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Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería QuímicaÁrea de QuímicaLaboratorio de Química IV Impartido por: Ing. Gerardo Ordoñez

CAMBIO DE ESTADO ESTUDIO DEL PUNTO DE EBULLICION

Andrea Carolina Meza RuizCarne: 201213215

Sección DGuatemala, 10 de diciembre del 2013

Fecha de revisión: Nota: Firma:

SECCIÓN PONDERACIÓN NOTA

1. Resumen 10

2. Objetivos 5

3. Marco Teórico 5

4. Marco Metodológico 5

5. Resultados (Pruebas de identificación) 15

6. Interpretación Resultados 30

7. Conclusiones 15

8. Bibliografía 5

9. Apéndice

9.1 Datos originales 19.2 Muestra de cálculo (incluye el análisis de error) 5

9.3 Datos Calculados 4

Nota

2

1. RESUMEN

En la práctica No. 1 llamada “Cambio de estado, estudio del punto de

ebullición. Se encontró tanto un dato experimental de la temperatura de

ebullición, como un dato teórico. Los reactivos empleados fueron Etanol a

95% (C2H 6OH ), acetona (C ¿¿3H 6O)¿ y agua (H 2O).

El calculo del punto de ebullición experimental fue encontrado mediante

mediciones en el laboratorio de , en varias corridas para tener un dato con

mayor exactitud, mientras que el exerimental fue calculado en base a la

fórmula de Clausius-Clapeyron.

Las temperaturas experimentales para el agua (H 2O), el acetona

(C ¿¿3H 6OH )¿ y el etanol al 95% (C2H 6OH ), fueron de 94 °C, 53 °C, 74

°C, respectivamente, mientras que las teóricas fueron de 91,20 °C, 48,25

°C, 69,86 °C.

La práctica fue llevada a cabo el día seis de diciembre del presente

año fue llevada a cabo la parte exerimental; ese día se contaba con una

temperatura de 23 °C y una presión de 0.8416 atm.

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2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo general

2.1.1. Adquirir el conocimiento de obtener la temperatura de

ebullición por medio de las condiciones dadas.

2.2. Onjetivos específicos

2.2.1. Determinar la temperatura de ebullición de algunos líquidos

puros.

2.2.2. Corregir las temperaturas de ebullición de acuerdo con las

variaciones en la presión atmosférica.

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3. MARCO TEÓRICO

1.1Cambio de Fase:

“Se denomina a la evolución de la materia entre varios estados de

agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los cambios de fase son

cambios físicos porque cambia el orden molecular.”

1.1.1 Fusión:

Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica;

durante este proceso isotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a

cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El

"punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor

es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una

forma independiente, transformándose en un líquido.”

1.1.2 Solidificación:

Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es

exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la

cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide

con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también

específico.

1.1.3 Vaporización:

“Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se

realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de

ebullición del líquido a esa presión al continuar calentando el líquido, éste absorbe

el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del

agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la

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masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la

temperatura del gas.”

1.1.4 Condensación:

“Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se

encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la

vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de

manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso

del estado líquido a sólido se denomina solidificación.”

1.1.5 Sublimación:

“Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al

estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina

Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.”1

1.1.6 Ionización:

“Un gas se transforma en plasma cuando la energía cinética de las

partículas del gas se eleva hasta igualar la energía de ionización del gas. Cuando

alcanza este nivel, las colisiones de las partículas del gas provocan una rápida

ionización en cascada, y el gas se transforma en plasma.”2

1.1.7 Deionización

“Se absorben electrones. Es el cambio de plasma a gas.”3

1.2 Punto de Ebullición: 1 Chand, Raymond, Química, pág. 489 -4902 http://labquimica.wordpress.com. 10/08/20133 http://www.ozonocarbars.com. 10/08/2013

