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