Química General II Facultad de Ingeniería

TP Nº3 UNMdP

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TRABAJO PRÁCTICO Nº 3

SOLUCIONES PROPIEDADES COLIGATIVAS

OBJETIVOS: • Comprender el concepto de propiedades coligativas a través de la medición de descensos

crioscópicos de soluciones de electrolitos y no-electrolitos.

• Determinar experimentalmente el factor i de van't Hoff de un electrolito en agua.

• Hallar el peso molecular de un no-electrolito.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Se llaman propiedades coligativas a aquellas que dependen del número de partículas disueltas en

una solución. Son: el descenso de la presión de vapor, el ascenso del punto de ebullición, el descenso del punto de congelación y la presión osmótica. Teóricamente, todas dependen del descenso de la presión de vapor de un disolvente, provocado por la presencia de un soluto no volátil.

El descenso del punto de congelación es proporcional a la molalidad de la solución:

mkT f .=∆ donde:

∆T descenso del punto de congelación del disolvente

m concentración molal de la solución

kf constante crioscópica o constante molal de disminución del punto de congelación.

Se expresa en °C/molal.

Como 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 molal unitaria.

Si el soluto es un electrolito, este se disociará en dos o más iones, aumentando la molalidad de la

solución y en consecuencia el descenso crioscópico. Sin embargo, en una solución iónica las partículas

de soluto no se encuentran distribuidas al azar. Cada ion positivo tiene más iones negativos que positivos

en su cercanía. De este modo, algunos iones experimentan lo que se denomina asociación. Es decir,

durante un breve tiempo, algunos aniones y cationes quedan en contacto, comportándose como una sola

partícula. Este fenómeno tiende a reducir la molalidad efectiva. Una medida del grado de disociación

real de un electrolito en solución es el factor de van't Hoff, i. El mismo se define como 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:

oelectrolitno

real

oelectrolitno

real

m

m

T

Ti

−−

=∆

∆=

De este modo, puede determinarse el factor de van't Hoff y el grado de disociación de un electrolito

en solución.

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Otra aplicación muy importante de las propiedades coligativas es su utilización para la

determinación de pesos moleculares de no-electrolitos. Si en la definición del descenso crioscópico se

sustituye la molalidad por su definición en función de la masa de soluto, la masa molar del soluto y la

masa de disolvente, se tiene:

SV

ST

m . M

m .1000fkT =∆ donde:

∆T descenso del punto de congelación del disolvente

M masa molar del soluto

mST masa de soluto

mSV masa de disolvente.

Conociendo la constante crioscópica, las masas de soluto y de disolvente, y midiendo ∆T, es

posible determinar el peso molecular del soluto de la ecuación anterior.

El soluto debe reunir las siguientes condiciones: no volátil, no-electrolito (porque si se disocia

produce una variación en el número de partículas), no debe formar soluciones sólidas con el solvente. El disolvente debe ser puro, para usar su correspondiente valor de kf.

En la experiencia a realizar se usa como disolvente agua destilada, que posee un valor de constante

crioscópica de 1,86 ºC/molal, y como solutos sacarosa (no-electrolito) y CaCl2 (electrolito).

MATERIAL:

Material de vidrio y accesorios Reactivos

• Cristalizador

• Termómetro

• Agitadores

• Pie universal y pinzas

• Tubo de vidrio

• Espátula

• Varilla de vidrio

• Hielo

• Cronómetro

• NaCl (sal de mesa)

• Sacarosa (azúcar)

• CaCl2

• Agua destilada

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL, ESQUEMA DEL EQUIPO Y CÁLCULOS:

A) Preparación del baño de hielo y sal (mezcla frigorífica) a) Llenar el cristalizador hasta 3/4 de su capacidad con hielo.

b) Agregar con espátula 10 cucharadas de sal de mesa.

c) Agitar con varilla de vidrio y asegurarse que la temperatura del baño alcance al menos -10ºC.

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B) Determinación de puntos de congelación

B. 1. Determinación del punto de congelación del solvente puro a) Pesar el tubo de vidrio.

b) Colocar en el tubo aproximadamente 10 g de agua destilada, pesados en balanza granataria.

