guías fisicoquímica versión 1

7/24/2019 Guas Fisicoqumica Versin 1

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GUAS FISICOQUMICA: Fisicoqumica I y IIPrograma de Qumica

Compiladas por: Lis Manrique Losada y Vladimir Snchez TovarDocentes Programa de Qumica


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TABLA DE CONTENIDO PG

A.PROPIEDADES DE LOS GASES................................................................................. 4

PRCTICA DE LABORATORIO No. 1: DETERMINACIN DE PESO MOLECULAR DELQUIDOS VOLTILES. APLICACIN DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES. ............ 5

PRCTICA DE LABORATORIO No. 2: DETERMINACIN DE LA MASA MOLAR YDENSIDAD DE UN GAS: CASO DEL BUTANO. ............................................................ 8

PRCTICA DE LABORATORIO No. 3. PROPIEDADES DE LOS GASES: LEY DEBOYLE Y LEY DE CHARLES. (Propiedades De Los Gases Ideales) ........................... 11

B. LEYES TERMODINMICAS....................................................................................... 18

PRCTICA DE LABORATORIO No. 4: CONCEPTOS TERMODINMICOS ............... 19

C. TERMOQUMICA........................................................................................................ 26

PRCTICA DE LABORATORIO No. 5. CALOR DE SOLUCIN Y DE REACCIN. .... 26

PRCTICA DE LABORATORIO No. 6. CALOR PERDIDO EN FUSIN TOTAL YPARCIAL DEL HIELO Y CALOR DE NEUTRALIZACIN. ........................................... 32

PRCTICA DE LABORATORIO No. 7: DETERMINACIN DE LA CAPACIDADCALORFICA DE UN SLIDO. .................................................................................... 37

D. EQUILIBRIO QUMICO............................................................................................... 41

PRCTICA DE LABORATORIO No. 8: EQUILIBRIO QUMICO. ................................. 42

E. EQUILIBRIO DE FASES............................................................................................ 46

PRCTICA DE LABORATORIO No. 9: EQUILIBRIO DE FASES. (Equilibrio LiquidoVapor Y Equilibrio Slido Lquido Para Mezclas Binarias) ............................................ 47

F. PROPIEDADES COLIGATIVAS:................................................................................ 55

PRACTICA DE LABORATORIO No. 10: ASCENSO PUNTO DE EBULLICIN YDESCENSO CRIOSCPICO. ...................................................................................... 56

G. CINTICA................................................................................................................... 63PRACTICA DE LABORATORIO No.11: CINTICA DE LA VITAMINA C. (estudio de lacintica de oxidacin de la vitamina c con ferricianuro de potasio. determinacin de laley experimental de rapidez) ........................................................................................ 64

PRCTICA DE LABORATORIO No. 12: RELOJ DE YODO ......................................... 67

PRCTICA DE LABORATORIO No. 13: LA BOTELLA AZUL ...................................... 72

PRCTICA DE LABORATORIO No. 14: REDUCCIN DEL ION PERMANGANATO. . 79


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A.PROPIEDADES DE LOS GASES


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Universidad de la AmazoniaFacultad de Ciencias Bsicas

Programa de QumicaLaboratorios de Fisicoqumica

PRCTICA DE LABORATORIO NO. 1: DETERMINACIN DE PESO MOLECULAR DELQUIDOS VOLTILES. APLICACIN DE LA LEY DE LOS GASES IDEALES.(Determinacin De Peso Molecular De Lquidos Voltiles. Aplicacin De La Ley DeLos Gases Ideales)

1 . 1FUNDAMENTO S TE RI CO S:

Una de las ms importantes aplicaciones de la ley de los gases ideales,

(1.1)es la determinacin del peso molecular de un lquido que pueda transformarse en vapor. Sise conocen la temperatura, presin, volumen y peso del vapor, el peso molecular se calculaa partir de

( 1.2)

Por lo tanto, la Ec. 1 puede expresarse como

(1.3)De lo cual se obtiene la expresin del peso molecular:

(1.4)

1.2 MATERIAL Y EQUIPO

beaker de 600 mlmecherobanda de hule

soporte de anillorejillaanillo de hierroperlas de ebullicin


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Trozo de papel de aluminiomatraz Erlenmeyer de 125-250 mlalfilerpinzas

termmetro de mercuriobalanza

1.3 PROCEDIMIENTO

1. Obtngase un matraz Erlenmeyer de 125-250 ml de capacidad, un trozo de papel dealuminio para tapar la boca del matraz y una banda de hule o un alambre para sujetarel papel de aluminio.

2. Pese todo el conjunto.3. Introdzcanse 3-5 ml de un lquido desconocido (cuyo punto de ebullicin sea inferior

al del agua) y sujtese el aluminio alrededor de la boca del matraz con el hule o elalambre.

4. Con un alfiler delgado hgase una perforacin, tan pequea como sea posible, en elcentro del aluminio.

5. Colquese el matraz en un beaker con agua hirviendo.6. Inclnese y mantngase casi completamente sumergido, detenindolo con una pinza

como lo muestra la Fig. 1. Adanse unas perlas de ebullicin al beaker para evitarsaltos. Bajo estas condiciones, el lquido del matraz se vaporizar y el exceso de vaporescapar a travs del orificio de alfiler.

7. Despus de que se haya consumido todo el lquido y ya no salgan vapores por el orificio(asegrese de que no se condense el lquido en la boca del matraz), mdase latemperatura del agua, suspndase el calentamiento y esprese hasta que el agua dejede hervir.

8. Retrese el matraz del beaker y colquese sobre una plancha de asbesto para que seenfre y se seque. El vapor encerrado en el matraz se condensar formando un lquido.

9. Despus de enfriar hasta la temperatura ambiente, asegrese de que todo el conjuntoest completamente limpio y seco, y regstrese el peso exacto del matraz con el lquidoy el aluminio. Determnese entonces el peso del lquido condensado. Este peso

corresponde al peso del vapor encerrado en el matraz a la temperatura del agua hir-viendo.10. Mdase el volumen total del matraz.11. Lase la presin baromtrica y calclese el peso molecular del lquido.12. Reptase el mismo procedimiento con otra muestra del mismo lquido y comprense las

respuestas. S son muy diferentes, efectese una tercera determinacin.


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Fig. 1. Dispositivo para la determinacin de pesos moleculares1.4 PREGUNTAS DE REVISIN

1. Supngase que esta determinacin de peso molecular se efectu muyprecipitadamente y que no se lleg a vaporizar todo el lquido del matraz. Sera el pesomolecular calculado muy pequeo o muy grande? Qu tipo de error de procedimiento

podra conducir a un error de resultado que fuera opuesto al interior?2. Por qu no puede determinarse el peso molecular del n-butanol (por ejemplo, 118C)con este mtodo?

Lquido problema:Cloroformo (CHCl3)61.2 C ,Benceno (C6H6) 80.1 C,

Alcohol etlico, (CH3CH2OH), 78.4 C,Alcohol metlico (CH3OH), 64.7 C

1.5 BIBLIOGRAFA:

Hess, George G. y Kask, Uno. 1970. Qumica General Experimental. CECSA,Mxico. Pp. 105 a 107.

Castellan, G.W. 1987. Fisicoqumica. Addison-Wesley Iberoamericana, Argentina-Mxico.

G.M. Barrow. 1976. Qumica Fsica para las Ciencias de la Vida. Ed. Revert, I.N. Levine. 1996. Fisicoqumica. Ed. Mc Graw Hill. Levine, Y.1992. Fisicoqumica, 3a. edicin Mc Graw-Hill Mxico.


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Universidad de la AmazoniaFacultad de Ciencias BsicasPrograma de QumicaLaboratorios de Fisicoqumica

PRCTICA DE LABORATORIO No. 2: DETERMINACIN DE LA MASA MOLAR YDENSIDAD DE UN GAS: CASO DEL BUTANO. (Determinacin de la masa molar y ladensidad de un gas, caso del Butano)

OBJETIVOS

El objetivo principal de la prctica es la determinacin del peso molecular y de la densidaddel butano. Para Este fin se debe considerar el gas butano como un gas ideal. As podemosrelacionar variables macroscpicas tales como: presin P; temperatura T; masa del gasMgas y volumen V, mediante la ecuacin de estado de los gases ideales.

2.1 FUNDAMENTO TERICO

El butano, a presiones cercanas a la presin atmosfrica y temperaturas alejadas de supunto de ebullicin se comporta en forma similar a un gas ideal, por lo que podemosestudiarlo utilizando la ecuacin de estado de los gases ideales:

. . . . . Donde P es la presin absoluta del gas, V el volumen, n el nmero de moles, R la constanteuniversal de los gases, T la temperatura absoluta, m la masa del gas y M la masa moleculardel gas.

Para determinar la densidad y masa molecular del butano, se pueden medir distintosvolmenes de gas de masa conocida a presin y temperaturas constantes. Si el butano secomporta como un gas ideal, graficando la masa del gas en funcin del volumen a P y Tconstantes, esperaramos obtener una recta cuya pendiente sera:

. . 2.2 PROCEDIMIENTO


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Tabla 1. Datos del experimento

Volumendesplazado

Peso m echeroinicial

Peso m echerof inal

Masa de gas

NOTA: Llevar para la prctica un encendedor de gas.

2.3 ELABORAR Y CALCULAR

1.1 Realice la grfica propuesta (graficamos mversus V).1.2 Determine la ecuacin que rige los datos y su coeficiente de determinacin, con el valorde la pendiente determinar la masa molar del gas butano y su densidad, y con los datostericos calcular el porcentaje de error.

i. Bajo condiciones anaerbicas una suspensin de la bacteria Micrococcusdenitrificansreduce cuantitativamente el nitrato a gas nitrgeno si tambin se suple con un exceso desustrato oxidable, por ejemplo succinato.

En una botella cerrada de 2 dm3de capacidad con una atmsfera inicial de oxgeno librede N2, y a 100 kPa, se incuban 200 cm3 de una suspensin lavada de M. denitrificans,suplementada con un exceso de succinato y 0.25 mol de nitrato, temperatura de incubacin303 K Cul ser la presin final de gas en la botella despus de la reduccin completa delnitrato? (Considerar solubilidad despreciable de N2en el medio de cultivo).

ii.La presin total de una mezcla de oxgeno e hidrgeno es 1 atm. La mezcla se incendiay el agua formada se separa. El gas restante es hidrgeno puro y ejerce una presin de0,4 atm. Cuando se mide en las mismas condiciones de T y V que la mezcla original. Culera la composicin original de la mezcla en porcentaje en mol?

2.4 BIBLIOGRAFA DE CONSULTA


G.M. Barrow. 1976. Qumica Fsica para las Ciencias de la Vida. Ed. Revert, I.N. Levine. 1996. Fisicoqumica. Ed. Mc Graw Hill.


