Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieríaEscuela de QuímicaÁrea de QuímicaLaboratorio de Química IVIngeniero Gerardo Ordoñez
“Punto de ebullición y fusión”
SECCIÓN PONDERACIÓN NOTA1. Resumen 102. Objetivos 53. Marco Teórico 54. Marco Metodológico 55. Resultados (Pruebas de
Identificación)15
6. Interpretación de Resultados
30
7. Conclusiones 158. Bibliografía 59. Apéndice
9.1 Datos Originales 19.2 Muestra de Cálculo (Incluye el Análisis de Error)
5
9.3 Datos Calculados 4 NOTA
Juan José Gonzalez Barillas201325667
Guatemala, 31 de agosto del 2015
Fecha de revisión: _______________ Nota: ________ Firma: ___________
ContenidoResumen..................................................................................................................................3
Objetivos.................................................................................................................................4
General................................................................................................................................4
Específicos..........................................................................................................................4
Marco teórico..........................................................................................................................5
Marco metodológico...............................................................................................................8
Algoritmo Procedimental....................................................................................................8
Diagrama de flujo................................................................................................................9
Resultados.............................................................................................................................11
Interpretación de resultados..................................................................................................12
Conclusiones.........................................................................................................................13
Bibliografía...........................................................................................................................14
Apéndice...............................................................................................................................15
Datos originales.................................................................................................................15
Muestra de cálculo............................................................................................................16
Datos Calculados...............................................................................................................17
Campana de Gaus..............................................................................................................18
2 | P á g i n a
Resumen
1. Se determino los puntos de ebullición de acetona(C3H6O), agua destilada(H2O),
alcohol(C2H6O 95% y de alcohol 70% y el punto de fusión del acido cítrico C6H8O7. Los
puntos de ebullición se midieron mediante un sistema simple a baño maría que implicaba
una estufa y un beacker que contenía glicerina (C3H5(OH)3). Un tubo de ensayo con el
líquido se ponía a calentar en el sistema, un tubo capilar cerrado de un extremo unido a un
termómetro se alcanzaron los puntos 38°C para la acetona, 94.4°C agua destilada, 73.6°C
alcohol 70% y 74.2°C alcohol 95%, se compararon los datos experiméntales con los datos
teóricos obtenidos con la ecuación de Clausius Clapeyron.
Se trabajo a una presión de 0.84atm y una temperatura ambiente de 24°C.
3 | P á g i n a
Objetivos
General
Determinar la temperatura de ebullición a condiciones atmosféricas del laboratorio
y el punto de fusión de un compuesto.
Específicos
1. Determinar el punto de ebullición con la fórmula de Claussius –Clapeyron.
2. Comparar y analizar las temperaturas de ebullición de los diferentes líquidos.
3. Demostrar que la presión atmosfera no afecta el punto de fusión de un compuesto.
4 | P á g i n a
Marco teórico
Estados de la materia
En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de
movimiento. Las moléculas de un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan
en una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están
separadas entre sí por distancias grandes en comparación con el tamaño de las moléculas
mismas. Son posibles las conversiones entre los tres estados de la materia sin que cambie la
composición de la sustancia. Al calentar un sólido (por ejemplo, el hielo) se funde y se
transforma en liquido (agua). (La temperatura en la que ocurre esa transición se denomina
punto de fusión.) Su calentamiento adicional convierte al líquido en gas. (Esta conversión
sobreviene en el punto de ebullición del líquido.)
Cambios de Fase
Las transiciones entre las fases sólidas líquidas y gaseosas, suelen incluir grandes
cantidades de energía, en comparación con el calor específico. Si a una masa de hielo, le
añadimos calor a un ritmo constante, para que lo lleve a través de los cambios de fase,
primero a líquido y luego a vapor, las energías necesarias para llevar a cabo los cambios de
fase (llamadas calor latente de fusión y calor latente de vaporización), daría lugar a las
mesetas que observamos en el gráfico de temperatura vs tiempo de abajo. Se supone que la
presión en el gráfico, es de 1 atmósfera estándar.
