15

16 B) MÓDULO DE TRATAMIENTOS DE DATOS. INTRODUCCIÓ AL FULL DE CÀLCUL Què és un full de càlcul? Un full de càlcul és una aplicació informàtica que permet disposar dades numèriques o alfanumèriques (títols o comentaris) en forma de taula i que incorpora eines per fer càlculs, gestió bàsica de dades, representacions gràfiques i anàlisis estadístiques. En aquest exercici, els que mai heu fet servir aquest programari treballareu els procediments bàsics que vos faran falta pel tractament de les dades d'algunes de les pràctiques que realitzareu en l'assignatura. Els procediments que es descriuen son comuns per als fulls de càlcul més comuns (MS Excel/OpenOffice.org Calc). 16

17 1 Edició bàsica de cel les En obrir l'aplicació del full de càlcul us trobareu amb una pantalla similar a la que apareix a la captura de pantalla següent: Cada una de les dades numèriques o alfanumèriques que s'introdueixen a un full de càlcul ocupen una cel la. Per seleccionar una cel la, basta fer un clic a sobre amb el ratolí. La cel la seleccionada apareixerà amb un requadre. La cel la s'identifica amb una lletra per a la columna (A, B, C,...) i un nombre per a la fila (1, 2, 3...). A la captura de pantalla següent, està seleccionada la cel la A1. Podem entendre una cel la com a una pantalla de la calculadora. Amb aquest símil, el teclat de l'ordinador és l'equivalent al de la calculadora. Un cop tenim seleccionada la cel la, podem editar el seu contingut. Aquest contingut apareixerà al quadre d'edició. En el quadre d'edició és on s'introdueixen les dades numèriques o alfanumèriques que han d'aparèixer al full de càlcul. Un cop introduïdes les xifres o caràcters al quadre d'edició apareixen a la cel la activa en prémer la tecla Enter o si es canvia de cel la amb les tecles del cursor o en situar el punter del ratolí a una altra cel la. Si s'introdueixen nombres, el programa tracta aquestes dades com a numèriques, i si s'introdueixen lletres, les entén com a alfanumèriques. Podem explicitar el tipus de dades tot fent servir els següents prefixos: Per a nombres i fórmules aritmètiques, s'introdueix el caràcter =. Per exemple si al quadre d'edició introduïm: =1 a la cel la inserim el nombre 1 (el resultat seria el mateix si introduïm 1 directament). Si al quadre d'edició s'introdueix =2+3 a la cel la activa apareix el resultat de l'operació 5. Per a caràcters alfanumèrics, s'introdueix el caràcter '. Per exemple, si volem que el caràcter 5 sigui un títol, cal posar '5, en cas contrari s'introduirà com a valor numèric. Exercici 1. Obriu un full de càlcul en blanc i introduïu el següent: 1. A la cel la A1, 3, A la cel la B3, el resultat de 3/5 3. A la cel la C2, el títol 1 4. A la cel la A4, el títol 2a sèrie 17

18 2 Fórmules Les fórmules s'introdueixen al quadre d'edició amb el caràcter = seguida de l'expressió aritmètica adient. Una de les utilitats del full de càlcul és que en la definició de la fórmula es pot incloure una referència a una cel la dins de la fórmula. Especificar la referència vol dir assenyalar quina és la posició de la cel la. Això es pot fer de dues formes: Introduint a la fórmula la identificació de la cel la que conté el valor que volem incorporar. Per exemple, si volem multiplicar per 1,23 el valor de la cel la A1, escriurem a la finestra d'edició: =A1*1,23 O bé, en editar la fórmula, fem clic a la posició de la cel la A1 i acabam d'escriure *1,23. En tots dos casos, veurem el mateix a la finestra d'edició i a la cel la que estam editant apareixerà el resultat de la multiplicació del contingut de la cel la A1 per 1,23. Si la cel la que editam és la C1, hauríem de veure quelcom com el que apareix a sota: A aquest exemple, si es modifica el contingut de la cel la A1, el valor de la cel la C1 també és modifica. Quan el contingut d'una cel la és una fórmula, en copiar el seu contingut a una altra cel la, la referència es modifica segons el nombre de posicions que separa la cel la origen de la cel la destí. A l'exemple anterior, si el contingut de la cel la C1 es copia a la cel la C2, l'edició de la fórmula passa a ser =A2*1,23. Per copiar el contingut d'una cel la, fem clic amb el botó de la dreta del ratolí sobre la cel la i, al menú que es desplega seleccionam Copia : Aquesta operació copia el contingut de la cel la al Portapapers. Llavors, fem clic amb el botó de la dreta sobre la cel la destí (la cel la en la qual volem copiar el contingut de la cel la origen, a l'exemple, la cel la 4). Al menú que es desplega seleccionam Enganxa/Pegar : 18

