PROPIEDADES FÍSICAS Y ÁREA SUPERFICIAL MOLECULAR David Octavio Rosales Sánchez El punto de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido - líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva. A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia es poco afectado por la presión y, por lo tanto, pueden ser utilizados para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar su pureza. El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a estado gaseoso, es decir hierve. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido.1 En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido. El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno). Introducción Se define como momento dipolar químico (μ) a la medida de la intensidad de la fuerza de atracción entre dos átomos, es la expresión de la asimetría de la carga eléctrica en un enlace químico. Está definido como el producto entre la distancia "d" que separa a las cargas (longitud del enlace) y el valor de las cargas iguales y opuestas en un enlace químico: Usualmente se encuentra expresado en Debyes (1 D = 1 A. 1 ues). El valor de q puede interpretarse como el grado de compartición de la carga, es decir, según las diferencias de electronegatividad, que porcentaje (q) de la carga compartida por el enlace covalente está desplazada hacia la carga en cuestión. Dicho de otro modo, q representa qué parte de un electrón está siendo "sentida" de más o de menos por las cargas en cuestión. La intensidad de las fuerzas de atracción entre moléculas polares (dipolo-dipolo) está determinada por el momento dipolar de cada una de ellas, actuando de manera directamente proporcional. Así, mientras más polar sea la molécula (mayor μ), mayor será la intensidad de las fuerzas de atracción intermoleculares de tipo dipolo-dipolo que presente en las sustancias. Resultados A continuación se anexarán las tablas y los gráficos correspondientes a los resultados obtenidos.
Puntos de ebullición y área de superficial de n-alcanos y n-alcoholes. Compuesto Punto de ebullición ( C) Área superficial n-alcanos Etano -89 71.93 Propano -42 93.82 Butano 115.69 Pentano 36 137.55 Hexano 69 159.42 Heptano 98 181.29 Octano 126 23.15 Nonano 151 225.2 Decano 174 246.89 Compuesto Punto de ebullición ( C) Área superficial n-alcoholes Etanol 78 83.44 Propanol 97 14.56 Butanol 118 126.32 Pentanol 138 148.2 Hexanol 156 17.7 Heptanol 176 191.93 Octanol 194 213.8 Nonanol 214 235.66 Decanol 233 257.53 3 25 2 15 5-5 5 15 2 25 3 n-alcoholes n-alcanos Lineal (n-alcoholes) Logarítmica (n-alcanos) y =.8873x + 5.27 y = 214.93ln(x) - 116.6 - -15
Solubilidad, área superficial y momento dipolar para una serie homóloga de acetonas Compuesto Solubilidad (g/ml) Área superficial Momento dipolar 2-propanona 97.39 2.923333 2-butanona 25.6 118.5 2.89514 2-pentanona 5.5 14.33 2.792741 2-hexanona 1.6 162.2 2.76646 2-heptanona 1.4 184.6 2.766617 2-octanona 25.93 2.75359 12 Soluvilidad vs. área superficial 8 6 4 Área superficial 2 5 15 2 25 12 8 6 Series1 4 2 2.7 2.75 2.8 2.85 2.9 2.95
Cuestionarios Cuestionario 1. 1.- Se observa alguna correlación entre el área superficial y el punto de ebullición en los alcanos? Se observa un aumento en el punto de ebullición a mayor número de carbonos, para esta relación la ecuación y = 214.93ln(x) - 116.6 es la que mejor se ajusta. 2.- Se observa alguna correlación entre el área superficial y el punto de ebullición en los alcoholes? Al igual que en los alcanos a mayor superficie mayor es el punto de ebullición, pero en este caso la relación esta descrita por una ecuación de línea recta: y =.8873x + 5.27 3.- Debería observarse alguna correlación? Explique. Si, entre mayor se la superficie del compuesto, mayor será la energía para que se dé el cambio de fase, de líquido a gas. 4.- Observa alguna tendencia al comparar ambas gráficas? Ambas muestran una relación para el aumento de la temperatura de ebullición, directamente proporcional, con respecto del tamaño del área superficial. Cuestionario 2. Cuestionario 2. 1.- Existe alguna correlación entre el área superficial de los compuestos y su orden relativo de solubilidad? Se ve una correlación en la cual a mayor área superficial presente el compuesto menor será su solubilidad en agua. 2.- Existe alguna correlación entre el momento dipolar de los compuestos y su orden relativo de solubilidad? Conforme aumente el momento dipolar de la molécula mayor será su solubilidad, este crecimiento no parce seguir intervalo fijo, pero se puede notar una clara relación. 3.- Existe alguna correlación entre la solubilidad de los compuestos estudiados y su peso molecular? (Registrar este dato en Properties del menú Display y construir la gráfica correspondiente) 12 8 6 4 2 Solubilidad % Vs Peso Molecular 2 4 6 8 12 14
Análisis de resultados Los datos obtenidos en la práctica muestran una estrecha relación entre el área superficial de una molécula y algunas de sus propiedades físicas como lo son la solubilidad y el punto de ebullición. Algunas de estas relaciones pueden ser modeladas por medio de ecuaciones para intentar predecir esa misma propiedad para otras moléculas con estructura similar pero con mayor número de carbonos. Conclusiones Las propiedades físicas de un compuesto se ven determinadas por la estructura que presenta la molécula, dichas estructura determinara el tamaño del área superficial y del momento dipolar. Bibliografía http://es.wikipedia.org/wiki/momento_dipolar_qu%c3%admico http://es.wikipedia.org/wiki/punto_de_ebullici%c3%b3n http://es.wikipedia.org/wiki/punto_de_fusi%c3%b3n