Fusión: Es el proceso mediante el cual un sólido pasa al estado líquido, la temperatura a la
que tiene que llegar se le llama Temperatura de Fusión.
Solidificación: Es el proceso inverso a la fusión, es decir, es el cambio de estado de líquido
a sólido.
5 | P á g i n a
Vaporización: Es el cambio de estado de líquido a gas y se puede producir mediante la
ebullición y la evaporación. La evaporación es el paso de líquido a gas a cualquier
temperatura y cuando se alcanza determinada temperatura se le llama Ebullición.
Condensación: Se le llama así al proceso inverso a la vaporización.
Sublimación: Es el proceso de cambio de estado directo de sólido a gas. A su proceso
inverso, de gas a sólido, se le denomina Cristalización o Sublimación Inversa
Presión de vapor y punto de ebullición
Cuando un líquido se evapora, sus moléculas gaseosas ejercen una presión de vapor.
Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión externa que actúa sobre
la superficie del líquido. En este punto se hace posible la formación de burbujas de vapor
en el interior del líquido. La temperatura de ebullición aumenta al incrementarse la presión
externa. El punto de ebullición de un líquido a una presión de 1 atm es su punto normal de
ebullición.
Ecuación Claussius – Clapeyron
La ecuación relaciona la dependencia de la temperatura y la presión de vapor de un líquido
con el calor de vaporización.
Claussius introdujo esta modificación de la ecuación de Clapeyron luego de
aproximadamente 30 años con el fin de mejorar la versatilidad de la expresión. Así pues, la
ecuación de Clapeyron puede expresarse en una forma aproximada conveniente cuando se
trata de los equilibrios de vaporización y sublimación. En estos casos, el volumen molar del
gas es mucho mayor que el de la fase condensada, siendo pues prácticamente igual.
ln (P2
P1)=−∆VAPH
R( 1T 2
− 1T 1
)
6 | P á g i n a
En La industria es necesario tener conocimiento acerca de todos los procesos involucrados
en la transformación de las materias primas ya que del buen uso que se le haga se puede
obtener un producto con mato calidad y mejores características, en las disoluciones al haber
un cambio de fase se aprecia una transición al pasar de un estado al otro, de esta manera se
debe aplicar un modelo matemático para calcular cualquiera de estas variables como la
presión, la temperatura y el calor de vaporización. Estos modelos matemáticos ya
construidos y comprobados experimentalmente sirven para determinar y predecir valores
como los mencionados anteriormente. El modelo matemático en estos casos donde hay un
cambio de fa es conocido como la ecuación de Claussius Clapeyron.
7 | P á g i n a
Marco metodológico
Algoritmo Procedimental
Punto de Fusión 1. Se pulverizó una cantidad de ácido cítrico 2. Se preparó un beacker con 400 ml de glicerina 3. Se cerró un extremo del tubo capilar 4. Se colocó la sustancia dentro del tubo capilar hasta la mitad, apelmazando mediante
golpes moderados5. Se cerró el extremo por donde ingreso la sustancia con cuidado de no fundirla 6. Se sujetó el tubo capilar a un termómetro centrada con el depósito de mercurio.7. Se colocó el tubo con el termómetro dentro del beacker con glicerina 8. Se utilizó una plancha para calentar el beacker. 9. Se observó el cambio de fase de la sustancia.10. Se tomaron las temperaturas a la que fundió el ácido cítrico.11. Se dejó enfriar la glicerina a por lo menos la mitad del punto de fusión del ácido. 12. Se realizaron tres corridas con tres muestras distintas de acido cítrico.