19 Veurem que la definició de la cel la origen (C1) s'ha copiat a la cel la C4. Observem a la finestra d'edició de C4 que la fórmula s'ha modificat (A1 a la cel la C1 ha passat a ser A4): El valor de la cel la C4 és 0 perquè A4 està en blanc. Exercici 2. A un full de càlcul en blanc, inseriu a la cel la A1 el valor 3,34. Definiu, llavors, a la cel la C1 la fórmula per multiplicar aquest valor per 8,31. Poseu el valor 3.37 a la cel la A2 i copiau la definició de la fórmula de C1 a la cel la C2. En determinades circumstàncies, pot no ser d'interès que a les definicions de fórmules les referències a les cel les es modifiquin en funció de la posició de la cel la en la que es copia. Per exemple, podeu voler que el valor d'una cel la sigui una constant aplicable a tot el full de càlcul. Per definir una referència absoluta a una cel la cal posar el caràcter $ abans de la posició de columna i de fila, respectivament. A l'exemple anterior, si volem que a la fórmula que es defineix a C1 el valor de la cel la A1 sigui una referència absoluta cal posar la referència a la cel la com a $A$1. Exercici 3. Realitzeu de nou l'exercici 2, de forma que a la fórmula de C1 la referència al contingut de la cel la sigui absoluta. Les operacions de Copiar/Enganxar es poden realitzar sobre un rang o conjunt de cel les. 1. La definició de la cel la origen es copia de la mateixa forma que hem vist més amunt (fer clic amb el botó de la dreta del ratolí sobre la cel la origen i seleccionar Copia ). 2. Es fa clic amb el botó de l'esquerra del ratolí en la primera cel la del rang de cel les destí i, mantenint espitjada la tecla de majúscules es fa clic sobre la darrera cel la del rang de cel les destí. El mateix efecte s'obté si es fa clic amb el botó de l'esquerra del ratolí i, sense deixar de mantenir-lo espitjat, arrossegam el ratolí fins a la darrea cel la destí. 19

20 3. El conjunt de cel les seleccionades apareix marcat en negre. Fem llavors clic amb el botó de la dreta del ratolí sobre el conjunt de cel les seleccionades i al menú desplegable fem clic a Enganxa. Vegeu l exemple següent: Al quadre Àrea del full, a l'esquerra del quadre d'edició de cel la, apareix la definició del rang, a aquest exemple C1:C9. En fer clic a Enganxa/Pegar, la definició de la fórmula es copia a tot el conjunt o rang de cel les: Si la referència de la cel la no és absoluta, a la columna C apareix el valor, a la mateixa fila, de la columna A multiplicada per 1,23. Exercici Creau a la columna A una sèrie de valors amb l'interval 0,25 a partir del valor 15,00 fins 20,00. Per això, inseriu a la cel la A1 el valor 15,00. Llavors, a la cel la A2 la fórmula =A1+0,25. Copiau aquesta definició de fórmula en el rang de cel les inferior. 20