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Levine, Y.1992. Fisicoqumica, 3a. edicin Mc Graw-Hill Mxico.


PRCTICA DE LABORATORIO No. 3. PROPIEDADES DE LOS GASES: LEY DEBOYLE Y LEY DE CHARLES. (Propiedades De Los Gases Ideales)

OBJETIVOS

1. Comprobar experimentalmente la ley de Boyle y de Charles con un gas real.2. Determinar el peso molecular de un vapor condensable empleando varias muestras

problema.3. Comparar la eficiencia de mtodos en la determinacin del peso molecular de una

sustancia.4. Aplicar la ecuacin del gas ideal.5. Diferenciar entre un gas ideal y un gas real.

3.1 MARCO TERICO

De acuerdo con la teora cintica, el gas perfecto est compuesto por partculasextremadamente pequeas (sus molculas) que poseen un movimiento continuo, al azar eindependiente. Durante su movimiento al azar, las molculas chocan incesantementecontra las paredes del recipiente y es este continuo bombardeo de las paredes lo que seconoce como, presin del gas. Las "partculas" componentes del gas perfecto sonabsolutamente elsticas y rebotan con una energa igual a la que tenan en el momento delchoque. Adems las molculas de un gas perfecto no deben ocupar volumen (lo cualconfirma que el gas perfecto es una ficcin til).

En virtud del movimiento independiente y al azar de sus molculas, cuando un gas de unadeterminada densidad se introduce en un volumen mayor que el que ocupabaanteriormente a la misma temperatura, las molculas se redistribuyen de forma que cada

una tiene una libertad mxima de movimiento. El gas ocupa totalmente el nuevo volumencon la disminucin correspondiente de su densidad. Esta tendencia de las molculasgaseosas a moverse de una zona de densidad mayor a otra de densidad menor y asconseguir una densidad media de equilibrio, se conoce como fuerza de difusin. De aquse deduce que se debe comprimir un gas para aumentar su densidad-fuerza de compresin.

El efecto de los cambios de la temperatura sobre un gas tambin se puede interpretar pormedio de la teora cintica. Un aporte de calor aumenta la energa cintica de las molculas,favorece su tendencia a moverse incluso a ms distancia unas de otras y por tanto provoca


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una expansin del gas a presin constante. El descenso de temperatura disminuye lamovilidad de las molculas y la tendencia del gas a presin constante es a contraerse. Portanto, en cierto sentido, el aumento de la presin y el descenso de la temperatura tiendenal mismo fin, a la disminucin del volumen del gas.De aqu se deduce que la condicin de un gas perfecto est afectada por cuatro variablesindependientes: (i) volumen, (ii) presin, (iii) temperatura y (iv) moles. El anlisis del efecto

de los cambios de presin y/o temperatura sobre el volumen de una masa dada de gasideal ha determinado el establecimiento de ciertas relaciones entre estos factores, lascuales se conocen como leyes de gas ideal.

La Relacin Presin-Volumen: Ley De Boyle.Un aumento isotrmico de la presin disminuir proporcionalmente el volumen de una ciertacantidad de gas y viceversa.

(3.1)Las grficas de la fig. 1 muestran dos formas convencionales de expresar grficamente laley de Boyle. La fig. 1(a) es una grfica de la ecuacin PV= Ki y la fig. 1(b) es una grfica

de la ecuacin equivalente P= Ki x 1/V. Esta ltima toma la forma de una ecuacin linealy=mx+b, donde b=0.

Figura 1. Variacin del volumen con respecto a la presin

La Relacin Temperatura - Volumen: Ley De Charles Y Gay Lussac.

A presin constante, el volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta yse contrae cuando se enfra. A cualquier presin dada, la relacin grfica entre el volumeny la temperatura es una lnea recta. Extrapolando la(s) recta(s) al volumen cero, seencuentra que la interseccin en el eje de temperatura tiene un valor de -273.15C, acualquier temperatura, como se observa en la Fig. 2 (En la prctica se puede medir elvolumen de un gas nicamente en un margen limitado de temperatura, ya que todos los

gases se condensan a temperaturas bajas para formar lquidos).


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Figura 2. Variacin de la temperatura con respecto al volumen

(3.2)

La Relacin Volumen - Cantidad: Ley De Avogadro.

El volumen de cualquier gas debe ser proporcional al nmero de moles de molculaspresentes, es decir:

(3.3)Donde n representa el nmero de moles yKes la constante de proporcionalidad. La ltimaecuacin es la expresin matemtica de Ley de Avogadro, la cual establece que a presiny temperatura constantes, el volumen de un gas es directamente proporcional al nmero demoles del gas presente.

Ecuacin Del Gas Ideal

Resumiendo las leyes de los gases que se han analizado hasta el momento se puedencombinar las tres expresiones anteriores para obtener una sola ecuacin que describa elcomportamiento de los gases:

(3.4)Donde R, es la constante de proporcionalidad y se denomina la constante universal de losgases y la ecuacin se conoce como la ecuacin del gas ideal y describe la relacin entrelas cuatro variables P, V, T y n.

Ecuacin de estado de gases reales


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La ecuacin de estado del gas ideal no es del todo correcta: los gases reales no secomportan exactamente as. En algunos casos, la desviacin puede ser muy grande. Porejemplo, un gas ideal nunca podra convertirse en lquido o slido por mucho que seenfriara o comprimiera. Por eso se han propuesto modificaciones de la ley de los gasesideales

(3.5)

Una de ellas, muy conocida y particularmente til, es la ecuacin de estado de Van derWaals . . (3.6)Donde v = V/n, a y b son parmetros ajustables determinados a partir de medidasexperimentales en gases reales. Son parmetros de la sustancia y no constantesuniversales, puesto que sus valores varan de un gas a otro.

La ecuacin de Van der Waals tambin tiene una interpretacin microscpica. Lasmolculas interaccionan entre s. La interaccin es muy repulsiva a corta distancia, se haceligeramente atractiva a distancias intermedias y desaparece a distancias ms grandes. Laley de los gases ideales debe corregirse para considerar las fuerzas atractivas y repulsivas.Por ejemplo, la repulsin mutua entre molculas tiene el efecto de excluir a las molculasvecinas de una cierta zona alrededor de cada molcula. As, una parte del espacio totaldeja de estar disponible para las molculas en su movimiento aleatorio. En la ecuacin deestado, se hace necesario restar este volumen de exclusin (b) del volumen del recipiente(V); de ah el trmino (V - b).

Actualmente existen gran variedad de ecuaciones de estado que pretenden predecir cadavez mejor y acertadamente el comportamiento de un gas en todas las condiciones de

presin y temperatura posibles. En ocasiones involucran una solucin matemtica complejaque requiere mtodos numricos y necesariamente un ordenador para ser solucionadas.

3.2 MATERIALES Y REACTIVOS

- Montaje de Mariotte: erlenmeyer de 500 mL con desprendimiento lateral, manguerade ltex, aguja hipodrmica, baln fondo plano, tapones de caucho, estufa, probeta100mL.

- Montaje desplazamiento de volumen: probeta 500 mL, cubeta de plstico, manguerade ltex con dimetro pequeo.

- Montaje ley de Boyle: jeringa de plstico, masas regulares, tapn de caucho.

3.3 METODOLOGA

Ley de Charles

Construya un montaje Mariotte de la siguiente manera: un baln fondo plano con tapn decaucho, el tapn debe contener una salida para el gas con una manguera que debe estarconectada a un erlenmeyer donde se llevar a cabo el desplazamiento de agua; esteerlenmeyer se encuentra por lo menos a un metro abajo del baln para garantizar la entrada


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del gas sin mezclas no deseadas. El erlenmeyer inicialmente est lleno de agua y elvolumen de gas desplazar este lquido que es evacuado por una aguja hipodrmica. Eneste montaje se desarrollarn dos experiencias:

A. Cambios en el volumen del aire por cambios en la temperatura: Prepare tres diferentesbaos: agua a 40C, agua a 70C , agua a 80 C y agua hirviendo. Someta el baln seco al

bao de agua ambiente espere 2-3 min y registre el volumen desplazado de agua en elerlenmeyer. Repita el procedimiento con agua a las otras temperaturas. Registrevolmenes. Grafique V vs T, compare resultados con grficas tericas para gas ideal y real(use al menos Ecuacin de Van der Waals) de V vs T. Genere al menos tres rplicas paracada caso. De la grfica extrapole y prediga la temperatura a la cual el volumen es cero.

B. Volumen desplazado por un vapor condensable: Caliente una muestra conocida (peseel baln con la muestra lquida) y evapore una cierta cantidad (pese el baln despus deevaporar la muestra), mida el volumen desplazado de agua en el erlenmeyer. Repita esteprocedimiento con diferentes masas de muestra. Calcule la densidad del vapor y su pesomolecular. Genere al menos 3 rplicas en cada caso y calcule porcentajes de error, apliqueestadstica descriptiva.

Ley de Boyle y Avogadro

A. Cambio de volumen de una muestra de aire al aplicar diferentes presiones:

Estas presiones sern diferentes segn la masa utilizada, y deben convertirse a unidadesabsolutas con la siguiente informacin: El rea de la cabeza del mbolo es . La masaempleada se divide cada vez entre el rea obtenida. La presin manomtrica se calculaconsiderando que la masa de 1 g sobre un rea de 1 cm 2ejerce una presin de 1012.3 Pa.La presin absoluta se obtiene sumando la manomtrica y la atmosfrica.

Introduzca una jeringa sin aguja sobre un tapn de hule y sujtela a un soporte sobre unamesa de tal manera que se mantenga vertical. Succione a un volumen fijo el aire. Agreguepesas una a una sobre una plataforma del mbolo iniciando con las de menor valor. Permitaque el sistema se estabilice por unos minutos y mida el volumen de aire. Despus de cadaadicin permita que el mbolo regrese a su volumen original. Haga diez mediciones. Repitael procedimiento agregando los pesos en la misma secuencia. Haga por lo menos tresrplicas con cada cambio de presin. Haga una grfica de V vs 1/P. Grafique los datos deP vs V; trace la curva que mejor se aproxime a los datos. Compare la grfica P vs Vexperimental con tericas considerando gas ideal y gas real.