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“Temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la

gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de

ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade

calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.”4

1.3 Fuerzas Intermoleculares:

“Son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio

químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades

químicas de las sustancias. Aunque son considerablemente más débiles que los

enlaces iónicos, covalentes y metálicos.”5

1.4 Ecuación Clausius-Clapeyron:

“Esta ecuación puede ser usada para predecir dónde se va a dar una

transición de fase. Por ejemplo, la relación de Clausius-Clapeyron se usa

frecuentemente para explicar el patinaje sobre hielo: el patinador, con la presión

de sus cuchillas, aumenta localmente la presión sobre el hielo, lo cual lleva a éste

a fundirse.”6

1.5 Azeótropo:

“Son mezclas de dos o más componentes, cuya proporciones son tales que

el vapor producido por evaporación parcial tiene la misma composición que el

líquido. Cuando en una mezcla se encuentra en el punto del azeótropo (mezcla

azeotrópica), dicha mezcla no puede ser destilable o separada en sus

componentes.”7

45 Chang, Raymond, Química, pág. 49356 Chang, Raymond, Química, pág. 46366 http://clepeyronwebquest.netii.net 10/08/20137 http://apuntescientificos.org 10/08/2013

7

4. MARCO METODOLÓGICO

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4.1. Algoritmo del Procedimiento:

4.1.1. Cristalería:

3 Tubos de ensayo Tubos capilares 1Beacker 1 Termómetro

4.1.2. Reactivos:

Agua Alcohol al 70% Alcohol al 95% Acetona

4.1.3. Procedimiento:

1. Se agregó 5 ml del líquido problema a un tubo de ensayo.2. Se selló un tubo capilar por uno de los extremos de modo que el

extremo abierto tocó el fondo del tubo de ensayo.3. Se colocó el termómetro dentro del tubo capilar.4. El sistema se clocó en un baño de maría.

5. Se calentó gradualmente hasta que del capilar desprendió un rosario continuo de burbujas.

6. En seguida se suspendió el calentamiento y en el instante en que el líquido entró por el capilar se leyó la temperatura de ebullición.

7. El procedimiento se repitió dos veces para los demás líquidos.

4.2. Diagrama de Flujo

Cambio de Estado Estudio del punto de Ebullición

9

Se agregó 5 ml del líquido problema a un tubo de

ensayo.

3 Tubos de ensayo, tubos

capilares, 1 beacker, 1

termómetro.

Agua, Alcohol al 95%, Acetona.

Se selló un tubo capilar por uno de los extremos de modo que el extremo abierto tocó el fondo del tubo de ensayo.

Se colocó el termómetro dentro del tubo capilar.

El sistema se clocó en un baño de maría.

Se calentó gradualmente hasta que del capilar desprendió un rosario continuo de burbujas.

En seguida se suspendió el calentamiento y en el

instante en que el líquido entró por el capilar se

leyó la temperatura de ebullición.

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5. RESULTADOS

La temperatura normal de ebullición de cada

líquido a la presión del laboratorio.

Fin

El procedimiento se repitió dos veces para los demás líquidos.

11

Tabla 5: Variación de la presión atmosférica de acuerdo a la altura

sobre el nivel del mar.

Metros Presión Dato Teórico (atm) Presión Dato Calculado (atm)-200 1,02 1,02

0 1,00 1,00800 0,91 0,89,

1800 0,80 0,762400 0,75 0,683200 0,67 0,583800 0,62 0,50

(Fuente: Elaboración Propia)

Tabla 6: Presión atmosférica a 20°C en algunos departamentos de

Guatemala.

Departamento Altura (m) Presión (atm)Guatemala 1317 0,82

Petén 127 0,98Baja Verapaz 940 0,88

Puerto Barrios 1 0,99(Fuente: Elaboración Propia)

Tabla 7: Temperatura de ebullición y porcentaje de error.

Reactivo Cantidad (mL)

TemperaturaTeórica

TemperaturaExperimental

Error (%)

Agua 10 91,20 94 5,27Alcohol 95% 10 69,86 74 6,39

Acetona 10 48,25 53 9,84(Fuente: Datos Originales)

6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

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Por medio de los resultados de la Tabla 6 se observa que en las regiones en

donde se obtiene menor altitud sobre el nivel del mar hay una mayor presión,

como también que dichos departamentos se encuentran en áreas tropicales, en

donde hay una mayor temperatura, comprobando así que la temperatura es

directamente proporcional a la presión.