21 2. Definiu a la cel la C1 el valor de l'interval 0,25 i modificau la fórmula anterior per poder generar la mateixa sèrie de valors. Quin tipus de referència heu de definir per a C1 a la fórmula de A2? 3 Gràfiques i anàlisi de dades Llegiu abans l'article de Jordi Riu i Ricard Boqué Calibración lineal 1. Tots els fulls de càlcul incorporen funcions automàtiques de generació de gràfiques o diagrames XY, que és el tipus que seran d'utilitat pels tractaments de dades de les pràctiques. Per això, una vegada tenim al full de càlcul les series que s'han de representar en dues columnes, és suficient seleccionar el rang o conjunt de cel les d'on provenen les dades i fer clic al botó de l'assistent de generació de gràfiques o diagrames. A OpenOffice.org Calc al menú seleccioneu Insereix/Diagrama (botó ) i a MS Excel al menú seleccionar Insertar/Gràfico (botó ). Un cop fet això, basta seguir les indicacions de l'assistent i recordar que el tipus de gràfic és XY. Una sortida estàndard (finestra de Calc) és la que apareix a la captura de pantalla següent: Les gràfiques estàndard que s'obtenen es poden modificar després en fer doble clic sobre els elements que les formen (eixos, àrea de fons, títols, llegendes per a les sèries, etc.) en fer clic amb el botó de la dreta sobre l'element, de forma que s'obre un menú contextual amb les operacions que es poden fer a sobre. Els elements de disseny que es modifiquen sobre la presentació estàndard de la gràfica han de respondre a criteris de claretat en la presentació dels resultats. Exercici 5. Introduïu a un full de càlcul en blanc les dades que apareixen al gràfic anterior i creau una gràfica de V en funció de la T semblant a la que hi apareix. Usau l'assistent de

22 generació de gràfics del full de càlcul i teniu en compte que la columna de la temperatura és una sèrie de valors amb l'interval 0,25. Els fulls de càlcul, a més, disposen de funcions integrades per realitzar regressions lineals, exponencials, logarítmiques i polinòmiques, de forma que ens proporcionen els valors de pendent, ordenada a l'origen i una anàlisi estadística de la regressió, de la qual ens interessarà especialment el coeficient de correlació r Procediment amb OpenOffice.org Calc Per a una regressió lineal, a OpenOffice.org Calc, seleccioneu una àrea de 2 columnes i 5 files i seleccioneu al menú Insereix/Funció (o fer clic al botó Autopilot:funcions ). A la llista de funcions marqueu la casella de verificació Matriu i feu doble clic sobre el nom de la funció LINEST: Apareix la finestra de l'autopilot de la funció, en la que heu d'assenyalar el rang corresponent a la sèrie de valors de la variable independent X i de la variable dependent Y. El tercer i quart camp el podeu deixar amb els valors 1: En fer clic a D'acord els resultats de la regressió (el pendent, l'ordenada a l'origen i el quoficient de regressió r 2 juntament amb d'altres informacions estadístiques sobre la 22

23 regressió) apareixen en forma de matriu de 5 files i 2 columnes en l'àrea seleccionada. El contingut és el següent: Pendent Error estàndar pendent Quoficient de correlació r 2 El valor F que es pot avaluar amb DISTR.F() La suma de les desviacions al quadrat dels valors Y que s'han estimat de la seva mitjana aritmètica. Ordenada a l'origen Error estàndard ordenada a l'origen Error de pronòstic dels valors d' Y obtinguts a partir de la correlació. Els graus de llibertat per a la prova F La suma de les desviacions al quadrat dels valors Y que s'han estimat dels valors d'y introduïts. Per exemple, per a les dades que apareixen a la captura de pantalla anterior, la sortida apareix com: Per incloure al gràfic la línia de regressió, editeu el gràfic i feu doble clic sobre la sèrie de dades. S'obrirà la finestra Sèrie de dades. Seleccioneu la secció Estadística i a l'apartat Corbes de regressió, per a aquest cas, Regressió lineal : Si voleu que els residuals de la regressió apareguin a la gràfica, seleccioneu el botó de radi corresponent al tipus d'error en la secció Categoria d'error. En fer clic a D'acord la línia de regressió s'afegirà a la gràfica. 2.1 Procediment amb MS Excel El procediment és similar al de OpenOffice.org Calc. A MS Excel, seleccioneu un àrea de 2 columnes per cinc files en la qual apareixeran els resultats de la regressió i les 23

24 anàlisis estadístiques. Llavors, feu clic al menú Insertar/función (o feu clic al botó Insertar función ). S'obre la finestra Insertar función. Feu clic a Aceptar. S'obre la finestra Argumentos de función, en la qual heu d'introduir el rang corresponent als valors de les variables Y i X. Poseu el valor 1 a Constante (perquè no forci que la recta ajustada passi per l'origen de coordenades) i a Estadística perquè la sortida mostri els resultats estadístics de la regressió. En acabar, NO feu clic a Aceptar, ja que es tracta d'una sortida matricial. Heu de prémer la tecla F2 i llavors espitjar la combinació de tecles Ctrl Majúscula ( ) Enter. Es tancarà la finestra i a l'àrea de 2 columnes i 5 files apareix el resultat de la regressió. La distribució de resultats segueix el mateix ordre que es descriu a la taula de la pàgina. Per a l'exemple que hem tingut en compte ens apareixeria el següent: 52, , , , , , , ,1919 5,