Registrar el valor pesado como mSV.

c) Armar el equipo de acuerdo al esquema de la figura, acercando el tubo a la pared del

cristalizador para poder visualizar adecuadamente su contenido.

d) Agitar continuamente el contenido del tubo. Registrar valores de temperatura cada 15

segundos, hasta 2 minutos después de que la temperatura se estabilice. Armar una tabla con los

valores obtenidos. Observar que la temperatura, en el interior del tubo, desciende lentamente y

transcurrido un cierto tiempo, se estabiliza comenzando la aparición de cristales. Puede llegar a

observarse un descenso de temperatura por debajo del correspondiente al punto de congelación

del disolvente puro, denominado subenfriamiento, antes de la aparición de cristales.

e) Con los valores obtenidos en el punto anterior, construir el gráfico de Temperatura vs.

tiempo. Para determinar la T de congelación del solvente, proceder como indica la figura:

BAÑO DE HIELO Y

SAL

TERMÓMETRO AGITADOR

TUBO DE VIDRIO

CRISTALIZADOR

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B. 2. Determinación del punto de congelación de una solución de un no-electrolito a) Pesar 1,7 g de sacarosa. 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. Registrar el valor pesado como

mST.

b) Proceder igual que antes, enfriando en una nueva mezcla frigorífica. Asegurarse que la

temperatura permanezca por debajo de los -10ºC.

c) Agitar continuamente el contenido del tubo. Registrar valores de temperatura cada 15

segundos, hasta 3 minutos después de que la temperatura alcance su valor mínimo. Armar una

tabla con los valores obtenidos. Observar el subenfriamiento, y que luego de la aparición de

cristales, la temperatura desciende muy lentamente, debido al aumento de la concentración de la

solución al separarse disolvente como sólido.

d) Con los valores obtenidos en el punto anterior, construir el gráfico de Temperatura vs.

tiempo. Para determinar la T de congelación de la solución, proceder como indica la figura:

e) Con la temperatura de congelación del solvente puro y la de la solución calcular el

correspondiente ∆T.

f) A partir del valor de ∆T calcular el peso molecular de la sacarosa.

B. 3. Determinación del punto de congelación de una solución de un electrolito a) Para determinar la temperatura de congelación de la solución de CaCl2 se sigue un

procedimiento similar al indicado para la sacarosa. En este caso se deberá partir de una nueva

masa de agua (aproximadamente 10 g) y de 0,5 g de cloruro de calcio. Asegurarse de limpiar correctamente el tubo de vidrio antes de volver a utilizarlo en esta determinación. b) Con la temperatura de congelación del solvente puro y la de la solución calcular el

correspondiente ∆T.

c) A partir del valor de ∆T calcular el valor del factor i de van't Hoff.

OBSERVACIONES IMPORTANTES:

• Las sustancias se pesan en balanza granataria.

• En el caso de utilizar un termómetro de mercurio, debe evitarse el error de paralaje en las lecturas.

• Es importante agitar continuamente tanto el baño frigorífico como el interior del tubo.

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PRESENTACIÓN DEL INFORME:

Presente en forma ordenada y clara:

� Los objetivos del práctico.

� El procedimiento realizado (en forma sintética).

� Las tablas obtenidas y los correspondientes gráficos de T vs. t.

� Los cálculos realizados para obtener

- Peso molecular de la sacarosa.

- Factor de van't Hoff de la solución de CaCl2

� La discusión de los resultados, incluyendo el cálculo del error relativo del peso molecular

obtenido.

� Las conclusiones (discutir el cumplimiento de los objetivos y las posibles fuentes de error).

� Las respuestas del cuestionario propuesto a continuación.

CUESTIONARIO:

1) ¿Cuál es el fundamento teórico de la determinación de pesos moleculares por el método

crioscópico? Enunciar la Ley de Raoult.

2) ¿Qué significado experimental tiene la constante crioscópica kf?

3) ¿Para qué sustancias es aplicable el método crioscópico de determinación de pesos moleculares?

4) Calcular los valores que se obtendrían al determinar otras propiedades coligativas para las mismas

soluciones utilizadas en el TP. Buscar los datos necesarios en bibliografía, especificando las

condiciones de trabajo.

5) De acuerdo al peso molecular determinado y sabiendo que la composición elemental de la sacarosa

es 42 % de C, 6,4 % de H y 51,6 % de O, determinar su fórmula molecular