Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniería

Escuela de Química

Área de Química IV

Laboratorio de Química IV

Impartido por: Ing. Carlos Martínez

Sección: A

REPORTE DE LABORATORIO No. 2

PUNTO DE EBULLICIÓN Y FUSIÓN

Delmy Carolina Par Rancho

No. Carné: 201122218

Fecha de entrega: Lunes 18 de agosto de

2015

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RESUMEN

Se realizó la práctica de cambio de estado, estudio del punto de ebullición,

encontrando un dato experimental y teórico de la temperatura de ebullición;

para las muestras de acetona y ácido cítrico.

El cálculo de la temperatura experimental del punto de ebullición de los

reactivos fue encontrado mediante mediciones en el laboratorio, que consistió

en dos corridas, para encontrar el punto de fusión del ácido cítrico; mientras que

el punto de ebullición de la acetona fue calculado en base a la fórmula de la

relación de la presión con el punto de ebullición

La temperatura experimental para los ejemplares de acetona y ácido cítrico

fue de 5C y 136oC, mientras que la temperatura teórica fue de 56oC, 175oC

respectivamente

Se trabajó a una temperatura de 23oC y una presión atmosférica de 0.84

atmosferas.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Comparar los datos teóricos y experimentales del punto de ebullición de

algunos compuestos a condiciones estándar.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Conocer algunas propiedades físicas que caracterizan a los líquidos, específicamente el punto de ebullición, y en los sólidos, el punto de fusión.

2. Determinar por medio de las técnicas correspondientes, el punto de

ebullición y el de fusión para dos compuestos específicos.

3. Establecer un criterio de pureza, en base a la determinación e

interpretación del punto de ebullición y fusión de un compuesto.

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MARCO TEÓRICO

Cambio de fase

Se denomina cambio de fase a la evolución de la materia entre varios

estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición. Los

cambios de fase son cambios físicos porque cambia el orden molecular.

Fusión

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

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

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

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

valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán

en una forma independiente, transformándose en un líquido.”

Solidificación

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

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

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

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

también específico.

Vaporización

Las mezclas heterogéneas o no uniformes son aquellas en las que la

composición de la muestra varía de un punto a otro. Muchas rocas pertenecen

a esta categoría. En un trozo de granito se pueden distinguir varios

componentes, que se diferencian entre ellos por el color.

Condensación

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

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

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

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

paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

Ionización

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

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

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

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

Punto de ebullición

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

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

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

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

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Fuerzas intermoleculares

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

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

químicas de las sustancias. Aunque son considerablemente más débiles que

los enlaces iónicos, covalentes y metálicos.

Ecuación de Clausius-Clapeyron

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

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

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

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

éste a fundirse.

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MARCO METODOLÓGICO

Reactivos

Cada una de las corridas requirió

Acido cítrico (C6H8O7)

Acetona (CH3H6O)

Glicerina (CH3H5 (OH)3)

6.2 Equipo y cristalería

Tubos de ensayo

Tubos capilares

Beacker de 250 ml

Termómetro

Estufa eléctrica

Mechero Bunsen

1 Pipeta

Vidrio de Reloh

Procedimiento

Cambio de estado, estudio del punto de ebullición

1. Se agregó 0.5 ml del líquido problema a un tubo de ensayo.

2. Se selló un tubo capilar por uno de los extremos de modo que el extremo

abierto tocó el fondo del tubo de ensayo.

3. Se colocó el termómetro dentro del tubo capilar.

4. El conjunto se sujeta a un termómetro con un hule o cáñamo y se coloca

dentro de un beacker de 450 ml lleno de glicerina

5. El sistema se colocó en un baño de maría.

6. Se calentó gradualmente hasta que del capilar desprendió un rosario

continuo de burbujas.

7. En seguida se suspendió el calentamiento y en el instante en que el

líquido entró por el capilar se leyó la temperatura de ebullición.

7

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

Diagrama de Flujo

Cambio de estado, estudio del punto de ebullición

No

Sí

8

INICIO

Agregar 0.5 mL del

líquido al tubo de

ensayo.

Sellar un extremo del tubo

capilar y colocar el termómetro.

Colocar el sistema en un baño maría y calentar gradualmente.

Suspender el calentamiento

y leer la temperatura de

ebullición.

¿El tubo capilar desprende burbujas?

FIN

Cambio de estado, estudio del punto de fusión

1. Colocar dentro del tubo de Thiele, glicerina.

2. Formar un montículo con el ácido cítrico (seca y pulverizada) en un vidrio

de reloj.

3. Introducir en un extremo del capilar la sustancia hasta llegar a 2mm de

altura.