25 Per incloure la línia de regressió al gràfic, seleccioneu-lo amb un clic i al menú Gráfico seleccioneu Agregar línia de tendència, o bé, amb el gràfic seleccionat, feu clic amb el botó de la dreta i al menú emergent seleccioneu Agregar línea de tendencia : S'obre la finestra Agregar línea de tendencia. Seleccioneu el tipus lineal : A la finestra Opciones podeu afegir de forma automàtica l'equació de la recta de regressió com a quadre de text al gràfic. Per això seleccioneu els botons de radi com a la captura següent: 25

26 Exercici 6. Feu la representació gràfica de les següents dades X,Y. Trobau, llavors, la recta de regressió. 2,00 7,40 2,15 8,48 2,30 9,00 2,45 9,30 2,60 9,45 2,75 10,10 2,90 11,15 3,05 11,21 3,20 11,33 3,35 12,03 3,50 12,72 Resultat de la regressió: pendent: 3.23, ordenada a l'origen: Coeficient de regressió: Per a aquest coeficient de regressió, vegeu els errors estàndard del pendent i de l'ordenada a l'origen a la sortida de l'anàlisi estadístic de la regressió. Exercici 7. Feu la representació gràfica de LnY en front d X. Trobau llavors, la recta de regressió. X 0 1,0 1,5 2 2,5 3,0 Y 2,80 1,70 1,30 0,90 0,73 0,55 Resultat de la regressió: pendent: -0,55, ordenada a l'origen: Coeficient de regressió: Per a aquest coeficient de regressió, vegeu els errors estàndard del pendent i de l'ordenada a l'origen a la sortida de l'anàlisi estadístic de la regressió. 26

27 C) MODULO CINÉTICA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Velocidad de Reacción La velocidad de una reacción se mide por la cantidad de una de las sustancias reaccionantes que se transforma (desaparece) por unidad de tiempo o por la cantidad de uno de los productos que se forma por unidad de tiempo. Así; a A + b B c C + d D v a = - d [ A] dt v b = - d [ B] dt v c = d [ C] dt v d = d [ D] dt Sin embargo esta definición implica que la velocidad de una reacción varía con respecto a quien sea definida. Por tanto, v = - 1 a d [ A] dt = - 1 b d [ B] dt = 1 c d [ C] dt = 1 d d [ D] dt Ej, v = - H 2 + I 2 2 IH d H dt 2 d I = - dt 2 = 1 2 d [ IH] dt Ecuación cinética Relación entre la velocidad de reacción y la concentración. Esta ecuación se determina experimentalmente y puede tomar formas muy diversas: 1 / 2 k H Br 2 2 H 2 + Br 2 2 BrH v = 1 + j [ HBr ] / Br CH 3 CHO CH 4 + CO v = k [CH 3 CHO] 3/2 2 NO + O 2 2 NO 2 v = k [NO] 2 [O 2 ] De forma general suele expresarse por: v = k [A] α [B] β k. Constante de velocidad α. Orden de reacción con respecto a A β. Orden de reacción con respecto a B α + β. Orden de reacción global 2 27

28 Reacción Elemental Es la reacción que transcurre en una sola etapa, lo que implica que no se forman productos intermedios. Únicamente cuando una reacción es elemental, los órdenes de reacción coinciden con los coeficientes estequiométricos. 2. DETERMINACIÓN DEL ORDEN DE REACCIÓN Reacción de primer orden A P v = - [ A] d dt = k [A] d [ A] [ A ] = - k dt ; A d[ A] t t = - k [ A] 0 dt A 0 ln [ A ] = - k t; [A] = [A] [ A] 0 e -kt 0 ln [A] vs t Recta de pendiente - k Tiempo de vida media (t 1/2 ): ln [ A ] 0 / 2 = - k t [ ] 1/2 ; A 0 ln ½ = -k t 1/2 t 1/2 = ln ½ /-k = /-k = 0.693/k Reacciones de Segundo Orden a) 2 A P - [ A] d dt = k [A] 2 d [ A] [ A] 2 = - k dt ; A d[ A] t t [ A] 2 = - k 0 dt A [ A] 0 [ A ] = - k t; 1 [ A] - 1 = k t; [ A] 0 1/[A] vs t Recta de pendiente + k 28