B. Gas butano contenido en una mechera:

El objetivo de este procedimiento es determinar la variacin de la relacin masa-volumen,en diferentes cantidades de gas butano medidas a temperatura y presin constantes.Adems se trata de calcular la presin del gas contenido en la mechera.A una mechera conectada a un sistema de desplazamiento de agua (probeta llena de aguainvertida sobre una cubeta con agua) realice el siguiente procedimiento: Pese elencendedor a gas antes de utilizarlo, registre su peso en la tabla. Inserte con cuidado alencendedor, la conexin flexible que lleva el gas al interior de la probeta. Descargue delencendedor el volumen de gas indicado en la tabla. Retire el encendedor y obtenganuevamente su peso. Repita el procedimiento para cada uno de los volmenes solicitados


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B. LEYES TERMODINMICAS

Universidad de la AmazoniaFacultad de Ciencias BsicasPrograma de Qumica


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Laboratorios de Fisicoqumica

PRCTICA DE LABORATORIO No. 4: CONCEPTOS TERMODINMICOS

OBJETIVOS

1. Determinar el coeficiente de expansin trmica a partir de mediciones de volumenespecfico.

2. Determinar la razn de los gases por el mtodo de Clement y Desormes.3. Determinar el trabajo producido por el vapor en una mquina trmica.4. Determinar la eficiencia terica y real de una mquina trmica.

4.1 MARCO TERICO

La razn de las capacidades calorficas a presin constante (C) y volumen constante (C),puede determinarse fcilmente si un gas se expande adiabticamente y despus se dejacalentar nuevamente a la temperatura original. Se necesita conocer solamente la presininicial (Pi), la presin despus de la expansin adiabtica (Pf) y la presin alcanzada unavez que el gas se dej calentar (Pa) a su temperatura original. Las dos relaciones que seaplican son:

Para la expansin adiabtica: Para la isotrmica

Figura 1. Expansin adiabtica para el clculo de Como el cambio, tanto en el volumen como en la presin es muy pequeo, las curvas AB y

AE de la Figura 1 se aproximan a lneas rectas cuya relacin de pendientes es y del montaje se tiene:


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Dnde:

La diferencia inicial en el manmetro es:

y la diferencia entre la presin final e inicial es:

, Do= presin inicial en cm, Io= Presin inicial en cmD= Presin final en cm, I= Presin final en cm

La segunda ley de la termodinmica define una funcin de estado que es la entropa (S)

mediante la cual se puede definir cundo un proceso es espontneo o no, cundo elproceso alcanza el equilibrio y cul es la energa mnima requerida para que un proceso noespontneo ocurra. Una mquina trmica es un dispositivo mecnico que actacclicamente y tiene por objeto transformar la energa trmica en energa mecnica. Trabajaentre dos fuentes de temperatura o de calor. De la fuente caliente toma calor, parte de estelo convierte en trabajo y el calor no aprovechado lo enva a una fuente fra (Figura 3).

Figura 2. Mquina Trmica

Para la mquina trmica de la Figura 3 se tiene que:

(4.1)

Se define como eficiencia () para una mquina trmica como la relacin entre el trabajo

realizado y el calor recibido de la fuente caliente .Eficiencia mxima (Carnot):

(4.2)


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Para coeficiente

Picnmetro, pipetas, beaker 250 mL, placa de calefaccin.

Para Cp/Cv

Botella de 20 L sencilla o con salida lateral (frasco de decantacin)Bomba de hule.Manmetro en UPinzas tapones y mangueras de ltex.

Para mquina trmica

Baln o erlenmeyer de 500 mL, que hace las veces de caldera para generar el vapor.

Termmetro.Plancha elctrica o mechero de gas para calentamiento.Erlenmeyer de 500 mL como depsito de auga a transferir.Beaker de 250 mL como depsito del agua transferida.Mangueras y tapones de conexin.Regla para medir alturas.

4.3 PROCEDIMIENTO

1. Determinacin del coeficiente de expansin trmica para lquidos (Propiedadtermodinmica).

Para determinar el coeficiente de expansin trmica de un lquido en este laboratorio sedeben tener mediad de la densidad del lquido y por tanto del volumen molar. La primeraparte consiste entonces en determinar este volumen molar a diferentes temperaturas:

1.1 Determinacin del volumen molar de un lquido: La densidad, , es una variable deestado que se puede determinar pesando la masa de un volumen conocido de lquido. Ladensidad cambia con la temperatura y la presin. El inverso de la densidad es el volumenespecfico, V. Se puede determinar experimentalmente la dependencia del volumenespecfico con la temperatura a presin constante, por medicin directa a variastemperaturas del sistema.

Para observar el comportamiento VT del lquido, mida la densidad del mismo a diferentes

temperaturas de la siguiente manera:

A un beaker de 250 mL agregue entre 50 a 100 mL del lquido problema, al que antes, sele ha medido su densidad con un picnmetro. Mida la temperatura inicial (ambiente). Conayuda de una placa de calefaccin, mida la densidad del lquido cada vez que el lquidoaumente su temperatura en 10C como mnimo, hasta antes de la temperatura de ebullicin.Repita el experimento por lo menos dos veces para garantizar validez estadstica de losresultados.Repita el procedimiento con dos lquidos ms.


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1.2 Determinacin del coeficiente de expansin trmica: El coeficiente de expansintrmica, , que se define como

El coeficiente de expansin trmica se puede estimar a partir de los datos [T, a presinconstante de varias formas, cuya diferencia est en la manera de evaluar la derivada:

1. Se grafican los datos T vs. y se ajustan a una lnea recta. La pendiente de la recta esel valor de la derivada.2. Si la grfica no se ajusta a una recta, se prueba una cuadrtica (o en general, una formapolinomial):

De donde +++3. Se estima la derivada localmente por diferencias finitas y se traza una grfica de

. De la forma de la grfica se decide si la derivada es una constante o si se ajustaa una lnea recta o a un polinomio.

Para los resultados y el anlisis de resultados:

A partir de las mediciones de densidad, determine el volumen especfico como funcin dela temperatura.Elabore grficas de T vs Vpara cada una de las sustancias.Haga ajustes lineales o polinomiales y presente la correlacin Se sugiere encontrar el coeficiente de expansin trmica para cada sustancia a partir delas correlaciones encontradas para T y y a partir de la aproximacin de la derivada comoun cociente incremental de las diferencias entre dos puntos, para los datos T vs V (mtodode diferencias finitas). Aqu las diferencias se pueden tomar hacia delante, hacia atrs ocomo el promedio de ambas. Hay diferencia en los resultados, para las diferenciasconsideradas (% error)? Qu valores estn ms cercanos a los datos de la literatura? A

qu puede deberse esto?

2. Determinacin de la razn de los gasesSe dispone de un montaje que consiste de una botella preferiblemente de 20L que debecontener silica gel para asegurar que durante el experimento el aire no contenga humedad.Se introduce el aire en el aparato, bombeando el aire con la bomba de hule. Mantener lapinza abierta, de tal forma que la presin aumente ligeramente arriba de la presin


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atmosfrica (de 30 a 40 cm en la escala del manmetro). Cerrar la pinza y dejar que el aireen la botella alcance la temperatura ambiente, lo que se indica por la constancia en lalectura manomtrica. Escribir longitudes de las columnas de agua a la izquierda y la derecha(Iy Drespectivamente). Destapar la botella por medio de un orificio en el tapn por uninstante y cerrar finalmente; un poco del aire escapa. La expansin es tan rpida que esadiabtica; en la expansin el aire se enfra, por que debe dejarse calentar hasta la

temperatura ambiente. Escribir longitudes de las columnas de agua a la izquierda y a laderecha (I y D respectivamente). Repetir las lecturas las veces que sea necesario. Paraconvertir las lecturas manomtricas a cm de Hg, se necesita multiplicar aquellas por la raznde densidades

Llenar la siguiente tabla:

Tabla 1.Datos del experimento

Prueba (cm) (cm) (cm) D (cm) (cm) (cm) 12345

Para el anlisis de resultados:Determinar experimental.Predecir los valores de

Cy

Cy calcular para el aire. Compara con el resultado anterior.

Suponer que el aire es un gas perfecto compuesto de 79% de N2y y 21% O2en volumen.Calcular el trabajo de expansin del aire expulsado.

Preguntas:Explique por qu para gases ideales C>C.Demuestre que C>C Rpara gases ideales.Establezca la diferencia entre el proceso adiabtico y el isotrmico de la prctica.

3. Trabajo producido por el vapor en una mquina trmica

Preparar el montaje de la Figura 2. Colocar 300 mL de agua en el recipiente generador devapor. Colocar 300 mL de agua en el recipiente de transferencia, al cual se le coloca un

tubo que est aproximadamente en la mitad de la altura del lquido. Colocar calentamientohasta la ebullicin del agua (Tc) para que el vapor generado pase al recipiente detransferencia y empuje el agua hacia el recipiente receptor (T f). Cuando pase el agua quellega al tope del tubo del recipiente de transferencia al recipiente receptor, quitar elcalentamiento. Medir la altura mxima (), la altura neta el volumen final deagua en recipiente generador del vapor y el volumen en el recipiente receptor.


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Figura 2. Montaje para mquina trmica

Para los clculos y resultados:

Calcular el trabajo mximo:

, (4.3)Calcular el trabajo neto:

, (4.4)donde g =gravedad

Calcular Eficiencia mxima (Carnot) y ecuacin: (4.2)

Eficiencia Real:

, (4.5)Donde: (4.6)

(4.7)

, (4.8) 2 (4.9)


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, (4.10)

Calcular el error relativo (%error relativo)=% ,, 100 (4.11)Datos requeridos:

Masa agua transferida, masa agua generadora inicial, masa agua generadora final,,, temperatura ambiente (inicial) y temperatura final (ebullicin). Consultar:gravedad, Cp del agua y Preguntas para el anlisis de resultados:

Por qu la eficiencia trmica de Carnot es mayor que la eficiencia trmica real de unamquina trmica?

El tipo de fuente de calentamiento del agua generadora de vapor, afectar la eficienciatrmica del sistema?

Si de dos sistemas trmicos uno es mejor que otro, en qu emplea el exceso deenerga que malgasta el ms ineficiente?

Cmo afecta la temperatura de la fuente caliente y la temperatura de la fuente fra laeficiencia del sistema?

4.4 BIBLIOGRAFA


Garland, C., Nibler, J., Shoemaker, David. 2003. Experimental in Physical Chemistry.SptimaEdicin. Mc. Graw Hill.

Pea A.B. Fisicoqumica, Manual de laboratorio. Universidad de Medellin. 2007. Hernandez G., Suarez, M.F. 2002. Fisicoqumica experimental, procesos de transporte

y cintica qumica. Facultad de ciencias (notas de clase). Universidad Nacional deColombia.


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C. TERMOQUMICA


PRCTICA DE LABORATORIO No. 5. CALOR DE SOLUCIN Y DE REACCIN.


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OBJETIVOS

1. Inferir el comportamiento de las mezclas de cidos y bases fuertes en una experienciade neutralizacin.

2. Aplicar los principios de calorimetra a las experiencias a realizar.

5.1 Introduccin

Todas las reacciones qumicas van acompaadas ya sea por una absorcin o un desarrollode energa, que en general se manifiesta como calor. La Termoqumica es la parte de laTermodinmica que estudia los cambios de energa en las reacciones qumicas.

