TRABAJO PRÁCTICO Nº 3

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1 TRABAJO PRÁCTICO Nº 3 SOLUCIONES PROPIEDADES COLIGATIVAS OBJETIVOS: Deterinar experientalente la teperatura de congelación de un solvente puro y en presencia de diferentes solutos. Utilizar la propiedad coligativa del descenso crioscópico para deterinar el peso olecular de un no-electrolito y el grado de disociación de un electrolito en agua. FUNDAMENTO TEÓRICO: Se llaan propiedades coligativas a aquellas que dependen únicaente del núero de partículas disueltas en una solución y no de la naturaleza de las especies involucradas. Todas ellas son el resultado del iso fenóeno, el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente. Las propiedades coligativas incluyen el descenso de la presión de vapor, el ascenso del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación y la presión osótica. El descenso del punto de congelación es proporcional a la olalidad de la solución: T k f. donde: k f descenso del punto de congelación del disolvente concentración olal de la solución constante crioscópica o constante olal de disinución del punto de congelación. Se expresa en C/olal. Coo se observa en la ecuación anterior, el significado físico de la constante crioscópica es el descenso del punto de congelación del disolvente, para disoluciones de concentración olal unitaria. Si el soluto es un electrolito, éste se disociará en dos o ás iones, auentando la olalidad de la solución y en consecuencia el descenso crioscópico. Sin ebargo, en una solución iónica las partículas de soluto no se encuentran distribuidas al azar. Cada ion positivo tiene ás iones negativos que positivos en su cercanía. De este odo, algunos iones experientan lo que se denoina asociación. Es decir, durante un breve tiepo, algunos aniones y cationes quedan en contacto, coportándose coo una sola partícula. Este fenóeno tiende a reducir la olalidad efectiva. Una edida del grado de disociación real de un electrolito en solución es el factor de van't Hoff, i. El iso se define coo el cociente entre la propiedad coligativa real y el valor que se observaría si no hubiera disociación. Para el caso del descenso crioscópico, puede plantearse lo siguiente: i real no electrolit o real no electrolit o 1

2 De este odo, a partir de edidas edidas experientales de teperatura se puede deterinar el factor de van't Hoff. A partir de la estequioetría de la disociación, puede tabién obtenerse el grado de disociación del electrolito en solución. Otra aplicación uy iportante de las propiedades coligativas es su uso para deterinar pesos oleculares de no-electrolitos. Para ello puede utilizarse la siguiente expresión para el descenso crioscópico, en la que se plantea la olalidad en térinos de la asa de soluto, la asa olar del soluto y la asa de disolvente: ST T k f donde: M. SV M ST SV descenso del punto de congelación del disolvente asa olar del soluto asa de soluto asa de disolvente. Si se conoce la constante crioscópica del solvente, las asas de soluto y de solvente y se deterina, será posible obtener el peso olecular del soluto a partir de la ecuación anterior. El soluto deberá reunir las siguientes condiciones: no volátil, no-electrolito (porque si se disocia produce una variación en el núero de partículas), no debe forar soluciones sólidas con el solvente. En la experiencia se utilizará agua destilada en presencia de distintos solutos: sacarosa (noelectrolito) y CaCl 2 (electrolito). La constante crioscópica de este disolvente es de 1,86 ºC/olal. MATERIAL: Material de vidrio y accesorios Cristalizador o vaso de precipitados Teróetros Agitadores Pie universal y pinzas Tubo de vidrio Espátula Cronóetro Reactivos NaCl (sal de esa) Sacarosa (azúcar) CaCl 2 (sólido) Agua destilada Hielo PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL, ESQUEMA DEL EQUIPO Y CÁLCULOS: A. Preparación de la ezcla frigorífica (baño de hielo y sal) a) Coloque cantidad suficiente de hielo en el cristalizador o vaso de precipitados que utilizará para preparar el baño frigorífico. Recuerde dejar espacio para luego agregar el tubo de vidrio donde realizará las ediciones. b) Agregue sal de esa en pequeñas porciones y agite cuidadosaente con varilla de vidrio hasta asegurarse que la teperatura del baño alcance un valor de -10 C o inferior. 2

3 B. Deterinación experiental de los puntos de congelación 1. Deterinación del punto de congelación del solvente puro a) Pesar el tubo de vidrio vacío, en balanza granataria. b) Agregar en el tubo aproxiadaente 10 g de agua destilada y registrar la asa de solvente coo SV. c) Colocar (dentro del tubo con agua) un agitador lipio y un teróetro digital; introducir el sistea en el baño de hielo. TERMÓMETRO AGITADOR TUBO DE VIDRIO CRISTALIZADOR BAÑO DE HIELO Y SAL Figura 1. Esquea del equipo de laboratorio a utilizar d) Agitar continuaente el contenido del tubo y tabién la ezcla frigorífica. Registrar valores de teperatura cada 15 segundos, hasta por lo enos 2 inutos después de que la teperatura se estabilice; tabular los valores obtenidos. En este proceso deberá verificar que la teperatura en el interior del tubo descienda gradualente y transcurrido un cierto tiepo, se estabiliza a la vez que coienzan a aparecer cristales. Antes de la cristalización suele registrarse un descenso de teperatura por debajo del punto de congelación del disolvente puro que se denoina subenfriaiento. e) Con los valores obtenidos en el punto anterior, construir el gráfico de Teperatura vs. tiepo. Deterinar gráficaente la teperatura de congelación del solvente, a partir de la intersección entre las aproxiaciones lineales de abos traos de la curva (Figura 2). Figura 2. Curva de enfriaiento para el solvente (agua destilada) 2. Deterinación del punto de congelación de una solución de un no-electrolito 3