29 Reordenando: [ A] 0 [A] = 1 + kt [ A] b) A + B P Tiempo de vida media (t 1/2 ): t 1/2 = 1 / k [A] d [ A] dt = k [A] [B] 1 [ B ] - [ A] 0 0 [ B ] / [ B ] ln [ A ] / [ A] 0 0 = k t ; Reacción de orden cero - [ A] d dt = k A t t d [A]= - k dt ; d [ A] = - k 0 dt [A] - [A] 0 = - kt A 0 [A] vs t Recta de pendiente - k Tiempo de vida media (t 1/2 ): [ A ] 0 / 2 - [ A] 0-1/ 2 [ A] [ t 1/2 = = 0 A] = 0 -k -k 2 k 29

30 3. ESTUDIO CINÉTICO DE UNA REACCION En un estudio cinético de una reacción interesa determinar: Una expresión válida para la ley de velocidad El orden de reacción para cada uno de los reactivos La constante de velocidad En general, los órdenes se hallan de a uno en uno. Por lo tanto, para determinar el orden de reacción respecto a un reactivo se trabaja en condiciones tales que la(s) concentración(es) del otro(s) reactivo(s) pueda considerarse constante durante la experiencia. Esta es una práctica muy común en estudios cinéticos, y se ha denominado método de aislamiento. Una forma sencilla de realizarlo es trabajar con un gran exceso de los otros reactivos con respecto al reactivo en estudio, y por lo tanto puede despreciarse la disminución de sus concentraciones. Por ejemplo, dada la siguiente reacción irreversible: aa + bb... Productos la ley de velocidad tendrá la siguiente forma: v = k [A] α [B] β Para hallar el orden (α) con respecto a A, si se utiliza un exceso del reactivo B, su concentración puede considerarse como constante y entonces la ecuación cinética se reduce a: v = k [A] α donde k = k [B] β k se denomina pseudoconstante de velocidad ya que incluye la dependencia de la velocidad con una concentración. Procediendo en forma análoga se puede determinar el orden respecto a cada uno de los otros reactivos. Una vez hallado el orden de reacción para cada reactivo se podrá calcular la constante de velocidad (k). 30

31 Formas de calcular la constante cinética 3.1 Método diferencial En este método se trabaja directamente sobre las ecuaciones diferenciales de la velocidad de reacción. Como veremos a continuación, este método permite determinar tanto el orden como el valor de la constante. Como en general se determina un orden a la vez, cualquier ley de velocidad podrá ser reducida a: v = k [A] α si se aplica logaritmos a ambos términos de la igualdad, se obtiene: ln v = ln k + α ln [A] Por lo tanto al representar el logaritmo de la velocidad en función del logaritmo de la concentración de A, se obtendrá una recta de cuya pendiente se calcula el orden de reacción respecto a A, y la ordenada en el origen permite calcular la pseudoconstante de velocidad. Para una experiencia dada, a partir de los datos de concentración de A en función del tiempo se obtiene los valores de velocidad evaluando la derivada de la concentración de A con respecto al tiempo, ya sea por métodos numéricos o gráficos. En el caso de un método gráfico, la velocidad se obtiene trazando la tangente a la curva [A] vs. tiempo Método de velocidades iniciales Este método es una variación del método diferencial. Trata de evitar el error de evaluar la derivada de [A] vs. t. Para ello se realizan distintas experiencias partiendo en cada caso de diferentes concentraciones del reactivo A. Si se consideran conversiones pequeñas (10 15%) un gráfico [A] vs. tiempo, dará una recta independientemente del orden de reacción, cuya pendiente es la velocidad inicial de reacción cuando la concentración del reactivo A es A 0 : ln v 0 = α ln [A] 0 + ln k En particular para diferentes concentraciones iniciales la ecuación anterior se reduce a: v [ ] [ ] 01 A 0 ln = α ln 1 v02 A0 2 Una vez determinado el orden (α) se puede obtener el valor de k. A efectos de determinar la constante de velocidad k, se hace necesario realizar experiencias complementarias para determinar el orden de reacción respecto a los otros reactivos. 31