El calor de una reaccin qumica es el calor intercambiado en el curso de tal reaccin, o, enun sentido ms general, es igual al cambio de entalpa del sistema cuando la reaccinocurre a presin constante. En general, este calor de reaccin depende no slo de lanaturaleza qumica de cada producto y cada reactivo, sino tambin de sus estados fsicos.

El calor absorbido o cedido por un sistema a presin constante (el cambio de entalpa),

puede determinarse usando calorimetra adiabtica, que como su nombre lo indica, utilizaun recipiente que asla el sistema qumico de los alrededores de modo que el calordesprendido o absorbido es igual, pero de signo contrario, al absorbido o desprendido porla parte interna del calormetro.

Como el sistema est aislado de los alrededores, es decir no interacta trmicamente conellos, se cumple:

(5.1)O lo que es lo mismo:

(5.2)El primer trmino indica el cambio trmico relacionado con el proceso que afecta elsistema estudiado y el segundo el calor absorbido o desprendido por el calormetro(partes internas). Se tiene entonces:

.Donde C representa la capacidad calorfica del sistema global incluyendo partes internasdel calormetro (especies involucradas, termmetro, agitador, resistencias, etc) que estnen contacto con el sistema qumico.

Para cambios razonables de temperatura C es constante y la ecuacin anterior puederesolverse obtenindose:

. (5.4)


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Donde T = T2 T1 es el cambio de temperatura durante el proceso.

La determinacin de la capacidad calorfica del sistema se hace calibrando con un lquido

cuya capacidad calorfica se conoce a varias temperaturas, o bien suministrando su trabajoelctrico conocido el sistema y midiendo la diferencia de temperatura.

Se utilizar la calorimetra adiabtica para determinar los cambios entlpicos asociados alcalor de solucin y al calor de neutralizacin.

5.2 MATERIALES

Calormetro Dewar Termmetro -10 a 120 oCFuente de poder EsptulaJuego de caimanes Vidrio reloj

Beaker 400 mL (2) Probeta 50 mL

30 g de NaOH300 mL HCl 0.5 M

Determinar el cambio trmico asociado a cada uno de los procesos y posteriormente medirla capacidad calorfica del sistema.

a) Disolucin de NaOH.

El proceso de disolucin de una sustancia suele ir acompaado de una absorcin o

desprendimiento de calor que, referido a un mol de sustancia, se conoce con el nombre decalor molar de disolucin. Sin embargo, esta magnitud no es constante sino que dependede la cantidad de disolvente y, por lo tanto, de la concentracin de la disolucin. Al disolvergradualmente una masa de sustancia en una cantidad de disolvente dada, la composicinde la disolucin vara desde la del disolvente puro hasta la de la disolucin final. Laexpresin:

, (5.4)Sin embargo, es ms interesante conocer la cantidad de calor absorbida o desprendida por

mol de sustancia en el proceso completo, es decir, cuando se disuelve toda la sustancia enla cantidad de disolvente elegida. A la cantidad de calor generada en estas condiciones sele llama calor integral de disolucin, y viene dado por:

{ }, . 5.5


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Como el calor integral de disolucin depende de la concentracin es preciso especificaresta. En la prctica, se supondr que 0.5 M es una concentracin lo suficientemente bajacomo para suponer que se encuentra en el lmite de dilucin . Por lo tanto, tanto para elcalibrado como para la medida con la sustancia problemas se usarn los valores de laentalpa de disolucin a dilucin infinita (H).

Entalpa de disolucin infinita: Definida como la variacin de entalpa en la disolucin de unmol de soluto en una cantidad infinita de agua. Como se trata de electrolitos, esta entalpaser un balance entre la entalpa de ruptura de la red y las de hidratacin de aniones ycationes.

5.3 PROCEDIMENTO

Colocar en el calormetro 150 mL de agua destilada a temperatura ambiente y registrar lastemperaturas cada 15 segundos durante tres o cuatro minutos. Adicionar la cantidad xgramos de NaOH para formar una solucin 0,5 N, continuar agitando y leyendo latemperatura en funcin del tiempo hasta que sta permanezca constante o presente un

descenso regular durante 5 minutos.

Una vez el sistema se encuentre a temperatura inicial adecuada y estable, conectar laresistencia de calentamiento a una fuente de poder y ajustar el voltaje para dar un valorcercano a 9 voltios, anotar los voltios y los amperios, determine el tiempo requerido paraalcanzar el cambio inicial tomando datos de temperatura cada 30 segundos. Una vezdesconectada la fuente, se continan las lecturas de temperatura en funcin del tiempohasta que permanezca constante o presente un descenso regular.

b) Calor de neutralizacin.Calor de neutralizacin: El calor de neutralizacin es definido como el calor producidocuando un equivalente gramo de cido es neutralizado por una base. El calor de

neutralizacin tiene un valor aproximadamente constante, en la neutralizacin de un cidofuerte con una base fuerte, ya que en esta reaccin se obtiene como producto en todos loscasos un mol de agua, que es formada por la reaccin:

+ + En cada una de las reacciones anteriores se obtienen 13,7 kcal.

Esta constancia en la entalpa de neutralizacin, se entiende fcilmente cuando se recuerdaque los cidos y bases fuertes y las sales, estn completamente disociados en sussoluciones diluidas; y, en tal consecuencia el efecto qumico comn a todas estasneutralizaciones, que es sustancialmente el nico cambio responsable para el efecto

trmico observado, es la unin de los iones hidratados hidrogeno e hidroxilo para formaragua no ionizada. O sea, si la ecuacin anterior de neutralizacin se escribe en forma inica,se tiene que:

Na+ OH H+ Cl Na+ Cl HO (5.6)Y cancelando los iones comunes en ambos miembros de la igualdad:


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OH H+ HO (5.7)Esta constancia en la entalpa de neutralizacin no se mantiene en la neutralizacin desoluciones de cidos dbiles por bases fuertes, bases dbiles por cidos fuertes o de cidos

dbiles por bases dbiles.

En todos estos casos el valor de H es menor y mucho menor en el siguiente caso:

HCN NaOH NaCN HO (5.8)En donde se obtiene -2.9 kcal.

En estos ltimos casos el H de neutralizacin difiere del valor constante citado, porque laformacin del agua a partir de sus iones no es el nico proceso qumico que acompaa a

la neutralizacin, ya que paralelamente a la combinacin de los iones hidratados hidrogenoe hidroxilo, va ocurriendo la ionizacin de los solutos dbiles, siendo el efecto trmicoobservado la suma de las entalpas de ionizacin y neutralizacin.

5.3.1 PROCEDIMIENTO

Al calormetro que contiene la solucin de NaOH, agregar 150 mL de HCl 0.5 N atemperatura ambiente (revisar que tanto el termmetro como la resistencia decalentamiento estn sumergidos en la solucin), continuar agitando y leyendo latemperatura en funcin del tiempo hasta que sta permanezca constante o presente undescenso regular durante 5 minutos.

5.4 CLCULOSDebido que en la prctica resulta imposible alcanzar una adiabaticidad total y adems losprocesos no son instantneos, la determinacin de los cambios de temperatura debehacerse considerando estas prdidas.

Construir las curvas temperatura-tiempo tanto para el proceso como para el trabajo elctricoequivalente (Ver figura 1).

Determine la capacidad calorfica del sistema calorimtrico suministrando un trabajoelctrico, que produzca un cambio de temperatura similar al del proceso en estudio


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Figura 1. Mtodo Dickinson para determinar temperatura inicial y final

A partir del Tca l, el voltaje (V), la intensidad (i), el tiempo de calentamiento (t) calcular lacapacidad calorfica del sistema (Cpsist) mediante:. . . El cambio de entalpa del proceso se realiza con el valor calculado de Cp sisty el T para lasolucin o la reaccin estudiada:

. El valor de H debe ser expresado por mol de soluto disuelto o por mol de reactivo limitante(reaccin de neutralizacin).

5.5 BIBLIOGRAFA


G.M. Barrow. 1976. Qumica Fsica para las Ciencias de la Vida. Ed. Revert,I.N.Levine. 1996. Fisicoqumica. Ed. Mc Graw Hill.

Levine, Y.1992. Fisicoqumica, 3a. edicin Mc Graw-Hill Mxico. Romero, C.M. 1996. Tpicos en qumica bsica. Experimentos de laboratorio.

Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Fsicas y naturales. Ed. Guadalupe.Colombia.

Shoemaker, David. 1968. EXPERIMENTOS DE FISICOQUMICA. 1ra edicin. McGraw-Hill/Interamericana de Espaa, SA. Mxico.


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PRCTICA DE LABORATORIO No. 6. CALOR PERDIDO EN FUSIN TOTAL YPARCIAL DEL HIELO Y CALOR DE NEUTRALIZACIN.

OBJETIVOS

El presente experimento tiene por objetivo poner de manera explcita la variable tiempo,para partir de las leyes que gobiernan la transferencia de calor, poder evaluar directamenteel proceso de fusin del hielo.

TRANSPORTE DE CALOR DURANTE LA FUSIN DEL HIELO

Los procesos de transferencia de calor son procesos termodinmicos irreversibles queocurren en situaciones de no-equilibrio y no se pueden describir en el marco de latermodinmica clsica. Recordemos que esta ltima tiene que ver con estados de equilibriotermodinmico. El presente experimento tiene por objetivo poner de manera explcita lavariable tiempo, para partir de las leyes que gobiernan la transferencia de calor, poderevaluar directamente el proceso de fusin del hielo. Es decir que a partir del correctoplanteamiento de los procesos de transferencia de calor podemos seguir la cintica defusin del hielo. Para lograr el objetivo debemos proponer un modelo que nos ayude aentender el trasporte de calor, desde los alrededores hacia el hielo, como un proceso de

conduccin, conveccin o adveccin.

6.1 Fundamentos

En condiciones normales el hielo funde de manera espontnea cuando se expone a unambiente que se encuentra a una temperatura mayor a la del punto de fusin. La primerapregunta debe ser, por qu? La respuesta es dada por la segunda ley de la termodinmica.

Ahora nos preguntamos, cmo ocurre el proceso? Las evidencias empricas muestran quela fusin se da por la continua transferencia de calor desde los alrededores hacia el hielo.

Ahora pensemos en las siguientes preguntas: cunta energa se necesita para fundir unadeterminada masa de hielo?, cul es la composicin hielo-agua despus de habersuministrado cierta cantidad de energa? Las respuestas a este tipo de preguntas estn

bien establecidas a partir de la primera ley de la termodinmica.