4. Sujetar el capilar con el termómetro para que quede exactamente

centrada en el depósito de mercurio del termómetro.

5. El sistema se colocó en un baño de maría.

6. Se calentó gradualmente hasta que del capilar desprendió un rosario

continuo de burbujas.

7. En seguida se suspendió el calentamiento y en el instante en que el

líquido entró por el capilar se leyó la temperatura de fusión.

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

NOTA: Se utilizó el baño de maría, debido a que en el laboratorio no se contaba

con suficientes tubos de Thiele.

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RESULTADOS

Tabla 1. Presión atmosférica a 20oC en algunos departamentos de

Guatemala.

Departamentos Altura (m) Presión (atm)

Quetzaltenango 2222 0,76

Guatemala 1502 0,83

Petén 127 0,98

Baja Verapaz 940 0,88

Puerto Barrios 1 0,99

Fuente: Datos originales.

Tabla 4. Temperatura de ebullición y Temperatura de fusión

GRUPO REACTIVOPUNTO DE

EBULLICIÓNPUNTO DE

FUSIÓN

1Acetona 53 -----

Ácido Cítrico ------ 130

2Acetona 53 -----

Ácido Cítrico ----- 130

3Acetona 51 -----

Ácido Cítrico ----- 140

4Acetona 50 -----

Ácido Cítrico ----- 145Promedio de Temperaturas 52 136

Fuente: Datos originales.

Tabla 5. Temperatura de ebullición y porcentaje de error.

Reactivo Temperatura

Teórica (oC)

Temperatura

Experimental

(oC)

Error (%)

Acetona (CH3H6O) 56 52 7.14

Fuente: Datos originales.

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Tabla 6. Temperatura de ebullición y porcentaje de error.

Reactivo Temperatura

Teórica (oC)

Temperatura

Experimental

(oC)

Error (%)

Acido Citrico 175 136 22.28

Fuente: Datos originales.

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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

El punto de ebullición difiere entre cada sustancia, ya que las sustancias poseen diferentes propiedades que las caracterizan unas de otras, lo que quiere decir que tienen una diferente estructura molecular y por lo mismo la cantidad de energía requerida para separar estas estructuras y lograr un cambio de estado difiere de una a otra.

A través de los datos obtenidos se percató que la acetona es la sustancia con menor punto de ebullición lo contrario del ácido cítrico con un mayor punto de ebullición de las dos sustancias utilizadas en esta práctica, esto debido a que el ácido cítrico es una sustancia con altas fuerzas intermoleculares atribuyendo esto a los puentes de hidrogeno que conforman a la molécula, los cuales tienen una mayor fuerza y por lo tanto se necesita una mayor energía para romperse y liberar las moléculas. Estos son los que deben romperse para que ocurra un cambio de estado, o bien decir a mayores fuerzas intermoleculares mayor temperatura se necesitara para romperlas y provocar un cambio de fase.

En cuanto a la acetona su temperatura de ebullición fue menor debido a que es una sustancia con fuerzas intermoleculares menores, causado por su enlace doble entre la molécula del carbón y del oxígeno y sus enlaces polares, entre los demás elementos los cuáles no requieren tanta energía para romperse.

Se observó que se encuentra una leve diferencia entre la temperatura de ebullición teórica con respecto a la experimental, atribuyendo esto a la imprecisión de las mediciones, como también a las condiciones de trabajo en las que se encontraba el laboratorio; se pueden notar los errores gracias al porcentaje de error, el cual muestra que hubieron errores en el transcurso de la toma de datos.

Por medio de los resultados de la Tabla No. 1 se observa que en las regiones en donde se obtiene menor altitud sobre el nivel del mar hay una mayor presión, como también dichos departamentos que se encuentran en áreas tropicales en donde hay una mayor temperatura, comprobando así que la temperatura es directamente proporcional a la presión.

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CONCLUSIONES

1. El punto de fusión del ácido cítrico experimental a 0.84 atm y 23oC, fue

de 136oC, mientras que el teórico fue de 175oC, siendo el error debido a

la no precisión del proceso realizado para medir su temperatura y

condiciones de la práctica.

2. El punto de ebullición de la acetona experimental a 0.84 atm y 23oC, fue

de 49oC, mientras que el teórico fue de 52oC.

3. El punto de ebullición de cada compuesto varia debido a la diferente

estructura molecular que cada uno posee.

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BIBLIOGRAFÍA

AVILEZ, A. et.al. (1900). “Tablas de Vapor”. 1ed. Editorial Alfaomega, S.A. D.F, México. Pp. (14-16).