A través de los resultados obtenidos experimentalmente se observó que,

mientras que el acetona es el reactivo con menor punto de ebullición con 53 °C

experimental y 48,25 °C teórico, el intermedio fue el alcohol con una temperatura

experimental de 74°C y una teórica de 69,86 °C y el agua es el de mayor con 94

°C de temperatura de experimental y de 91,20 °C de temperatura teórica; sacando

como conclusión que posiblemente el agua sea el reactivo con mayores fuerzas

intermoleculares atribuyendo esto a los puentes de hidrógeno que conforman a la

molécula, los cuáles tienen una mayor fuerza y por lo tanto se necesita una mayor

energía para romperse y liberar a las moléculas. Estas son las que deben

romperse para que ocurra un cambio de estado, en otras palabras a mayores

fuerzas intermoleculares, mayor temperatura se necesitará para romperlas y

provocar el cambio de fase.

En el caso del acetona su temperatura de ebullición fue menor debido a que

es una molécula con fuerzas intermoleculares menores, causado por su enlace

doble entre la molécula del carbón y del oxígeno, y sus enlaces polares, entre los

demás componentes los cuáles no requieren tanta energía para romperse. El

etanol por su parte requiere ya una mayor fuerza gracias al grupo OH que lo

conforma, este enlace necesita de una mayir energía para romperse y dejar libres

a las moléculas, aún así es el único enlace fuerte que existe en las moléculas, ya

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que las demás estpan unidas por enlaces covalentes débiles entre C y H, lo que

hace que no requiera tanta energía para liberar a sus moléculas como el agua.

Se observó que se encuentra una leve diferencia entre la teperatura de

ebullición téorica con respecto a la experimental, atribuyendo esos resultados a la

impresición de las mediciones, como también a las condiciones a las que se

encontraba ese día el laboratorio; se puede notar esos errores gracias al

porcentaje de error, el cuál muestra que hubieron errores en el transcurso de la

toma de datos, obteniendo que el mayor error de medición fue la del acetona, que

es de 9,84%, el intermedio fue el del alcohol con un 6,39 % de error y por último,

el menor que fue el del agua a un 5,27 %.

Tomando en cuenta que la temperatura y presión no eran normales, sino que

ambas eran inferiores, los datos obtenidos fueron ligeramente correctos,

constantando también que sus puntos de ebullición, con respecto a la teoría

tuvieron certeza en el orden debido, gracias a las fuerzas intermoleculares

atribuídas a cada uno.

Llegando así, con los resultados obtenidos, al pensamiento de que debido a la

presión a la que se encontraba el laboratorio la temperatura de ebullición no iba a

ser mayor a la que se espera en condiciones normales, como también que los

enlaces del agua son mucho más fuertes que los que mantienen el acetona y el

etanol.

7. CONCLUSIONES

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1. El punto de ebullición del agua experimental a 0,84 atm y 23 °C, fue

de 94 °C, mientras que el teórico fue de 91 °C, aproximadamente.

2. El punto de ebullición del acetona experimental a 0,84 atm y 23 °C,

es aproximadamente 53 °C, mientras que el teórico fue de 48 °C.

3. El punto de ebullición del etanol experimental a 0,84 atm y 23 °C, es

aproximadamente 74 °C, mientras que el teórico fue de 70 °C,

aproximadamente.

8. BIBLIOGRAFÍA

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1. Apuntes Científicos. [En línea][10/08/2013]. Disponible en:

http://apuntescientificos.org

2. CHANG, Raymond. Química. Chemistry, by Raymond Chang,

10a.edicion.China. The Mc Graw Hill Companies 2010 .1080 páginas. ISBN:

978-607-15-0307-7.

3. ESIMEUC. [En línea][10/08/2013]. Disponible en:

http://clepeyronwebquest.netii.net/

4. H.PERRY, Robert. Manual del Ingeniero Químico. 6ª. Edición. 39060

páginas.

5. Los átomos de Demócrito-Laboratorio de Química. [En línea]

[10/08/2013]. Disponible en: http://labquimica.wordpress.com

6. Ozono Carbar’s. [En línea][10/08/2013]. Disponible en:

http://www.ozonocarbars.com.

9. APÉNDICE

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9.1. Datos Originales

Tabla 1: Temperatura de ebullición del acetona medida en laboratorio.

Corrida Cantidad (mL) Temperatura ambiente (°C)

Temperatura de ebullició (°C)

1 10 23 532 10 23 543 10 23 52

Promedio 23 53(Fuente: Datos Originales)

Tabla 2: Temperatura de ebullición del etanol medida en laboratorio.