Finalmente, y es el objetivo de este experimento, hacernos preguntas como las siguientes:en cunto tiempo funde cierta masa de hielo, o a determinado tiempo cunta masa dehielo se ha fundido?. La respuesta a estas preguntas no las encontramos en latermodinmica clsica, sino en las leyes que gobiernan los procesos de transporte. Paradar respuesta a este ltimo tipo de preguntas es necesario asumir un modelo para elproceso de transporte de calor.


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6.1.1 Transporte de calor por conduccin

Como una aproximacin para comprender el proceso de transporte consideremos comovlido el siguiente modelo: un cubo de hielo de lado X (puede ser cualquier formageomtrica regular o irregular) expuesto al aire en condiciones normales de temperatura y

presin se funde por transferencia de calor. Entre el hielo y el aire se crea una superficie decontacto (una pelcula de agua y una de aire), que asumimos de espesor constante ypropiedades trmicas constantes, a travs de la cual ocurre la transferencia de calor porconduccin. La ecuacin de balance de energa para el sistema se escribe de la siguientemanera:

(6.1)Ya que ningn proceso interno genera energa en el sistema y que este tampoco transfiereenerga en ninguna direccin:

(6.2)Para resolver la ecuacin anterior es necesario especificar correctamente las condicionesinciales, por simplicidad a sumados que el cubo de hielo funde sin prdida de la formageomtrica.

Como en nuestro modelo la transferencia de energa desde el are se da por conduccin atravs de la superficie de contacto, entonces tenemos

() (6.3)Donde es el coeficiente global de transferencia, Lairees el espesor dela pelcula de aire y Laguael de la pelcula de agua, K son las respectivas conductividadestrmicas y 6x2 es el rea superficial del cubo (rea de transferencia). A 25C laconductividad trmica del aire es 0.0267 y la capacidad calorfica esde1005 y la conductividad trmica del agua es 1 9 , 6 .El cambio en la energa del sistema es un proceso isotrmico gobernado por la primera leyde la termodinmica, que debe ser consistente con la ecuacin 3.2 As, la ecuacin 3.2especfica que el cambio en la energa del sistema debe ser una cantidad positiva, y esto

es consistente con el aumento en la masa de agua proveniente de la fusin o con ladisminucin de la masa de hielo: (6.4) (6.5)


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Finalmente a reemplazar 6.3 y 6.5 en 6.2 tenemos:

() (6.6)Como la masa de hielo vara en el tiempo, entonces cambia y resulta convenienteexpresar el rea de contacto en funcin del volumen (masa y densidad) del hielo: (6.7)Entonces de las ecuaciones [3] y [5], la ecuacin [2] se escribe: ( ) (6.8)La ecuacin anterior se integra conociendo que para t = 0 la masa del hielo es moy que enel tiempo t la mas es m(t):

2 (6.9)La anterior ecuacin se puede escribir, sin prdida de generalidad, de la siguiente manera: (6.10)6.1.2 Transporte de calor por conveccin

El planteamiento del problema es igual a como se realiz en la seccin anterior. La nicadiferencia es que se asume para el proceso de transferencia de calor un modelo deconveccin, donde U es el coeficiente de transferencia de calor por conveccin:

E U6XT Tu (6.11)dm

dt Hu 6U( )T Tm (6.12)

m t 2 U T Hu t m (6.13)

Datos necesarios:


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(,) ,; (,) , (, ) ,; (, )

, . , . 6.2 Trabajo experimental

1. Determine la masa inicial del bloque de hielo y su geometra.

2. A tiempo cero, suspenda un cubo de hielo de un soporte. Debajo del hielo debeencontrase un recipiente que reposa sobre una balanza.

3. Cada 30 segundo registre la variacin en la masa de agua recogida en el recipiente.4. Lleve a cabo el experimento en ausencia y presencia de una corriente de aire

(ventilador).

5. Realice los experimentos por duplicado.

Figura 3.1: Esquema de montaje experimental para el estudio cintico de la fusinde hielo.

6.3 Cuestionario

1. A partir de los datos experimentales de masa y tiempo, verifique la validez de lasecuaciones 3.9 y 3.10. Cuando la masa de hielo est expuesta a una masa fija de


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Facultad de Ciencias BsicasPrograma de QumicaLaboratorios de Fisicoqumica

PRCTICA DE LABORATORIO No. 7: DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD

CALORFICA DE UN SLIDO.

OBJETIVOS

1. Calcular la capacidad calorfica de algunos slidos.2. Armar un calormetro, entrenarse en su uso.3. Aplicar los principios de calorimetra a las experiencias a realizar.

7.1 Introduccin

Concepto de temperatura.

La temperatura es la sensacin fsica que nos produce un cuerpo cuando entramos encontacto con l. Observamos cambios en los cuerpos cuando cambian su temperatura, porejemplo, la dilatacin que experimenta un cuerpo cuando incrementa su temperatura. Estapropiedad se usa para medir la temperatura de un sistema, como ocurre en lostermmetros, los cuales consisten en un pequeo depsito de mercurio que asciende porun capilar a medida que se incrementa la temperatura.Concepto de calor.Cuando dos cuerpos A y B que tienen diferentes temperaturas se ponen en contactotrmico, despus de un cierto tiempo, alcanzan la condicin de equilibrio en la que amboscuerpos estn a la misma temperatura.

Cuando un sistema de masa grande se pone en contacto con un sistema de masa pequeaque est a diferente temperatura, la temperatura de equilibrio resultante est prxima a ladel sistema grande.

Decimos que una cantidad de calor Qse transfiere desde el sistema de mayor temperaturaal sistema de menor temperatura.

La cantidad de calor transferida es proporcional al cambio de temperatura T.

La constante de proporcionalidad Cpse denomina capacidad calorfica del sistema:

. (7.1)

Si los cuerpos A y B son los dos componentes de un sistema aislado, el cuerpo que est amayor temperatura transfiere calor al cuerpo que est a menos temperatura hasta queambas se igualan.Si TA>TB

El cuerpo A cede calor: . , entonces QA


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Como La temperatura de equilibrio se obtiene mediante la media ponderada:

T CT CT

C C (7.2)

La capacidad calorfica de la unidad de masa se denomina calor especfico cp. (7.3)La frmula para la transferencia de calor entre los cuerpos se expresa en trminos de lamasa mdel calor especfico cpy del cambio de temperatura.

.

.

(7.4)

Donde Tfes la temperatura final y Ti es la temperatura inicial.

El calor especfico es la cantidad de calor que hay que suministrar a un gramo de unasustancia para que eleve en un grado centgrado su temperatura.

Joule demostr la equivalencia entre calor y trabajo 1cal = 4.186 J. El calor especfico delagua es . . Hay que suministrar una calora para que un gramo de aguaeleve su temperatura en un grado centgrado.

Cuando varios cuerpos a diferentes temperaturas se encuentran en un recinto adiabticose producen intercambios calorficos entre ellos alcanzndose la temperatura de equilibrioal cabo de cierto tiempo. Cuando se ha alcanzado este equilibrio se debe cumplir que lasuma de las cantidades de calor intercambiadas es cero.

Tabla 1. Calor especifico de algunas sustancias.

Sustancia Calor especfico (J/kgK)Acero 460Aluminio 880Cobre 390Estao 230Hierro 450

Mercurio 138Oro 130Plata 235Plomo 130Sodio 1300

Fuente: Manual de Fsica, Koshkin, Shirkvich. Editorial Mir, pg 74-75



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introducirlo dentro del agua. Se agita la mezcla y despus de un poco de tiempo, se midela temperatura de equilibrio Te.

La experiencia real se debe hacer con mucho cuidado, para que la medida del calorespecfico sea suficientemente precisa. Tenemos que tener en cuenta el intercambio decalor entre el calormetro y la atmsfera que vienen expresadas por la denominada ley del

enfriamiento de Newton.

El calor especfico desconocido del slido ser por tanto:

c M k T Tm T T (7.7)

1 ca l/(g .C)

7.4 BIBLIOGRAFA


G.M. Barrow. 1976. Qumica Fsica para las Ciencias de la Vida. Ed. Revert, I.N.Levine. 1996. Fisicoqumica. Ed. Mc Graw Hill.

Levine, Y.1992. Fisicoqumica, 3a. edicin Mc Graw-Hill Mxico. Shoemaker, David. 1968. EXPERIMENTOS DE FISICOQUMICA. 1ra edicin. Mc

Graw-Hill/Interamericana de Espaa, SA. Mxico.


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D. EQUILIBRIO QUMICO

Universidad de la AmazoniaFacultad de Ciencias Bsicas


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PRCTICA No. 8: EQUILIBRIO QUMICO.

OBJETIVO

Determinar la constante de equilibrio de la reaccin de formacin del Ion complejomonotiocianato frrico.

8.1 FUNDAMENTO TERICOLa reaccin de formacin del ion complejo monotiocianato frrico, Fe(SCN)2+, a partir deion tiocianato, SCN-, y frrico, Fe3+, se describe mediante la siguiente ecuacin:

+ + Para determinar la constante de equilibrio de la misma se debe conocer la concentracinde cada una de las especies presentes en el equilibrio. El ion Fe(SCN)2+es la nica especiecoloreada que se forma en concentracin apreciable en las condiciones de reaccin de estetrabajo prctico, y por lo tanto, es la nica especie presente que presenta absorcin en laregin visible del espectro electromagntico. Por ello, su concentracin se puede medirespectrofotomtricamente. Las concentraciones de las otras especies pueden calcularse apartir de sta mediante relaciones estequiomtricas.

Equipo a utilizar y procedimiento

Se utilizar un espectrofotmetro de absorcin ultravioleta-visible monohaz.1) Seleccionar la longitud de onda a la cual se determinar la transmitancia de lamuestra (para este caso = 450 nm).2) Ajustar el cero de absorbancia con el solvente a utilizar, "blanco".3) Colocar la cubeta con la muestra y medir la absorbancia.

8.2 MATERIALESBaln aforado 100 mL Pipeta aforada 25 mL 1 celda espectrofotomtricaPipeta aforada 10 mL 7 Tubos de ensayo GradillaPera pipeteadora Varilla de agitacin

Reactivos (5 grupos)

25 mL de Fe(NO3)3 0.2 M preparado en HCLO40.5 M.100 mL de KSCN 0.001 M250 mL HCLO4 2 M

8.3 PROCEDIMIENTOEn un matraz aforado de 100,0 mL colocar 10,00 mL de KSCN 0,001 M medidos con pipetaaforada y 25,00 mL de HClO42M (tambin usando pipeta aforada) y llevar a volumen. Lospasos que se enumeran a continuacin conviene realizarlos al lado del espectrofotmetrodonde se realizarn las mediciones correspondientes.


