Informe Constantes Fisicas

Las propiedades físicas de un componente son aquellas propiedades que son intrínsecas para tomar un componente cuando es puro. Un componente a menudo puede ser identificado simplemente por la determinación de un número de propiedades físicas. Las más trabajadas son color, PF, punto de ebullición, densidad, índice de refracción, entre otras. Métodos químicos modernos pueden incluir varios tipos de espectros (infrarrojo, resonancia magnética nuclear, etc.)[1]

La importancia al hablar de "constantes químicas" es en especial en referencia a las constantes de un cuerpo, o a un conjunto de caracteres y propiedades físicas y químicas propias y exclusivas de una especie química y que permiten diferenciarla de las demás, permitiendo así su caracterización y estado al momento de trabajar con ellas, pues estas constantes también dan una idea de pureza de una muestra a la hora de identificarla.

Como ingenieros químicos en la vida diaria la importancia de la determinación de estas constantes para la caracterización de una muestra es vital, ya que a la hora de trabajar con un reactor y al poner en marcha un proyecto de una planta química se debe saber el estado de las materias primas que en general son sustancias químicas, su caracterización, identificación y % pureza es primordial para escoger el número de corrientes, el transporte dentro de la planta y los resultados óptimos de unos productos requeridos.

Así mismo, conocer estas propiedades permiten darle un adecuado manejo y un cuidado especial , ya que al caracterizar completamente la muestra se puede conocer a qué condiciones puede reaccionar, pasar a otra fase o perderse ; en materias como caracterización de residuos peligrosos es de vital importancia evaluar estas constantes físicas para saber acerca de una sustancia desconocida que puede poner en peligro de una o varias personas en una planta química.

MARCO TEORICO

PUNTO DE FUSÍON [2] [3]

¿Qué es el punto de fusión?

El punto de fusión (PF) normal de un sólido cristalino es la temperatura a la cual el sólido se transforma en líquido bajo presión atmosférica. Para sustancias puras el cambio de estado sólido al líquido ocurre en un rango pequeño de variación de temperatura (aproximadamente 0.5 °C), y de allí su relativo valor para identificar a una sustancia por su PF. Si ahora el líquido se enfría, comenzará la solidificación a la misma temperatura, por lo tanto, el PF y el punto de solidificación son idénticos para una sustancia pura (pequeñas diferencias obedecen a fusión y solidificación en distintas formas cristalinas.)

¿Cuándo funde un cristal?

El pasaje del estado sólido al líquido implica un desorden del sistema. En el sólido, cada partícula se encuentra ubicada en el cristal de tal forma de tener un mínimo de energía potencial (máxima estabilidad) con respecto a las partículas vecinas. Pero o están inmóviles, aun a bajas temperaturas existe una vibración, alrededor de dicho “nódulo” de mínima energía potencial. Al entregarle calor (energía térmica) al sistema, aumentarán las amplitudes vibratorias, con el consecuente incremento total de energía, que se manifestará como un aumento en la temperatura del sistema.

Llegará un momento, entonces, en que la amplitud vibratoria de las partículas dentro del cristal será tal, que el mismo comience a “deformarse”, hasta que finalmente algunas partículas adquieren una energía suficiente como para lograr movilidad. En este punto comenzará el proceso de fusión del cristal y aparecerá fase líquida. Toda entrega de calor que se suministre al sistema a partir de este punto, será consumida por las restantes partículas que aún requieren energía para superar las fuerzas que las mantienen fijas a la estructura reticular.

Es por esto que, durante la fusión, la temperatura del sistema se mantiene constante.

Una vez que fundió el cristal, existe fase líquida. Todo suministro de calor implicará un aumento en la energía cinética de las moléculas, que se manifestará nuevamente como un incremento en la temperatura del sistema.

¿Qué sucede cuando existe una impureza en una sustancia sólida?

El punto de fusión no varía apreciablemente con la presión y por tanto, pueden ser utilizados para caracterizar compuestos sólidos. También se utiliza para establecer la pureza de una sustancia ya que el punto de fusión se ve afectado por las impurezas.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto que el de una sustancia con impurezas. Además el punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se da como una sola temperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (0.5 °C). En cambio, si hay impurezas, estás provocan que el PF disminuya y el intervalo de fusión se amplié.

¿Depende el punto de fusión de la masa de la muestra?