32 3.2 Método integral Este método se basa en la utilización de la ley integrada de la velocidad (vista en la sección 2). Como ésta varía según el orden se hace necesario presuponer un orden de reacción. Se elige entonces la ecuación lineal correspondiente y se representan según ella los datos experimentales. De obtenerse una recta, se confirma el orden supuesto y será posible además calcular la constante (k) o pseudoconstante (k ) de velocidad según el caso. En caso contrario será necesario ensayar otro orden. Es importante mencionar que la conversión debe ser mayor al 50% para poder confiar en los resultados obtenidos por este método ya que a conversiones menores en general cualquiera de las ecuaciones se ajusta bien Método de vida fraccionaria El método de vida fraccionaria puede considerarse como una variación del método integral. El tiempo de vida fraccionaria t 1/x se define como el tiempo necesario para reducir la concentración de un reactivo en 1/x de su valor inicial. Se puede trabajar con cualquier valor de 1/x. Por comodidad se utiliza alguna fracción sencilla como ½ o ¼. Es decir que el t 1/2 es el tiempo necesario para disminuir la concentración de un reactivo en la mitad y el t 1/4 es el tiempo necesario para disminuir la concentración de un reactivo en ¼ de su valor inicial. Tabla Resumen. Orden Ecuación diferencial Ecuación integrada t 1/2 0 d [ A] [A] - [A] 0 = - kt [ A] - = k 0 dt 2 k 1 - d [ A] = k [A] dt ln [ A ] ln 2 = - k t [ A] k d [ A] = k [A] 2 1 dt [ A] - 1 = k t 1 / k [A] 0 [ A] 0 α 2 - d [ A] dt 1 = k [A] α α 1 [ ] A 0-1 α 1 [ A] = k (1-α) t α α 1 [ A] ( 1 2 ) 1 k(1 α)

33 4. DEPENDENCIA DE LA VELOCIDAD CON LA TEMPERATURA Ecuación de Arrhenius En 1889 Arrhenius obtuvo experimentalmente la siguiente relación empírica: k = A - Ea e /RT A. Factor preexponencial E a. Energía de activación La energía de activación es la barrera que deben sobrepasar las moléculas que chocan para reaccionar, pues en caso contrario se separan. La energía de activación es independiente de la temperatura y puede calcularse a partir de medidas de constantes cinéticas a diferentes temperaturas: E ln k = ln A - a RT Figura 1. Diagrama de energía para la reacción exotérmica de formación o descomposición del fluoruro de hidrógeno. 33

34 5. MÓDULO PRÁCTICO KinWORKS es un programa que simula el proceso de colección y análisis de datos experimentales en cinéticas químicas. El usuario puede seleccionar los sistemas a estudiar, diseñar experimentos para obtener la concentración en función del tiempo, y analizar estos datos para la determinación de órdenes de reacción y constantes de velocidad. También permite leer datos generados externamente y proporciona un análisis gráfico de los mismos. Con el objetivo de asimilar los conocimientos de la cinética formal de forma rápida y segura, vamos a utilizar el programa para simular la determinación de una constante cinética a partir de la ecuación de velocidad integrada y mediante el método de aislamiento y el método de las velocidades iniciales. Determinación de la constante cinética de una reacción Pon en marcha el programa, y tras la pantalla de bienvenida, aparecerá un menú de opciones. Clica en simular experimentos con reacciones desconocidas (figura 2). Figura 2. Elige la categoría más fácil (A pp) y teclea el número 7. Esta reacción tiene la ecuación A 2P (figura 3). 34

35 Figura 3 Una vez seleccionada la reacción, necesitas precisar las condiciones de tu experimento. Necesitarás mantener la temperatura constante, 25 C es conveniente, y elige una concentración inicial para el reactivo A (0.1 M). Elige el método de integrated-rate-law, y finalmente debes indicar el tanto por ciento de reacción, por lo menos un 60% para garantizar una buena reproducción del experimento. Elige en este caso un 70%. Y procede a iniciar la reacción (figura 4). Figura 4 Posteriormente os aparece un mensaje, indicando que debes proceder con rapidez para ir tomando diferentes muestras de reacción (hasta un máximo de 15). Clica OK, la nueva pantalla te muestra las condiciones de tu reacción y una barra horizontal que va aumentando a medida que se desarrolla la reacción. Cada vez que 35