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Tomar una porcin de 10,00 mL de dicha solucin, agregar 0,1 mL de Fe(NO3)3 0,2 M encido perclrico 0,5 M, agitar con varilla para homogeneizar e inmediatamente transferir ala cubeta para la medicin espectrofotomtrica (usar pipeta graduada de 1 mL). Repetiragregando 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 mL de Fe(NO3)3.

Nota: es importante medir estos volmenes con mucha exactitud, ya que pequeos erroresconducen a serios problemas en los resultados del trabajo prctico.

8.4 ANLISIS DE LOS DATOSEl ion tiocianato reacciona con el ion Fe3+ en solucin cida formando una serie decomplejos:

+ +

+

+

Si la concentracin de ion tiocianato se mantiene baja, la concentracin de los ionescomplejos +con n 2 es muy pequea, y se puede suponer que el nico ioncomplejo presente en el equilibrio es el monotiocianato frrico (n = 1).El procedimiento consiste en agregar cantidades variables de una solucin conteniendoFe3+a un volumen conocido de solucin conteniendo SCN-. Al aumentar la cantidad de Fe3+agregado, aumenta la concentracin de monotiocianato frrico, y lasolucin se torna cadavez ms coloreada (es decir, aumenta su absorbancia).

La determinacin se realiza a una longitud de onda donde el ion Fe(SCN)2+es la nicaespecie que absorbe. Segn la ley de Lambert-Beer:

. [+] (8.1)Donde es el coeficiente de absorcin molar del compuesto y b el paso ptico de la cubeta.Las concentraciones de las otras especies en el equilibrio pueden obtenerse a partir de lossiguientes balances de masa:

[+] (8.2)

[+] [+] [+] (8.3)

Donde el subndice 0 indica concentracin inicial y el subndice eq, el valor en equilibrio.La constante de equilibrio correspondiente a la formacin del ion Fe(SCN) 2+ se puedeescribir como:

[+] [+] (8.4)


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Donde los corchetes representan la concentracin molar de las respectivas especies en elequilibrio.

NOTA: Los equilibrios en los que participan especies inicas son afectados por la presenciade todos los iones en la solucin. La fuerza inica, una forma de expresar la concentracininica total, se define como:

DondeCi representa la concentracin de cada especie y zisu carga.

Estrictamente, la constante de equilibrio termodinmica es el cociente de las actividades decada especia en el equilibrio y no el de sus concentraciones. Cuando la fuerza inica esbaja la actividad de cada especie es muy parecida a su concentracin y el cociente deconcentraciones tiende al valor de la verdadera constante termodinmica, que es el que seobtendra por extrapolacin a fuerza inica nula. Notar que en el trabajo prctico lasmediciones se realizan a fuerza inica constante y elevada. En estas condiciones, las

correcciones necesarias exigen conocimientos que van ms all del alcance de la materia.La constante de equilibrio obtenida es vlida, estrictamente, slo en estas condiciones defuerza inica.Relacionando (2), (3) y (4) se obtiene:

[+]+ + + (8.5)

La constante de equilibrio podra calcularse si se conociera la concentracin del complejo,pero para ello habra que conocer su coeficiente de absorcin molar, dado que lo que se

mide es la absorbancia (ecuacin 1). La determinacin de requiere obtener una solucinde complejo de concentracin conocida. Una posible forma de lograrlo consiste en utilizarun gran exceso de alguno de los reactivos para desplazar completamente el equilibrio haciala formacin del complejo. Sin embargo, en este caso se generaran los siguientesproblemas: a) si se agrega un gran exceso de ion SCN- se obtendran complejos con n 2;b) en exceso de ion Fe3+, dado que hay que agregar cantidades grandes de este in, lafuerza inica de la solucin sera diferente.Veremos sin embargo que K y pueden determinarse simultneamente reordenando laecuacin (5) y realizando una aproximacin cuya validez puede ser verificada a posteriori.Debido a que en las condiciones del trabajo prctico [SCN-]oes mucho menor que [Fe3+]o,se puede suponer que la concentracin de Fe3+no vara apreciablemente por la formacindel ion complejo, es decir [Fe3+] [Fe3+]o.

Matemticamente esto equivale a suponer [Fe(SCN)2+]


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. + . (8.7)Reordenando esta ecuacin se obtiene:

. . . + (8.8)Si se grafica A vs A / [Fe3+]ose obtiene una recta de pendiente K-1y ordenada al origen .b.Una vez obtenido el valor de K, se puede calcular la concentracin de todas las especiespara cada punto de la recta y verificar la suposicin hecha para obtener la ecuacin (6).

CUESTIONARIO

1) Se puede reemplazar el HClO4por HCl o por HNO3?2) Prediga cmo se modificara la posicin del equilibrio si:- se aumenta la temperatura.- se agrega KSCN.- se diluye la solucin a la mitad con solucin de HClO4.3) La constante de equilibrio para la siguiente reaccin:+ + vale 13 cuando la concentracin se expresa en unidadesmolares. Calcule la concentracin de Fe(SCN)2+en una solucin obtenida al agregar 5 mLde solucin de Fe3+de acuerdo a lo indicado en la parte experimental.4) Por qu las determinaciones se realizan a 450 nm? Cmo lo demostraraexperimentalmente?

8.5 BIBLIOGRAFA


G.M. Barrow. 1976. Qumica Fsica para las Ciencias de la Vida. Ed. Revert,I.N.Levine. 1996. Fisicoqumica. Ed. McGraw Hill.

Shoemaker, David. 1968. EXPERIMENTOS DE FISICOQUMICA. 1ra edicin. McGraw-Hill/Interamericana de Espaa, SA. Mxico.

Journal of ChemicalEducation 40,71 (1963)


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E. EQUILIBRIO DE FASES



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PRCTICA No. 9: EQUILIBRIO DE FASES. (Equilibrio Liquido Vapor Y EquilibrioSlido Lquido Para Mezclas Binarias)

OBJETIVOS

1. Determinar las curvas de equilibrio lquido-vapor para mezclas binarias de lquidostotalmente miscibles.

2. Determinar si las mezclas obedecen a la ley de Raoult o presentan desviacinPositiva o negativa.

3. Construir el diagrama de fases slido-lquido de un sistema binario que presentapunto eutctico simple, mediante la aplicacin del anlisis trmico.

9.1 MARCO TERICO

Equilibrio de fases

Una fase de acuerdo a la definicin clsica, se define como materia uniforme en todas suspartes, tanto en composicin qumica como fsica, ejemplos de sta son: agua lquida, hielo,vapor de agua, solucin de sacarosa en agua, la mezcla de gases en una muestra de aireetc.

Dos o ms fases se presentan cuando hay una superficie macroscpica de separacin entrelas fases homogneas, ejemplos son: un sistema formado por tres fases (hielo-agua-aire),sistemas formados por dos fases (lquidos inmiscibles) y mezclas de slidos o formascristalinas diferentes del mismo slido. El nmero de fases identificables depende de cmose observe la muestra, por ejemplo, una solucin de DNA es homognea a simple vista, y

a nivel microscpico se observa no homognea.

Existen diferentes tipos de equilibrios entre fases: slidolquido (S-L), lquido-lquido (L-L),lquido-vapor (L-V), etc., y tambin, pueden existir equilibrios de un solo componente, dedos componentes llamados binarios y de tres componentes denominados ternarios. Elestado de una muestra de materia se define por dos tipos de variables: intensivas yextensivas. Las variables intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad demateria presente como la temperatura, presin y concentracin; y las variables extensivasson aquellas que si presentan dependencia de la cantidad de materia presente como porejemplo la masa y volumen.

En un sistema de una o ms fases, generalmente se requiere conocer al menos una variable

extensiva por fase, para determinar la masa de cada una de ellas, y el resto de laspropiedades del sistema se pueden determinar a partir de propiedades intensivas.

La regla de las fases de Gibbs define el nmero mnimo de variables intensivas necesariaspara describir un sistema:

f c p 2 (9.1)


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Donde f son los grados de libertad del sistema, y se define como el nmero mnimo devariables intensivas necesarias para describir un sistema, c es el nmero de componentesqumicos yp es el nmero de fases del sistema.

El estado en equilibrio de una sustancia pura puede representarse en forma grfica como

se muestra en la Fig. 1, y se le conoce como diagrama de fase.

Figura 1. Diagrama de fase del agua.

El diagrama de fase del agua (Fig. 1) muestra cmo pueden existir simultneamente lasfases slida, lquida y vapor, en equilibrio. A lo largo de la lnea de sublimacin estn enequilibrio la fase slida y vapor; a lo largo de la lnea de fusin lo estn las fases slida ylquida; y a lo largo de la lnea de vaporizacin estn la fase lquida y vapor. El nico puntoen el cual pueden estar las tres fases en equilibrio, es el punto triple.

Equilibrio lquido-vapor en mezclas azeotrpicas

El equilibrio liquido-vapor de sistemas ideales se puede describir de acuerdo a las leyes deRaoult y Dalton. La Ley de Raoult determina que:P A XA PA (9. 2)

P B XB PB (9.3)Donde PA y PB son las presiones parciales en la solucin de los componentes A y B; PAy PB son las presiones de vapor de las sustancias puras,XA yXB son las fracciones mol.De acuerdo a la Ley de Dalton la presin total del sistema queda definida como:

P T P A P B (9.4)


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mismo resultado se puede obtener en una sola destilacin con el uso de una columna defraccionamiento que contenga un gran nmero de "platos". Si hay un mximo en la curvade punto de ebullicin (Fig. 2c) la composicin de vapor y residuo no estn cerca de A o Bpuros, sino a la composicin correspondiente al mximo. Una mezcla con esta composicindestilar sin cambio en composicin y se conoce, como "mezcla de ebullicin constante" o"azetropo". Estos trminos se aplican a una mezcla con punto de ebullicin mnimo. En

ocasiones son tiles (como el HCl-H2O de punto de ebullicin constante usado comoestndar analtico), y en otros casos un problema (como el azetropo de 95% etanol y 5%de agua, que no permite la obtencin de etanol absoluto por destilacin directa desoluciones acuosas de etanol).

Figura 3. Variacin dela composicin de liquido y vapor durante la destilacin.

Equ il ibr io s lido lqu ido

Considrese un sistema de dos componentes, a una de terminada presin, cuando elintervalo de temperaturas utilizado corresponde a la formacin de una o ms fases slidas.El comportamiento ms sencillo lo presentan aquellos sistemas para los que los lquidosson totalmente miscibles entre s, y para los que las nicas fases slidas que se puedenpresentar, son las formas cristalinas puras de los componentes. Este comportamiento sepresenta en la figura (1).


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Los puntos sobre las curvas representan estados lquidos del sistema y los puntos situadosdebajo de las curvas representan coexistencia en equilibrio de un slido puro con lasolucin.