Corrida Cantidad (mL) Temperatura ambiente (°C)

Temperatura de ebullició (°C)

1 10 23 752 10 23 743 10 23 74

Promedio 23 74,33(Fuente: Datos Originales)

Tabla 3: Temperatura de ebullición del agua medida en laboratorio.

Corrida Cantidad (mL) Temperatura ambiente (°C)

Temperatura de ebullició (°C)

1 10 23 972 10 23 963 10 23 95

Promedio 23 96(Fuente: Datos Originales)

9.2. Muestra de Cálculo

1. Media Aritmética

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x=x1+x2+x3…+ xn

N (Ecuación # 1)

Dónde:

x = Es el promedio o media aritmética.

xn= Datos de las corridas.

N= Número de datos.

Ejemplo:

Encuentre el promedio de las siguientes alturas: 150 cm, 167 cm, y 168 cm.

x=150+167+1683

=163,75

2. Desviación Estándar

σ=√ x12+x22+x32…+xn2

N (Ecuación # 2)

Dónde:

X= Son los datos de las corridas.

N= Número de datos

σ=Desviaci ón Est ándar .

Ejemplo:

Encuentre la desviación estándar de las alturas anteriores.

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σ=√ 1502+1672+16823=164

3. Error Relativo

De−DtDt

∗100 (Ecuación #3)

Dónde:

De= Dato encontrado.

Dt= Dato teórico.

De−DtDt

∗100

Ejemplo:

Cuál es el error relativo de 8/3 ± 1/5.

( 15)−( 83 )( 83 )

∗100=2.5%

4. Ecuación de Clausius-Clapeyron

ln (P1P2 )=∆ xR ( 1T 2− 1T 1 )(Ecuación #4)

Dónde:

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P1= Presión normal. P2= Presión del laboratorio. ∆ x= Calor de vaporización del líquido. R= Constante ideal del gas. T1= Temperatura dada en Kelvin. T2= Punto de ebullición normal en Kelvin. Ln= Logaritmo natural en base e.

Ejemplo:

T 2=¿

9.3. Datos Calculados

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Tabla 4: Temperaturas experimentales en grados Kelvin.

Reactivo Cantidad (mL)

Corrida 1 T(◦ K)

Corrida 2 (T◦ K)

Corrida 3 (T◦ K)

Media(°C)

Agua 10 370 369 368 369Alcohol 95% 10 348 347 347 347,33

Acetona 10 326 327 325 326(Fuente: Datos originales)

Tabla 5: Temperaturas teóricas calculadas.

Reactivo Cantidad (mL)

Corrida 1 T(◦ C)

Corrida 2(T◦ C)

Corrida 3 (T◦ C)

Media (°C)

Agua 10 92,18 91,21 90,23 91,20Alcohol 95% 10 70,51 69,54 69,54 69,86

Acetona 10 48,25 49,23 47,28 48,25(Fuente: Datos Originales)

Tabla 6: Porcentaje error en la temperatura de ebullición.

Reactivo Cantidad (mL)

Corrida 1 T(%)

Corrida 3 (%)

Corrida 2 (%)

Media (%)

Agua 10 5,23 5,25 5,28 5,25Alcohol 95% 10 6,37 6,41 6,41 6,39

Acetona 10 9,84 9,69 9,98 9,84(Fuente: Datos Originales)

Tabla 7: Desviación estándar de los reactivos utilizados.

Reactivo Corrida 1 Corrida 2 Corrida 2Desviación

estándar

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Etanol al 95% 75 74 74 0.577

Acetona 53 54 52 1

Agua 97 96 95 1

(Fuente: Datos calculados)

Tabla 8. Presión atmosférica local y normal, y calor de vaporización.

ReactivoPresión Local

(atm)

Presión Normal

(atm)

Calor de vaporización

del líquido, (J/mol)

Etanol 0.84 1 38600

Acetona 0.84 1 32000

Agua 0.84 1 40650

(Fuente: datos intermedios)

Tabla 9. Incertezas de los instrumentos de medición utilizados.

Cristalería Incerteza

Beacker 200 mL ± 5 mL

Beacker 100 mL ± 5 mL

Pipeta 10 mL ± 0.05 mL

Termómetro ± 1 ºC

(Fuente: Datos Originales)