Brown, Theodore L; Le May JR., H. Eugene; Bursten, Bruce E.; Murphy,

Catherine J. (2014). Química: La ciencia central. Décimo Segunda edición.

Editorial Pearson Educación de México S.A. de C.V.

GUSTED, A. (2002). “Prácticas de Química General”. 1ed. Cooperativa técnica IICA-MAGA. Editorial Ministerio de Salud. España. Pp. (45-7)

PERRY, R. et.al. (2001). “Manual del Ingeniero Químico”. 7ed. Editorial Mc-Graw Hill. Madrid, España. Pp. (52-60).

Petrucci, Ralph H., Herring, F. Geoffrey, Madura, Jeffry D. (2011) Química General. Décima Edición. Editorial Pearson Educación, S.A. Madrid, España.

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APÉNDICE

Datos originales

Tabla 2. Temperatura de ebullición de la acetona medida en el laboratorio.

Corrida Cantidad

(mL)

Temperatura

ambiente (oC)

Temperatura de

ebullición (oC)

Método de

Medición de

Temperatura

1 2 23 52 Baño de María

2 2 23 53 Directa

Promedio 23 52.5

Fuente: Datos originales.

Tabla 3. Temperatura de fusión del ácido cítrico medido en el laboratorio.

Corrida Cantidad

(mL)

Temperatura

ambiente (oC)

Temperatura de

ebullición (oC)

Método de

Medición de

Temperatura

1 2 23 130 Directa

Fuente: Datos originales.

Tabla 4. Temperatura de ebullición y Temperatura de fusión

GRUPO REACTIVOPUNTO DE

EBULLICIÓNPUNTO DE

FUSIÓN

1Acetona 53 -----

Ácido Cítrico ------ 130

2Acetona 53 -----

Ácido Cítrico ----- 130

3Acetona 51 -----

Ácido Cítrico ----- 140

4Acetona 50 -----

Ácido Cítrico ----- 145Promedio de Temperaturas 52 136

Fuente: Datos originales.

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Muestra de cálculo

Media Aritmética

[Ec. 1]

Donde:

= Es el promedio o media aritmética

Xn = Datos de las corridas.

N = Número de datos.

Ejemplo:

Basándose en los datos de la Tabla No.4, calcule la media aritmética de las mediciones de la temperatura de ebullición de la acetona.

¿ 53+53+51+504

=52

Desviación Estándar

S= √Σ¿¿¿ [Ec. 2]

Donde:

S = Desviación Estándar.

n = Número de datos de la muestra.

Σ ¿ = Sumatoria de las desviaciones de la media.

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Ejemplo:

Basándose en los datos de la Tabla No.4, calcule la desviación estándar de las mediciones de la temperatura de ebullición de la acetona.

S= √Σ¿¿¿ 7.07x10-03

Error Relativo

De−DtDt

∗100 = % [Ec. 3]

Donde:

De = Dato experimental

Dt = Dato teórico.

Ejemplo:

Basándose en los datos de la Tabla No.5, calcule el error relativo de las mediciones de la temperatura teórica y experimental de ebullición de la acetona.

52−5656

∗100=7.14 %

Ecuación de Clausius-Clapeyron

[Ec. 4]

Donde:

P1 = Presión normal.

P2 = Presión del laboratorio.

ΔX = Calor de vaporización del líquido.

R = Constante ideal del gas.

T1 = Temperatura dada en Kelvin.

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T2 = Punto de ebullición normal en kelvin.

Ln = Logaritmo natural en base e.

Ejemplo:

Basándose en los datos de la Tabla No.2, calcule la temperatura teórica del punto de ebullición de la acetona.

T2= ¿ + 1

351.5¿-1 = 56o

Datos calculados

Tabla 2. Temperatura de ebullición de la acetona medida en el laboratorio.

Corrida Cantidad

(mL)

Temperatura

ambiente (oC)

Temperatura de

ebullición (oC)

Método de

Medición de

Temperatura

1 2 23 52 Baño de María

2 2 23 53 Directa

Promedio 23 52.5

Fuente: Muestra de Calculo.

Tabla 6. Porcentaje de error en la temperatura de ebullición.

Reactivo Cantida

d (mL)

Corrida

1 ( % )

Corrida

2 ( % )

Media Aritmética (%)

Acetona (CH3H6O) 2 7.14 5.36 6.25

Acido Cítrico 2 25 ----- 25

Fuente: Muestra de cálculo.

Tabla 10. Incertezas de los instrumentos de medición utilizados

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Equipo Incertezas

Termómetro ± 1.00 oC

Probeta 10 mL ± 0.005 mL

Beacker 250 mL ± 5.005 mL

Fuente: Datos originales.

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