36 acciones la barra espaciadora recoges una muestra, te aparece la concentración de reactivos y productos en este momento y el tiempo de reacción. Cada análisis coloca una línea vertical en la barra de reacción. El máximo número de análisis es de 15, y la mejor opción es tomar valores a intervalos constantes y tomar más valores cercanos a tiempos pequeños de reacción (figura 5). Figura 5. Una vez recogidos los datos cinéticos, procedemos a interpretarlos gráficamente. KinWORKS tiene varias opciones de representación gráfica: a) Representación de la concentración molar de A, B, C o/y P con respecto al tiempo b) Representación de la inversa de la concentración de reactivo frente al tiempo c) Representación del logaritmo de la concentración de reactivo frente al tiempo. Prueba las tres opciones y determina el orden de reacción. El ajuste lineal se cumple para el caso c y la constante de velocidad a es igual a menos la pendiente de esta recta. En este caso k= s -1. Método de aislamiento Ahora elige una de las reacciones incluidas en los rangos: 3001 a Todas estas reacciones son del tipo A + B P. En este tipo de reacciones, el método de trabajo consiste en utilizar la concentración de un reactivo mucho mayor que la otra y prácticamente invariante con el tiempo, de esta forma podremos seguir la reacción mediante la variación de la concentración del otro reactivo (ver apartado 3). Una vez determinado el orden con respecto a A, puedes cambiar la concentración de B, a un valor mucho mayor que B, y ver como las diferentes concentraciones de B afectan la pseudo constante de reacción. Conocidos los órdenes parciales de reacción se puede determinar la constante cinética. 36

37 Método de la velocidad inicial Ahora vamos a utilizar el método de la velocidad inicial. Elige nuevamente la reacción desconocida número 7, temperatura 25 C y concentración inicial de A 0.1 M. La idea fundamental de este método es que si podemos determinar la velocidad de reacción al principio de la reacción (al 5% de reacción o menos), las concentraciones iniciales de los reactivos apenas cambian mientras la velocidad está siendo medida. Por tanto, podemos asociar la velocidad con las concentraciones conocidas de reactivos al inicio de la reacción. Por este motivo, toma como porcentaje de reacción el 4%. (figura 6). Ya que sólo tomarás medidas durante el primer 4% de reacción, habrá un pequeño cambio en la concentración de A (cambiará desde 0,100 M a 0,096 M). Por tanto si analizamos la variación con respecto a A, necesitaremos un método muy preciso. Por otra parte, si analizamos el producto P, su concentración empezará desde cero y variará aceptablemente. Por tanto, en este caso es mejor analizar la variación del producto. Figura 6. Ahora ya puedes iniciar la reacción. Recoge valores durante el primer 4% de la reacción. Una vez tomadas las muestras, representa la concentración de P frente al tiempo. Verás que los valores de concentración siguen prácticamente una línea recta. La pendiente de esta recta (6, ) es el doble de la velocidad de reacción cuando la concentración de A es 0,1 M. Luego la velocidad de reacción es de 3, Ahora repite la reacción, pero dobla la concentración inicial de reactivo A (0,2 M), manteniendo constante la temperatura. Recoge las muestras y representa [P] frente a t y divide la pendiente entre dos para obtener una velocidad 6, Al doblar la concentración inicial de A, la velocidad también es doblada. Esto significa que la velocidad es directamente proporcional a la concentración de A, lo cual puede ser expresado como: v = k [A] = k [A]1 Por tanto, la reacción es de primer orden con respecto a A. Una vez que conoces el orden de reacción, la velocidad y la concentración inicial de A puede ser sustituida en la ecuación para obtener k (en este caso 3, s -1 ). 37