NO, el punto de fusión es una característica de cada sustancia pura, y tiene que ver con las fuerzas de unión entre las moléculas, pero no con la cantidad de muestra. Las sales inorgánicas tienen PF muy altos debido a que se deben vencer uniones iónicas para fundir los cristales. En as sustancias orgánicas las fuerzas de unión entre moléculas son del tipo Van der Waals, dipolos transitorios y puentes de hidrógeno, y los PF son menores.

Montaje para determinar punto de fusión [4]

Figura 1. Montaje para la determinación punto de fusión

PUNTO DE EBULLICIÓN [2] [3]

¿Qué es la presión de vapor de un líquido?

Si se deja un líquido en un recipiente abierto, se evaporará. La evaporación es el escape de las moléculas de la fase líquida a la fase vapor (si el recipiente está abierto, no hay condiciones de equilibrio líquido – vapor). Si se coloca un líquido en un recipiente cerrado, en el que se ha hecho vacío, el líquido se evaporará hasta que su vapor llegue a una presión, cuyo valor será característico de dicho líquido, para cada temperatura (Presión de vapor en equilibrio).

Se dice, entonces, que el ambiente está saturado de ese vapor.

¿De qué variables depende?

Las experiencias demuestran que a una dada temperatura la presión de vapor de una sustancia líquida (en contacto con dicho líquido) tiene un valor constante, e independiente de la cantidad total de líquido o de vapor, presentes en el sistema.

La presión de vapor, que se mide generalmente en mm de Hg (mercurio), aumenta con el incremento de la temperatura del sistema.

¿Qué es el punto de ebullición de un líquido?

Cuando la presión de un líquido aumenta, por incremento de la temperatura, llega un momento en que ésta alcanza el valor de la presión externa que está soportando el sistema. Se define el punto de ebullición (PEb) de un líquido como la temperatura a la cual la presión de vapor del mismo es igual a la presión total que soporta el sistema (si la presión es 760 mm de Hg, se llama PEb normal).

Cuando el líquido ebulle la evaporación ya no es un fenómeno superficial y ocurre también por formación de burbujas dentro del seno de la solución.

Si a un líquido que ha alcanzado su punto de ebullición, se le sigue entregando energía, su temperatura no aumentará, pero podrá alcanzarse el calor de vaporización sostenidamente en toda la masa del líquido, de tal forma de mantenerse la generación de burbujas y, por lo tanto, la ebullición y la evaporación.

¿Cómo varía el PEb con la presión externa?

Análogamente a lo que se vio para el punto de fusión, la variación del PEb con la presión está relacionada con el cambio de volumen asociado a la transición entre el estado líquido y gaseoso. Dicho cambio de volumen (V) es grande y, por lo tanto, cambios en la presión externa afectarán notablemente al punto de ebullición de una sustancia.

¿Cómo varía el PEb con la estructura molecular?

Que una sustancia se encuentre en estado sólido, líquido, o gaseoso, depende de la fuerza de atracción entre sus moléculas.

Los líquidos cuyas moléculas se atraen poco mutuamente, tendrán una presión de vapor alta (las moléculas tendrán gran tendencia a “escaparse” del seno del líquido). Las fuerzas intermoleculares más fuertes son las de puente de hidrógeno, luego dipolos permanentes, transitorios y de fuerzas de Van der Waals (con el incremento del peso molecular aumentan las dos última).

Conociendo, entonces, la estructura de los compuestos, puede organizarse un orden aproximado de sus puntos de ebullición.

Corrección de la temperatura de ebullición

En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la presión atmosférica debido a las variaciones en la altura. A medida que in sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor por lo que a la temperatura de ebullición leída en el termómetro, es necesario hacerle dos correcciones para obtener el punto de ebullición normal:

La corrección debida al termómetro mismo, para la cual se hace uso de la curva de calibración del termómetro previamente elaborada.

Corrección debido a la presión atmosférica se emplea la ecuación SYDNEY – YOUNG.

PEb=K(760-P)(t+273) (1)

En donde:

K = constante que tiene un valor de 0.00012 para líquidos asociados y de 0.00010 para líquidos no asociados.

P = presión atmosférica ambiente en mm de Hg

t = temperatura de ebullición normal será igual al hallado experimentalmente más la corrección debida a la presión.

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