Descenso Crioscópico

RESUMEN

En esta experiencia de laboratorio se observó la disminución de la temperatura de congelamiento del alcohol Terbutílico y el ácido acético al adicionar naftaleno y ácido benzoico como solutos. Con los datos obtenidos se calculó la constante crioscópica de los solventes y se comparó con la reportada en la literatura y finalmente se obtuvo el porcentaje de error. En el caso del Terbutanol se obtuvo que la constante crioscópica difiere en 8.79% y para el ácido acético en 6.25%. Con esto se confirma que la magnitud del descenso o sólo depende de la naturaleza del disolvente y de la cantidad de soluto disuelta, es decir, es independiente de la naturaleza de este último; y además, es proporcional a la concentración del soluto. Finalmente, se concluyó que la experiencia fue exitosa porque se pudo lograr el objetivo propuesto y los valores hallados fueron muy cercanos a los reales a pesar de las precarias condiciones del laboratorio.

INTRODUCCIÓN

Muchas veces nos hemos preguntado por qué solo se congela la parte superior de los océanos Ártico y Antártico y no el fondo, por qué animales tan pequeños como las larvas de invierno no se congelan durante esta estación, cómo un anticongelante disminuye el punto de congelación del agua en el sistema de enfriamiento de los automóviles o por qué en la construcción se usan anticongelantes para los hormigones en lugares donde las temperaturas son muy bajas. Fenómenos como estos, causaron la curiosidad del químico francés Francois Raoult, quien a finales del siglo XIX explicó a partir de sus observaciones y experimentos, que al adicionar un soluto a un solvente puro se reduce la presión de vapor del disolvente al igual que sus puntos de congelación y que esta variación solo es proporcional a la cantidad de soluto disuelto y no depende de su naturaleza.

El descenso del punto de congelación de un solvente, en una solución con respecto a su punto de congelación puro a la misma presión se denomina descenso crioscópico y es una de las propiedades coligativas de las sustancias. A partir de este principio, la crioscopia es importante para determinar el porcentaje de un compuesto que se encuentra en un solvente aplicándose así en muchos campos como el control de calidad industrial, para determinar masas moleculares de productos químicos que se fabrican, en la industria agroalimentaria, para averiguar si la leche es adulterada, en la medicina, para análisis clínicos de fluidos corporales, entre otros más. Todo esto gracias al uso de un soluto que obstaculiza la formación de cristales sólidos.

En este trabajo de investigación se observará el descenso crioscópico que se da cuando el naftaleno y el ácido benzoico son disueltos en alcohol terbutílico y ácido acético.

Un problema importante en este experimento fue la medición del punto de congelación, pues leer visualmente en este termómetro no era muy exacto ya que no medía descensos de milésimas por lo que muchas veces los datos se repetían hasta las centésimas y no se sabía que número seguía. Sin embargo, fue posible concluir con éxito este laboratorio.

MARCO TEORICO

3.1 DESCENSO CRIOSCOPICO: ENTRE LA FASE SOLIDA-LIQUIDA. CAUSAS Y EFECTOS EN UN SISTEMA DE MEZCLA.

¿CÓMO ENTENDER EL SURGIMIENTO DEL DESCENSO CRIOSCOPICO?

Hay algunas propiedades de las disoluciones que dependen de la concentración de partículas disueltas, y no de cuál sea la naturaleza química de las mismas: se llaman propiedades coligativas. Estas son la disminución de la presión de vapor, la presión osmótica, el aumento del punto de ebullición y el descenso del punto de fusión.

Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas. En general, forman disoluciones verdaderas las sustancias con un peso molecular inferior a 104 Dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto (tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc.). Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas.

Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos. Son función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente.

3.1.1 LA FASE LIQUIDO-SOLIDO: el cambio de un estado a otro

La solidificación es una transformación que se produce de forma discontinua. Es necesaria la presencia simultánea de las fases sólida y líquida y se produce por la nucleación y crecimiento de un sólido en el seno de un líquido. Cuando la presión es constante, normalmente la presión es la atmosférica, la temperatura de equilibrio de las dos fases sólido y líquido es la temperatura de fusión Tf. Podemos seguir el proceso de solidificación mediante la figura 1. En ella se representa la variación de energía libre con la temperatura para la fase sólida y líquida. Si la temperatura es mayor que Tf la fase líquida L es más estable que la fase sólida S. Por el contrario si la temperatura es menor que Tf fusión la fase sólida S es más estable que la fase líquida L. La temperatura de fusión corresponde al punto donde las energías libres de la fase sólida y la de la liquida son iguales, GS = GL y por tanto el punto de intersección de las dos curvas es la temperatura de fusión.

Cuando durante el enfriamiento de la fase líquida se alcanza la temperatura de solidificación, no se produce la cristalización espontánea de la fase sólida. Es necesario que el líquido se subenfríe una cantidad ΔT, llamado subenfriamiento o sobreenfriamiento, A esta temperatura, por debajo de la de solidificación, se produce la nucleación del sólido, se cede calor latente de cambio de estado y sube la temperatura hasta la de solidificación Tf. Al terminar la solidificación no hay calor latente y la temperatura del sólido desciende.

3.1.2 PUNTO DE FUSIÓN Y DE SOLIDIFICACIÓN

La temperatura de fusión y la de solidificación siempre son iguales. Esa temperatura marca el pasaje líquido-sólido o sólido-líquido. Es la temperatura en la que una misma sustancia puede coexistir

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