38 P-1: DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DE UNA SUSTANCIA POR DESTILACIÓN EN ARRASTRE DE VAPOR OBJETIVOS Aprender el manejo de la técnica de arrastre de vapor y calcular con ella el peso molecular de una sustancia simplemente conociendo su densidad. MATERIAL NECESARIO - 1 varilla de seguridad - 1 adaptador con tapón de presión 29/32-1 balón de dos bocas de 500 ml - 2 adaptadores con tapón a presión 19/23 - tubo de silicona - 1 balón de dos bocas de 250 ml - 1 reductor - 1 cabeza de destilación - 1 dedo frío - 1 refrigerante - 1 alargadera - 4 probetas de 10 ml de décimas - 1 erlenmeyer de 100 ml - 1 manta calefactora - 1 sonda térmica - soportes, pinzas y nueces INTRODUCCIÓN TEÓRICA La destilación en corriente de vapor de agua permite la separación de sustancias que son insolubles en agua (compuestos apolares) y ligeramente volátiles de otras que no lo son. Esta técnica se utiliza con mucho éxito para aislar un compuesto cuando este hierve por encima de los 100 C y es inestable en las proximidades de su punto de ebullición. Ello es explicable gracias a que una vez una solución tomada como patrón (en este caso el agua) empieza a evaporarse transfiere su vapor a la solución problema, que también pasará a fase gaseosa. Posteriormente ambas fases gaseosas entran en un tubo refrigerante, que conducirá a la licuación de ambas sustancias. Así, de cada muestra recogida se puede determinar el volumen de cada fase, ya que ambas son inmiscibles entre sí. El fundamento termodinámico del fenómeno de la destilación para una mezcla de dos líquidos insolubles entre sí es el siguiente: Sea una mezcla de dos líquidos, H 2 O (x) y líquido problema (y), que son insolubles entre sí. Cada líquido ejerce una presión de vapor característica e independiente una de otra. La presión total será: 38

39 Pt = Px + Py (a cada temperatura) El punto de ebullición de la mezcla será la temperatura para la cual Pt alcanza el valor de la presión atmosférica. De esta forma se consigue que ambos líquidos destilen por debajo de su punto de ebullición. Ahora bien, ya que la presión ejercida por un gas a una temperatura dada es proporcional a la concentración de sus moléculas (N) (Ley de Dalton), tendremos: Px = cte Nx Py = cte Ny Px Py = Nx Ny Esta expresión puede transformarse en relación gravimétrica, siendo Wx y Wy las masas en gramos de x e y. Wx Wy = M x Nx My Ny = Px Mx Py My (Mx, My pesos moleculares) Despejando My, My = Px Mx W y Py Wx Luego bastaría conocer la relación en peso de los destilados para calcular My. Teniendo en cuenta la relación entre peso, densidad (ρ) y volumen: Wx = ρx Vx Wy = ρy Vy El peso molecular de la sustancia puede expresarse en función de su densidad, peso molecular del agua, etc., de la siguiente forma: My = P X M Y X ρ V X Y P ρ V X Y En esta práctica se realizará la destilación por arrastre de vapor de una sustancia pura de densidad conocida (entregada por el profesor) y procediendo como se ha explicado anteriormente se determinará su peso molecular. 39

40 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL El arrastre con vapor se realiza con un equipo similar al presentado en la figura. Donde cada uno de los elementos corresponde a: 1. Varilla de seguridad 2. Adaptador con tapón de presión 3. Balón de dos bocas de 500 ml 4. Manta calefactora 5. Adaptador con tapón a presión 6. Tubo de silicona 7. Adaptador con tapón de presión 8. Balón con dos bocas de 250 ml 9. Reductor 10.Cabeza de destilación 11.Dedo frío 12.Sonda térmica 13.Refrigerante 14.Alargadera 15.Probeta graduada de 10 ml Para realizar este experimento debe procederse como sigue: Introducir en 3 una cantidad de agua que llene aproximadamente los 2/3 del mismo. Introducir en el matraz 8 una cantidad de líquido problema (entregada por el profesor) que llene aproximadamente la mitad del mismo. Proceder a tapar estos matraces de acuerdo a la figura anterior. Conectar el agua del circuito del refrigerante. Empezar a calentar el agua del matraz 3, encendiendo la manta calefactora y poniendola al principio a su máxima potencia. Cuando el agua empiece a hervir bajar el calentamiento y ponerlo a media potencia. Observar cuando empieza a producirse la 40