Punto de ebullición 1. En un tubo de ensayo se prepararon 3ml del líquido problema.2. Se selló un tubo capilar por uno de los extremos y se colocó dentro del tubo capilar
con una leve inclinación junto al termómetro. 3. Se colocó un beacker que contenía 150ml de glicerina y se calentó.4. El tubo de ensayo se sumergió en el beacker de modo que se hizo un baño maría. 5. Se calentó gradualmente y el tubo capilar desprendió un continuo rosario de
burbujas, inmediatamente se midió la temperatura, luego suspendió el calentamiento del beacker.
6. Se repitió el modelo de medición con cada uno de los líquidos problemas (acetona, alcohol etílico, agua)
8 | P á g i n a
Colocar el Becker con glicerina y con el tubo de ensayo sobre una plancha
de calor.
Anotar la temperatura del líquido
Fin
2ml del líquido en tubos de ensayo
Inicio
Calentar
Un termómetro y atado a él un capilar, dentro del
tubo de ensayo.
¿Salen burbujas del capilar?
Esperar
No
Si
Diagrama de flujo
Punto de ebullición
9 | P á g i n a
Punto de fusión
10 | P á g i n a
Colocar el Becker con glicerina sobre una
plancha de calor.
Anotar la temperatura del líquido
Fin
Inicio
Calentar
¿Se fusiono por completo?
Esperar
No
Si
Capilar sellado con acido cítrico
Colocar termómetro y él atado a un capilar, dentro
del beacker
Resultados
Tabla No.1: Datos teóricos, obtenidos por Clausius – Clayperon, experimentales y su desviación estándar.
Punto de Ebullición
SustanciaTemperatura teórica (°C)
Temperatura por Clausius Clapeyron
Temperatura experimental(°C)
Desviación estándar
Acetona 56 38.5697102 38.0 5.24404424
Agua destilada 100 95.0865088 94.4 0.54772256
Alcohol 70% 78 75.6701398 73.6 1.14017543
Alcohol 95% 78 76.2773316 74.2 0.83666003
Fuente: Elaboración propia
Tabla No. 3 Punto de fusión
Fuente: Elaboración propia
11 | P á g i n a
Punto de EbulliciónSustancia Temperatura(°C)
Ácido cítrico 118.75
Interpretación de resultados
La diferencia entre los puntos de ebullición experimentales de las sustancias con los
teóricos a condiciones estándar, se debe al cambio de las condiciones donde se trabajó y
que los líquidos estuvieran diluidos; al tener una presión menor a una atmosfera como la
que hay en la zona 12 de Guatemala (0.842 atm) la temperatura necesaria para hacer que el
líquido hierva es menor a la que estima en condiciones ideales (1 atm y 25 °C)
obteniendo un punto de ebullición a 94.4°C en el agua destilada (H2O).
En la práctica tanto como con los datos teóricos se observó una gran diferencia en el punto
de ebullición entre cada líquido, a pesar de que estaban bajos las mismas condiciones el
punto de ebullición de la acetona (C3H60) es el más bajo debido a que fuerzas
intermoleculares son débiles, la acetona cuenta con una fuerza dipolo-dipolo este tipo de
fuerza depende de la proximidad que tienen las moléculas y la acetona no tiene mucha
cercanía entre sus moléculas lo que hace débiles a estas fuerzas y permite que estas escapen
fácilmente a temperaturas no elevadas haciendo a este más volátil
Por el contrario el agua destilada (H2O) posee un tipo de atracción molecular fuerte
conocido como puente de hidrogeno, un átomo de H se une covalentemente a un átomo
muy electronegativo que atrae la densidad electrónica del núcleo de H, dejando un lado del
átomo muy electronegativo.
Debido a las fuerzas intermoleculares de puentes de hidrogeno al mezclar agua con las
sustancias haciendo que bajara su concentración aumento su temperatura de ebullición.