El punto "c" representa la solucin de composicin g en equilibrio con el slido decomposicin b (B puro). Al aplicar la regla de la palanca se tiene:

# # En la figura (1) la letra E representa el punto donde los slidos A y B estn en equilibriocon el lquido, es decir, hay tres fases y dos componentes; por lo tanto los grados delibertad resultantes son uno, pero recordemos que la presin permanece constante, lo quenos lleva a obtener cero grados de libertad para este punto cuyo nombre es: Eutctico

(palabra derivada del griego que quiere decir "fcilmente fusible"). El punto eutcticorepresenta la temperatura ms baja a la cual puede fundir una mezcla de slidos A y Bcon una composicin fija..

Mtodo del anlisis trmico:

Si la temperatura de enfriamiento del sistema se representa en un diagrama deTemperatura contra Tiempo comenzando con la mezcla en estado lquido se obtiene unacurva de enfriamiento que se usa para obtener el diagrama de fases de sistemas de doscomponentes y es la base s del mtodo del anlisis trmico.

La relacin entre las curvas de enfriamiento y la interpretacin de los hechos que suministra

el diagrama de fases, se puede explicar, por ejemplo, con una de estas curvas, precisamente,la que corresponde a la composicin sealada con (b). El sistema lquido se va enfriandohasta que se alcanza la curva BE, en la cual se separa B slido, que queda en equilibrio conla disolucin. Si el enfriamiento contina, se separar ms slido B, y la solucin se vaenriqueciendo en A, y tanto la composicin como la temperatura de equilibrio logran seguir lalnea BE. .

Este proceso se representa en la curva de enfriamiento por la parte de pequea pendiente,que corresponde a los puntos de solidificacin de disoluciones de composicin variable.


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Debe sealarse que, aunque la temperatura y composicin total coloca al sistema en elrea por debajo de la curva BE, no puede existir ninguna fase con esa composicin. Solose pueden observar dos fases, una a la derecha y otra a la izquierda de la lnea de puntosque representa la composicin total. Como indica la figura (1) stas se sealan con unalnea horizontal de trazos, que pasa por la composicin total en c, por ejemplo, para unir aligar las dos fases que estn presentes en el equilibrio. Pero en realidad, estas lneas no

siempre es necesario dibujarlas.


Montaje destilacin simpleRefractmetro, 11 tubos de ensayo, vaso de precipitado 250 mL, 1 tripode, 1 malla de

asbesto, 1 pinza para tubo de ensayo, 1 mechero, 1 termmetro, 1 cronmetro, 1 soporteuniversal con pinza, difenilo y naftaleno.

9.3 PROCEDIMIENTO

1. Equ il ibr io lqu ido vaporEl laboratorio consiste en la determinacin de curvas de punto de ebullicin o diagrama defases para uno de los siguientes sistemas binarios:a) benceno-toluenob) benceno-hexanoc) cloroformo-acetonad) agua-cido actico

e) alcohol isoproplico-bencenof) cloroformo-metanolg) metanol-benceno

1. Preparar mezclas binarias que contengan 10, 20, 40, 60, 80 y 90% de uno de loscomponentes.

2. Medir los ndices de refraccin de cada mezcla a una temperatura determinada (25C),empleando un refractmetro, as como los ndices de refraccin de los componentes puros.


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NOTA: Ocurrida la fusin, durante el calentamiento posterior debe agitarsecontinuamente la mezcla, con el objeto de homogeneizarla.

c. A partir de este momento (80C) se toman lecturas del termmetro cada 30segundos hasta llegar a 30C aproximadamente. Con los datos obtenidos se trazanlas curvas de enfriamiento correspondientes a cada mezcla y a partir de stas setraza el diagrama de fases.

9.4 CUESTIONARIO:

1. Qu representan las temperaturas TA y TBen la figura (1)?.2. Dibuje las curvas de enfriamiento que esperaran para los componentes puros?

Explique su forma.3. A qu se debe el cambio de pendiente de la curva de enfriamiento (b) de la figura

(2)?.4. Por qu en la zona de detencin eutctica la temperatura permanece constante?.5. Dibuje la curva de enfriamiento que se esperara para un tubo con la composicin

eutctica. Dibuje su forma.

Concluida la prctica, las sustancias se calientan hasta fusin y el residuo se deposita enel frasco de desechos. Repetir esta operacin tantas veces como sea necesario. Cuandoel tubo est prcticamente limpio, se lava con un escobilln, detergente y agua hirviendohasta que se logre la limpieza total de este.

.9.5 BIBLIOGRAFA

D.P. Shoemaker, C.W. Garland, J.I. Steinfeld., EXPERIMENTS INPHYSICALCHEMISTRY, Mc. Graw Hill, 1962.Pags.228-237.

Sime R. J., PHYSICAL CHEMISTRY: METHODS, TECHNIQUESANDEXPERIMENTS, Saunders College.Publishing, 1988, USA, Pag.449-451.

Barrow, G.M. Qumica Fsica Ed, Revert, S.A.

Ferguson, F.D. La Regla de las Fases Ed. Alhambra, S.A.

Urquiza, M. Experimentos de Fisicoqumica Ed. LimusaWiley, S.A.


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PRACTICA DE LABORATORIO NO. 10: ASCENSO PUNTO DE EBULLICIN YDESCENSO CRIOSCPICO.

OBJETIVOS

1. Comprender las propiedades coligativas de soluciones con soluto no electrolito yelectrolito.

2. Analizar el efecto que tiene la adicin de cantidades diferentes de un soluto noelectrolito y electrolito, sobre el abatimiento de la temperatura de fusin de undisolvente.

Objetiv os especfic os

Determinar las constantes ebulloscpica molal

y crioscpica molal

del agua a partir

de soluciones de cloruro de sodio y de soluciones no electrolticas.

Determinar la temperatura de congelacin de disoluciones acuosas de un no electrolito, adiferentes concentraciones, a partir de curvas de enfriamiento.

Calcular la constante crioscpica del agua con base en el efecto de la concentracin de unno electrolito sobre la temperatura de congelacin del agua.

10.1 MARCO TERICO

El punto de congelacin de una solucin acuosa cualquiera es menor que el del agua pura.Esta propiedad se denomina descenso crioscpico y es una propiedad coligativa. Una

de las prcticas fraudulentas en la produccin e industria de la leche, es la adicin de aguaa la leche con el objeto de aumentar su volumen. Los mtodos que pueden aplicarse a ladeteccin de agua adicionada a la leche, estn basados en la medicin de una propiedadfsica que varia proporcionalmente a la cantidad de agua adicionada al producto, tal comoocurre con el punto de congelacin. La leche por poseer numerosas sustancias en solucin,tiene un punto de congelacin inferior al del agua. El descenso crioscpico normalobservado en la leche se debe principalmente a la lactosa y sales minerales que seencuentra en solucin. Cuando se le agrega agua a la leche, se diluyen sus solutos y elpunto de congelacin aumenta, acercndose al del agua pura. El punto de congelacinaumenta en proporcin a la cantidad de agua adicionada.

Las propiedades de una solucin son una mezcla de las propiedades del soluto y solvente.

En soluciones diluidas de cualquier solvente, existen algunas propiedades fsicas que nodepende de la naturaleza del soluto. Estas propiedades, llamadas propiedades coligativas,dependen nicamente de la concentracin de soluto. Las Propiedades coligativas son lapresin osmtica, el descenso de la presin de vapor del solvente, el ascenso del punto deebullicin con referencia al del solvente puro y el descenso del punto de congelacin conreferencia al del solvente puro.

El ascenso del punto de ebullicin de soluciones se describe mediante la relacin


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Llenar 3/4 de un vaso de precipitado con agua destilada, y llevarlo a ebullicin sobre lahornilla. Registrar la temperatura de ebullicin del agua con el termmetro. Al hacerlecturas con el termmetro, el bulbo no debe hacer contacto con el fondo ni las paredes delvaso. Retirar el vaso de la hornilla, dejar enfriar por un lapso corto de tiempo, y trasvasar200 g de agua caliente al otro vaso. Agregar 10 g de cloruro de sodio al segundo vaso,disolver completamente, y llevar la mezcla a ebullicin. Registrar la temperatura de

ebullicin de la mezcla Tb. Retirar el vaso de la hornilla, dejar enfriar por un lapso corto detiempo, aadir 15 g de cloruro de sodio a la mezcla anterior, disolver, y llevar la nuevamezcla a ebullicin. Repetir los pasos 5 y 6 hasta completar 55 g de cloruro de sodio.

1.2 Descenso d el punto d e cong elacin:

Agua destilada 5 tubos de ensayo de 15 mLSoluciones de Urea(0.25, 0.5, 0.75, 1.0molal)

1 gradilla para tubos de ensayo

Soluciones de dextrosa (0.25, 0.5, 0.75,1.0 molal)

1 vaso de unicel con tapa de un litro

Sal de grano (NaCl) 1 termmetro de dcimas de grado de -10

32C o digitalHielo 1 cronometro

1. Preparar una mezcla frigorfica en un vaso con hielo machacado mediante la adicinde sal sobre el hielo en un proporcin de 1 a 3 en peso.

2. Agregar 10 g de agua destilada en el tubo de ensayo, e introducir el tubo en lamezcla frigorfica.

3. Introducir el termmetro en el tubo evitando el contacto con las paredes, y removerel tubo con precaucin hasta congelamiento.

4. Registrar la temperatura de congelacin del agua

.

5. Retirar el tubo, descongelar el agua, agregar tantos g de cloruro de sodio como seanecesario para una solucin 0,25 m, y disolver completamente.

6. Introducir el tubo en la mezcla frigorfica, introducir el termmetro en el tubo, yremover hasta congelamiento.

7. Registrar la temperatura de la mezcla cada 30 seg en la tabla 1 y finalmente latemperatura de congelacin de la mezcla Tc.

8. Repetir los pasos 5 -7para soluciones 0,5, 0,75 y 1 m de cloruro de sodio.9. Repetir los pasos 1-7 con soluciones de cloruro de calcio (Registrar en tabla anexa

2).

2. No electrolito

2.1 Soluciones de urea y dextrosa

Se desean obtener datos de temperaturas de congelamiento para soluciones a diferentesconcentraciones y en diferentes tiempos. Las tablas4, 5 y 6almacenarn los resultados quese requieren (Ver tablas anexas).

2.2 Otros no electrolitos


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En este caso dada la importancia de la precisin experimental, todas las soluciones sepreparan por pesada y de manera independiente en vez de hacer adiciones sucesivas.Preparar soluciones por pesada cuyas concentraciones sean las siguientes: 2,5m; 2,0m;1,5m; 1,0m; 0,7m; 0,5m; 0,3m. De naftaleno en benceno; naftaleno en ciclohexano y cidobenzoico en benceno. Determinar la temperatura de congelacin.

