Evaluación experimental de la temperatura de ebullición

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Evaluación experimental de la temperatura de ebullición

Daiky Atun Gil1, Maria Palma Serrano1 Sandy Vides Salcedo1

1Estudiantes de Química Orgánica, III semestre, Programa de Biología, Universidad del Atlántico.

Resumen

Abstract

Introducción

​El punto de ebullición de un compuesto químico es la temperatura que este debe alcanzar para pasar del estado líquido al estado gaseoso; el proceso inverso se denomina punto de condensación. La definición termodinámica exacta del punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala a la presión atmosférica del entorno (Punto de Ebullición, s.f.).

​La temperatura de una sustancia es una medida de la energía cinética promedio de sus moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene la energía suficiente para vencer la tensión superficial y escapar hacia la fase gaseosa. La presión ambiental influye directamente en este proceso: a mayor presión, el punto de ebullición sube; por el contrario, a menor presión (como ocurre en montañas altas), el líquido hierve a una temperatura más baja.

​Otros factores determinantes en el punto de ebullición son las fuerzas intermoleculares, la estructura y la composición de las moléculas. Si las fuerzas intermoleculares en un líquido son relativamente fuertes, su punto de ebullición será alto; si son débiles, será bajo [2]. Por ejemplo, el amoníaco tiene un punto de ebullición muy bajo (-35.5 °C), mientras que un metal como el mercurio alcanza la ebullición a los 356.9 °C (Punto de Ebullición - Enciclopedia de Energía, 2020).

​El compuesto de estudio para esta práctica es el ciclohexano(C₆H₁₂) (Figura 1), también denominado hexahidrobenceno o hexametileno. Se trata de un hidrocarburo alicíclico altamente inflamable que se obtiene a partir de la hidrogenación catalítica del benceno. Se presenta como un líquido incoloro, de alta pureza y con una solubilidad similar a la de los compuestos parafínicos (Brugués, s.f.). A presión atmosférica normal (14.7 psia o 1 bar absoluto), el punto de ebullición teórico del ciclohexano es de aproximadamente 80.7 °C (Editor Engineeringtoolbox, 2003).

Figura 1: A) Estructura geométrica del ciclohexano. B) Estructura Química del Ciclohexano.

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Objetivos

General

Determinar de forma experimental el punto de ebullición aproximado del ciclohexano mediante el método del capilar, relacionando la temperatura de ebullición con la igualdad entre la presión de vapor de la muestra y la presión atmosférica.

Especificos

• Relacionar la temperatura de ebullición del ciclohexano con la condición de equilibrio entre su presión de vapor y la presión atmosférica.
• Aplicar el método del capilar para determinar experimentalmente el punto de ebullición aproximado del ciclohexano.
• Registrar de forma constante los cambios de temperatura y el comportamiento del burbujeo del ciclohexano durante el proceso de calentamiento.
• Determinar los tipos de reacción que se presentan en procesos como los del punto de ebullición.

Metodología

Inicialmente, se adicionaron aproximadamente 2 mL de ciclohexano en un tubo de ensayo. Posteriormente, se introdujo un capilar cerrado en uno de sus extremos (el cual previamente había sido quemado para lograr dicho cierre), orientado con el extremo cerrado hacia arriba, dentro del tubo de ensayo que contenía la muestra (Figura 2).

Figura 2. Procedimiento de montaje. (A) Adición del ciclohexano al tubo de ensayo; (B) Cierre de los capilares utilizados en las diferentes lecturas; (C) Capilares dentro del tubo de ensayo; (D) Montaje final.

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El tubo de ensayo se sumergió en un baño de aceite mineral, el cual se calentó de manera gradual. Durante el calentamiento se observó el desprendimiento de burbujas de aire correspondientes al aire atrapado inicialmente dentro del capilar.

El calentamiento se mantuvo hasta que el burbujeo se hizo constante y continuo, momento en el cual se detuvo y se registró la temperatura. Posteriormente, se dejó enfriar lentamente el sistema, observando el momento en que el burbujeo cesaba y el líquido comenzaba a ascender por el interior del capilar. En este punto se realizó una segunda lectura de la temperatura (Figura 3).

Figura 3. Proceso de toma de la segunda lectura. (A) Tubo de ensayo sumergido en el aceite mineral; (B) Desprendimiento de burbujas; (C) Observaciones del aumento de la temperatura; (D) Toma de la segunda lectura de la temperatura.

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Esta segunda lectura corresponde al punto en el cual la presión de vapor del líquido, dentro y fuera del capilar, se iguala a la presión atmosférica, por lo que dicha temperatura se tomó como el punto de ebullición experimental del ciclohexano.

Con el fin de verificar la reproducibilidad del ensayo, se realizó una tercera lectura siguiendo el mismo procedimiento, empleando un nuevo baño de aceite mineral, un nuevo tubo de ensayo y un nuevo capilar (Figura 4).

Figura 4. Montaje experimental tercera lectura. (A) Montaje con cambio en los materiales; (B) Toma de la tercera lectura o lectura final.

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Análisis de resultados

Discusión

Anexos

1. Consulte sobre los principios fisicoquímicos de la ebullición y del punto de ebullición corregido.

R/= La ebullición ocurre cuando la presión de vapor de un líquido alcanza el mismo valor que la presión que rodea al líquido. En ese momento, el líquido pasa a estado gaseoso.

Esta propiedad es muy sensible a la presión ambiental: a mayor presión externa, mayor será la temperatura necesaria para hervir el líquido, y viceversa. Por esta razón, la IUPAC estableció el punto de ebullición estándar, definido como la temperatura a la cual un líquido pasa a vapor bajo una presión de 1 bar.

Sin embargo, la temperatura de ebullición no puede aumentarse de forma indefinida junto con la presión: existe un límite llamado temperatura crítica, por encima del cual el gas ya no puede volver a estado líquido sin importar cuánto se aumente la presión, pues en ese punto desaparece la distinción entre fase líquida y fase de vapor.

El valor del punto de ebullición varía de una sustancia a otra según dos factores principales: la masa molecular y el tipo de fuerzas intermoleculares presentes (ejemplo: puentes de hidrógeno, dipolo permanente, dipolo inducido), lo cual depende a su vez de la polaridad de la molécula.

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