Informe de constantes físicas de compuestos orgánicos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE CIENCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

CURSO DE LABORATORIO PRINCIPIOS DE QUÍMICA ORGÁNICA

Prof. Carlo Guerrero, Humberto Zamora

2018

Informe I: Constantes físicas de compuestos orgánicos; punto de fusión, punto de ebullición, densidad e índice de refracción.

Resumen:

En esta práctica se determinaron diferentes constantes físicas como: el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad y el índice de refracción a una sustancia problema líquida y a una sustancia patrón como el fenantreno para poder caracterizarlas. Dichas propiedades se determinaron experimentalmente con un montaje en el laboratorio tomando medidas de la temperatura con forme se le adicionaba calor a la muestra. Asimismo, con ayuda de un picnómetro y una balanza analítica se realizaron medidas de peso para realizar los cálculos correspondientes. Además, con ayuda de un refractómetro se observó el índice de refracción en nanómetros para así tener una idea más clara de con qué sustancia se estaba tratando. Por último, es debido aclarar que se tuvieron en cuenta las condiciones de laboratorio, ya que estas afectan de manera directa las medidas tomadas y a los cálculos expuestos a continuación.

Diagrama del proceso:[pic 1]

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Datos y resultados:

[pic 5]

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Teniendo en cuenta la anterior tabla, se procede a calcular principalmente la densidad absoluta de la sustacia problema con ayuda del picnómetro de 10 mL. De tal modo se tiene lo siguiente:

[pic 7]

Y a continuación, la desnidad relativa se calcula de la siguiente manera:

[pic 8]

[pic 9]

Ahora bien, se procede a observar los datos recolectados de la práctica del punto de ebullición en donde se evaluará el punto de ebullición teniendo en cuenta un promedio entre las temperaturas recolectadas y a su vez, realizando los cálculos cuando se asume el líquido siendo asociado y no asociado.

Suponiendo que es un líquido asociado se tiene:

[pic 10]

Entonces el punto de ebullición normal (a presión de 1 atmósfera) será igual a la suma del punto de ebullición experimental más la corrección por presión.

[pic 11]

Por otra parte, si se asume un líquido no asociado se tienen los siguientes cálculos:

[pic 12]

[pic 13]

Análisis de resultados:

Para comenzar con el respectivo análisis, se hablará en primer lugar sobre la práctica que dio lugar a identificar el punto de fusión de una sustancia patrón (Fenantreno) cuyo punto de fusión reportado mediante el fusiómetro fue de aproximadamente 104 °C; en la experimentación se obtuvieron un punto de fusión de 100.8 °C. En la literatura se reporta que el fenantreno alcanza el punto de fusión cuando su temperatura llega a los 101 °C, esto quiere decir que los resultados experimentales concuerdan con o reportado en los textos, mientras que la temperatura hallada por el fusiómetro presenta algún error mínimo.

Por consiguiente, al hablar sobre la determinación de la densidad de la sustancia problema (muestra No 4); se encontró una densidad absoluta cerca a la unidad con un valor de   y su densidad absoluta correspondiendo a  lo que indica una relación muy cercana con respecto a la densidad del agua. Para el cálculo de la densidad relativa se empleó la densidad del agua a 18°C la cual se encuentra en las tablas consignadas en la guía de laboratorio.[pic 14][pic 15]

Para finalizar, cuando se tiene en cuenta el cálculo de la corrección de la temperatura de ebullición suponiendo que es un líquido asociado se tiene una temperatura de ebullición equivalente a  mientras que si se asume la sustancia como líquido no asociado te obtiene una temperatura menor correspondiente a  ; pues si el líquido es asociado indica que sus moléculas tienen puentes de hidrógeno lo que hace que se necesite más temperatura para romper dichas fuerzas de atracción y la sustancia pueda pasar de estado líquido a sólido.[pic 16][pic 17]

Cuestionario:

1. A la temperatura de fusión coexisten, en equilibrio, el sólido y el líquido. Describa en qué consiste dicho equilibrio.

Cuando se adiciona calor durante el periodo de fusión, no hay un cambio de temperatura y las moléculas vencen la fuerza de atracción del sólido, al igual que el potencial químico de ambas fases se iguala y así se produce una transición al estado líquido. Todo esto bajo una presión en específico ya que esta propiedad genera mayor resistencia a dicha fuerza, pero para este equilibrio el cambio es mínimo.

1. ¿Por qué es aconsejable usar un baño de aceite para la determinación de la temperatura de fusión? ¿Por qué debe ser muy lento el calentamiento del baño de aceite?

El aceite utilizado reparte el calor uniformemente sobre la muestra que se analizó en el tubo de Thiele, al ser un derivado del petróleo su punto de ebullición es muy alto comparado con la muestra por lo que sus características van a ser muy estables durante el proceso de calentamiento. Además se debe calentar lentamente el aceite debido a que este se dilata por la excitación de las moléculas, esto pone en riesgo el experimento pues la muestra puede ser bañada en el aceite si no se vigila el nivel de éste en el tubo de Thiele.

1. ¿Además del aceite es posible utilizar otros líquidos para esta misma práctica? ¿Cuáles? ¿Qué criterios deben tenerse en cuenta para su selección?

Además del aceite se puede utilizar parafina líquida o glicerina, ya que tienen puntos de ebullición elevados y transmiten el calor eficientemente a la muestra al poseer un calor específico relativamente pequeño. Además son de carácter semi incoloro y no son tan turbios por lo que se puede observar la muestra con facilidad.

1. ¿Por qué la temperatura de fusión de muchos sólidos se reporta como un rango?

Esto debido a que mientras se calienta la muestra la temperatura del exterior va a ser distinta al del interior de la muestra por lo que se produce un rango muy pequeño de temperatura en el que la sustancia completa pasa de la fase sólida a la fase líquida. De igual manera, puede haber impurezas presentes en la muestra por lo que el equilibrio sólido-líquido no se alcanza en un solo punto.

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