Los datos experimentales comparados con datos teóricos que se obtuvieron por medio de
la ecuación de Claussius –Clapeyron tomando la presión a 0.842 atm y la temperatura a
20°C, demuestran un margen de error en cada líquido 1.47% en la acetona, 0.72% agua
destilada, 2.73% alcohol 70% y 2.72% alcohol 95%. esto se debe a los errores sistemáticos
y humanos al momento de la lectura de temperaturas o la mala calibración del termómetro.
12 | P á g i n a
Conclusiones
1. El punto de ebullición además de ser alterado por presión atmosférica, las fuerzas intermoleculares y su intensidad establecen una diferencia entre cada líquido. Los que presentaban puentes de hidrógeno tuvieron mayor punto de ebullición en el experimento.
2. Al aplicar la ecuación de clausius Clapeyron se puede obtener la temperatura de ebullición de cada sustancia y esto da un dato más específico del verdadero punto de ebullición, este dato vario del experimental debido a los errores de medición.
3. Al fundir el ácido cítrico se fusiono a temperaturas más bajas que el dato teórico, esto se puede deber porque el compuesto no tenía un 100% de pureza y a errores de medición.
4.
13 | P á g i n a
Bibliografía
1.
Brown, T. L. (9na Edición). Quimica "La Ciencia Central". Paginas 418-420: Pearson 2. Chang, R. (10ma. Edición). Quimica . Páginas 472-479: Mc Graw Hill.
3. Petrucci, (10ma edicion).Quimica General. pag 244-256. Pearson
14 | P á g i n a
Apéndice
Datos originales
15 | P á g i n a
Muestra de cálculo
Ecuación Claussius-Clapeyron
T B=[ R× ln (P0)ΔH vap
+ 1T 0 ]
−1
Dónde:
TB: Punto de ebullición normal (en Kelvin)
R: Constante de los gases
P0: Presión de vapor a la temperatura de la medición
ΔHvap: Entalpia de vaporización (en J/mol)
T0: Temperatura a la que se realiza la medición
Ejemplo: Utilizando los siguientes datos, obtener el punto de ebullición de la
alcohol al 95%:
P1 = 1atm
T1 = 74.2oC + 273.15 = 347,35K
P2 = 0,84atm
T2 = ?
R = 8,314 J/mol K
ΔHvap = 25 000 J/mol
T 2=(( 8.314 Jmol
K)×− ln 1atm0.84
−84700 J /mol+ 1
347,35K )−1
T2 = 349,42K – 273,15 = 76.27oC
16 | P á g i n a
(
Datos Calculados
Tabla No.3: Temperatura de ebullición (°C) acetonaGrupo Corrida No.1 Corrida No.2 Corrida No.3 Corrida No.4 Corrida No. 5
1 45 42 33 34 36
Fuente: Resultados
Tabla No.4: Temperatura de ebullición (°C) Agua destiladaGrupo Corrida No.1 Corrida No.2 Corrida No.3 Corrida No.4 Corrida No. 5
2 94 95 95 94 94
Fuente: Resultados
Tabla No.5: Temperatura de ebullición (°C) alcohol 70%Grupo Corrida No.1 Corrida No.2 Corrida No.3 Corrida No.4 Corrida No. 5
3 75 74 73 72 74
Fuente: Resultados
Tabla No.6: Temperatura de ebullición (°C) alcohol 95%Grupo Corrida No.1 Corrida No.2 Corrida No.3 Corrida No.4 Corrida No. 5
4 73 75 74 75 74
Fuente: Resultados
Tabla No.7: Temperatura de fusión de (°C) ácido cítrico
17 | P á g i n a
Grupo Corrida No.1 Corrida No.2 Corrida No.31 114 119 113
2 118 120 117
3 120 123 123
4 118 120 120
Campana de Gaus
ACETONA 70%
AGUA DESTILADA
18 | P á g i n a
AlCOHOL 70%
ALCOHOL 95%
19 | P á g i n a
ÁCIDO ACETICO
20 | P á g i n a