CLCULOS, RESULTADOS Y ANLISIS DE RESULTADOS

1.1 Para Procedimiento 1.11. Completar la siguiente tabla a partir de los datos experimentales.

Mezcla Masas H2O Masa deNaCl

1 200g 10 g2 200g 25 g3 200g 40 g4 200g 55 g

2. Con los datos calculados de la tabla anterior, determinar la constante ebulloscpicamolal del agua.

3. Determinar el error relativo del valor experimental de con respecto al valor tericode 0,52 C kg/mol para el agua.4. Calcular el coeficiente de actividad experimental del soluto y del solvente. Determineporcentajes de error con los esperados tericamente.

1.2 Para procedimiento 1.2

1. Trazar las curvas de enfriamiento (Temperatura vs tiempo) para cada sistema,utilizando los datos de las tablas 1 y 2.

2. Completar la siguiente Tabla 3 (Ver anexo) con los datos experimentales,3. Construir el grfico de la disminucin de la temperatura de congelacin en funcin de

la concentracin de las disoluciones de cloruro de sodio y de cloruro de calcio.Utilizando los datos de la tabla 3.

4. Con los datos calculados de la tabla 3 anterior, determinar la constante crioscpicadel agua kc.

5. Construir el grfico de (no electrolito, terico y experimental).6. Explicar cmo varia la temperatura de congelacin de las disoluciones en funcin de la

concentracin de cloruro de sodio y del cloruro de calcio, de acuerdo a las datosincluidos en las tablas 1 y 2.

7. Explicar por qu la temperatura de los sistemas objeto de estudio permanece constanteen cierto intervalo de tiempo.

8. Explicar el comportamiento del grfico de la disminucin de la temperatura decongelacin en funcin de las concentraciones de cloruro de sodio y cloruro de calcio;proponer una ecuacin que los describa.

9. Analizar el grfico de (no electrolito), proponer una ecuacinque lo describa. Explicar cul es el significado de cada uno de los trminos de laecuacin.

10. Comparar el valor del factor de vantHoff terico con el experimental.


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11. Determinar el error relativo del valor experimental de kc con respecto al valor tericode 1,86 kg/mol para el agua.

12. Calcule el coeficiente de actividad experimental del solvente y del soluto. Compare convalores tericos.


Trazar las curvas de enfriamiento (temperatura vs. tiempo) para cada sistema, utilizandolos datos de las tablas 4 y 5.2. Construir el grafico de la disminucin de la temperatura de congelacin en funcin de laconcentracin de las disoluciones de urea y dextrosa. Utilizando los datos de la tabla 6.3. Explicar cmo varia la temperatura de congelacin de las disoluciones en funcin de laconcentracin de urea y de la dextrosa, de acuerdo a los datos incluidos en las tablas 4 y5.4. Explicar porque la temperatura de los sistemas objeto de estudio permanece constanteen cierto intervalo de tiempo.5. Explicar el comportamiento del grafico de la disminucin de la temperatura decongelacin en funcin de la concentracin de urea y de dextrosa proponer una ecuacin

que lo describa.6. Calcular el valor de las pendientes de los grficos del punto (3), analizar sus unidades yexplicar que representan estos datos.7. Comparar el valor obtenido en el punto (4) con el reportado en la literatura y calcular elpor ciento de error.8. Determine los coeficientes de actividad para el soluto y el solvente experimentales encada caso y compare con los esperados tericamente. Determine las actividades.9. Elabore anlisis y conclusiones detallados.


1. Construir una grfica de (descenso crioscpico) vs concentracin de soluto de

peso molecular conocido. Calcular Kc2. Analice las diferencias entre descensos crioscpicos para solventes con solutos

no voltiles electrolito, no electrolito, inicos y no polares.

3. Determine los coeficientes de actividad y las actividades experimentales para lossolutos y solventes en este punto.

4. Anlisis y conclusiones

10.4 BIBLIOGRAFA

David W. Ball, (2004), Fisicoqumica, Editorial Thomson, Keith J. Laidler, (1997), Fisicoqumica, Editorial CECSA. Lange, N. (1998), Lange. Manual de Qumica. McGraw-Hill.

ANEXOSTabla 1. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones deNaCl


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Temperatura (C)

Sistema H2O NaCl/ H2O

Tiempo (min) 0.0 m 0.25m 0.50m 0.75 1.0m

0.0

Tabla 2. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones deNaCl

Tabla 3. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones deNaCl

m/(moles Kg-1) t/(C) T/(K) T//(K)NaCl/Agua

0.00.250.500.751.0

CaCl2/Agua0.00.250.500.751.0

Tabla 4: Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones dedextrosa

Temperatura (C)

Sistema H2O CaCl/ H2O

Tiempo(min)

0.0 m 0.25m 0.50m 0.75 1.0m

0.0

Temperatura (C)

Sistema H2O H2O/dextrosa


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Tabla 5. Datos experimentales de tiempo y temperatura para el agua y las soluciones de

urea

Temperatura (C)

Sistema H2O H2O/Urea

Tiempo (min) 0.0 m 0.25m 0.50m 0.75 1.0m

0.0

Tabla 6. Valores de la temperatura de congelacin del agua y de las soluciones de urea yde dextrosa.

m/(moles Kg-1) t/(C) T/(K) T//(K)Agua/Urea

0.00.250.500.751.0

Agua/dextrosa

0.00.250.500.751.0

Tiempo(min)

0.0 m 0.25m 0.50m 0.75 1.0m

0.0


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G. CINTICA



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PRACTICA DE LABORATORIO NO.11: CINTICA DE LA VITAMINA C. (estudio de lacintica de oxidacin de la vitamina c con ferricianuro de potasio. determinacin dela ley experimental de rapidez)

OBJETIVO PRINCIPAL.

Determinar la ley experimental de rapidez de la reaccin de oxidacin de vitamina C conferricianuro de potasio

Objetivos Secundarios.

Utilizar el mtodo de aislamiento de Ostwald para el diseo del experimento. Determinar los rdenes parciales, aplicando el mtodo integral para el anlisis de

los datos cinticos.

11.1 MATERIALES Y REACTIVOS.

Cronmetro Matraz erlenmeyer 50 mL (3)Pipeta 10 mL, 5 mL Espectrofotmetro con su celdaBeaker 50 mL (3) Pera PipeteadoraGradilla Tubos de ensayo 10 mL, (5)

Ferricianuro de potasio (K3Fe(CN)6) 0.0025 M , 50 mLcido ntrico (HNO3) 0.1 M, 25 mLcido ascrbico (C6O6H8) 0.004 M, 25 mL

11.2 PREVIAMENTE.1. Investigue cul es el fundamento de la espectrofotometra y de la ley de Lambert-Beer.2. Qu es una curva patrn y para qu se utiliza en esta prctica?3. Defina los siguientes trminos: a) Orden de Reaccin b) Constante de Velocidad c)

Reactivo Limitante.4. Balancee la ecuacin redox (medio cido) que se efecta entre la vitamina C y el

ferricianuro de potasio.C6O6H8+ Fe(CN)63- C6O6H6+ Fe(CN)64-

11.3 Tcnica experimental. Conectar los equipos: Calibrar el espectrofotmetro: = 418 nm, blanco: agua

destilada. Etiquete, para cada corrida, 3 vasos de precipitados, limpios y secos, de la siguiente

manera: cido ascrbico H2A, Ferricianuro de potasio FP y Mezcla reactiva M. Preparar la curva patrn de ferricianuro de potasio (Tabla 1). Calcular la

concentracin de cada solucin. Leer absorbancia de la curva patrn, despusprogramar el espectrofotmetro para medir la cintica de la reaccin.

Tabla 1. Curva Patrn de Ferricianuro de Potasio


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K3Fe(CN)6(0.0025mol.dm-3) ml

HNO3(0.1

mol.dm-3)ml

H2Odestilada.

ml

Concentracinmolar final

FPAbsorbancia

4 1 53 1 6

2 1 71 1 8

0.25 1 8.75 Una vez que tenga sus vasos de ferricianuro (FP) y vitamina (H2A), preparados

segn la corrida que vaya a trabajar (ver tabla 2), vacelos SIMULTNEAMENTE enel vaso M y al mismo tiempo dispare el cronmetro.

Tabla 2. Soluciones reactivas de acuerdo al cambio de concentracin del reactivolimitante

Vaso FP Vaso H2ACorridaNum.

ml K3Fe(CN)60.0025 M

ml HNO30.1M

ml H2O(destil)

ml Vit C0.004M

ml H2O(destil)

Intervalo deLectura (s)

1 8 2.0 0 5 5 302 6.4 2.0 1.6 4 6 603 4 2.0 4 2.5 7.5 904 3.2 2.0 4.8 2 8 120

Vace cuidadosamente en la celda del espectrofotmetro un volumen ligeramente arribade la mitad, nunca completamente llena y tome 10 lecturas de concentracina 418nm a los intervalos de tiempo dados en la tabla 2.

NOTA: El tiempo entre lecturas, puede variar segn avanza la reaccin.

PARA EL INFORME.

1. Calcule las concentraciones inciales de la vitamina C y del ferricianuro de potasio en lasmezclas de reaccin e indica cul es el reactivo aislado y cul el desbordado en esteexperimento.2. Realice Curva Patrn y grfica correspondiente. (ABS vs C), datos de regresin lineal

3. Mtodo Diferencial: elaborar las grficas C vs t, obtener la rapidez en cada punto,elaborar la grfica Log r vs Log C.

4. Mtodo Integral: Aplicar las ecuaciones lineales de orden 0, 1 y 2 a los datos de cadacorrida. Datos de la regresin lineal de cada grfico. Grficas de cada orden. Presentar losgrficos de cada orden para cada juego de corridas.

5. Determinar orden de reaccin y constante de rapidez, por cada mtodo. Comparar.

6. Calcular la rapidez para cada corrida.

Cuestionario:


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1. Qu proporcionalidad guarda la velocidad respecto a la concentracin en unareaccin de 0, 1y 2orden?2. Mencione las ventajas y desventajas del mtodo diferencial frente al integral.

11.4 BIBLIOGRAFA RECOMENDADA

Atkins, P.W., "Fisicoqumica", Addison Wesley Iberoamericana, 3 edicin, 1991. Castellan, G.W., "Fisicoqumica", Addison Wesley, 2 edicin, 1987. Levine, I.N., "Fisicoqumica", 2 vols, Mc. Graw Hill Interamericana de Espaa, 3

edicin, 1997.



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Figura 12.1: Reaccin tipo reloj. Aqu se muestra el mtodo grfico utilizado paradeterminar el punto final del tiempo reloj.

Detalladas investigaciones sobre

guías fisicoquímica versión 1

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