4 a) Pesar 1,7 g de sacarosa (en balanza granataria); este valor se registrará coo ST. Esperar que se funda el hielo dentro del tubo utilizado en la experiencia anterior y trasvasar la sacarosa pesada, cuidando que no quede sólido adherido a las paredes. Agitar hasta que todo el soluto se haya disuelto. b) Proceder igual que en la parte B.1.c), introduciendo el tubo (con la solución, el agitador y el teróetro) en el baño de hielo. Previaente, deberá asegurarse que la teperatura de la ezcla frigorífica se encuentre por debajo de los -10 C; en caso contrario, tendrá que agregar nuevas cantidades de hielo y/o sal. c) Una vez en condiciones de coenzar con el registro de datos, repetir la agitación del contenido del tubo y de la ezcla frigorífica. Nuevaente se deberá toar el valor de la teperatura cada 15 segundos. Deberá asegurarse de haber registrado suficientes datos antes y después del punto de cabio en la pendiente de la curva de enfriaiento (punto A, Figura 3). En las cercanías es posible que se registre un ínio de teperatura que puede deberse a una breve etapa de subenfriaiento. Superado este punto, coienza a observarse la foración de cristales de hielo. d) Con todos los valores anteriores, construir el correspondiente gráfico de Teperatura vs. tiepo. En este caso deberá observar que luego de la aparición de los cristales, la teperatura continúa descendiendo lentaente, debido al auento de la concentración de la solución al separarse disolvente sólido. A partir del gráfico, deterinar la teperatura de congelación de la solución, a partir de la intersección entre las aproxiaciones lineales de procediendo en fora siilar a lo realizado para el solvente puro. A Figura 3. Curva de enfriaiento para el solvente en presencia de soluto e) Con la teperatura de congelación del solvente puro y la de la solución calcular el correspondiente. f) A partir del valor de, calcular el valor experiental del peso olecular de la sacarosa. 3. Deterinación del punto de congelación de una solución de un electrolito a) Para deterinar la teperatura de congelación de la solución de CaCl 2 se sigue un procediiento siilar al indicado para la sacarosa. En este caso se deberá partir de una nueva asa de agua (aproxiadaente 10 g) y de 0,5 g de cloruro de calcio. Asegurarse de lipiar correctaente el tubo de vidrio antes de volver a utilizarlo en esta deterinación. b) Con la teperatura de congelación del solvente puro que deterinó anteriorente y la teperatura de congelación de la solución con el electrolito, calcular el correspondiente. 4

5 c) A partir del valor de, calcular el valor del factor i de van't Hoff y el grado de disociación de la sal. PRESENTACIÓN DEL INFORME: El infore deberá redactarse en fora ordenada y clara, incluyendo las secciones: Carátula. Esta sección deberá contener el nobre de la asignatura, título del TP, fecha de realización, fecha de entrega del infore, autores. Objetivos del práctico. Enuncie sintéticaente los objetivos del TP. Procediiento Experiental. Resua BREVEMENTE (o esqueatice si lo prefiere) los procediientos realizados. No transcriba la guía de TP. Resultados, Cálculos y Discusión. Indique en esta sección las condiciones en que se obtuvieron los resultados (no olvide aclarar cualquier cabio con respecto a la guía de TP), y presente las tablas y los correspondientes gráficos de Teperatura vs. tiepo, indicando en cada gráfico la intersección para obtener el valor de T cong. Tabién incluya el cálculo de cada y los cálculos derivados para obtener el peso olecular de la sacarosa y el factor i de van t Hoff y el grado de disociación para el CaCl 2. Discuta todos los resultados obtenidos, considerando las diferencias registradas entre los resultados experientales y los valores teóricos esperados, las anoalías y dificultadas encontradas, las aproxiaciones efectuadas, a la vez que las posibles causas y/o fuentes de error que pudieran explicarlas. Tabién se podrán encionar propuestas de futuras ejoras o adaptaciones. Conclusiones. Enuncie sintéticaente las conclusiones de la labor realizada, en función del cupliiento de los objetivos propuestos. Bibliografía. Enuere las fuentes bibliográficas utilizadas. Cuestionario. Redacte las respuestas al cuestionario que aparece a continuación. CUESTIONARIO: 1) A partir de los resultados experientales obtenidos para la sacarosa (peso olecular) y el cloruro de calcio (factor de van t Hoff), calcular los valores que se obtendrían al deterinar las otras tres propiedades coligativas, en condiciones siilares a las utilizadas en el TP. Busque en bibliografía los datos copleentarios que pudiera requerir. 2) La coposición eleental de la sacarosa es 42 % de C, 6,4 % de H y lo restante de O. Utilice el peso olecular experiental obtenido en el TP para estiar su fórula olecular. Copárela con la fórula olecular de la sacarosa que obtiene de bibliografía. 5