Masa Molar - Universidad Interamericana de Puerto Rico

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO
RECINTO DE BAYAMÓN
Departamento de Ciencias naturales y matemáticas
QUIMICA INORGANICA
“DETERMINACION MASA MOLAR MEDIANTE LA DISMINUCION PUNTO DE CONGELACION”
Objetivos
1.
2.
3.
4.
Determinar experimentalmente el punto de congelación de un solvente.
Determinar el valor de la constante Kf de un solvente.
Analizar utilizando datos gráficos.
Determinar la masa molar de un soluto utilizando la propiedad coligativa
relacionada a la disminución del punto de congelación de un solvente.
Introducción
Cuando un soluto no volátil se disuelve en un solvente, se observa una disminución en
el punto de congelación del solvente. Para soluciones diluidas los cambios observados
en el punto de congelación dependen de la cantidad de soluto disuelto y no de la
naturaleza de las partículas disueltas. Las propiedades que dependen de la
concentración del soluto y no de su identidad se conocen como propiedades coligativas.
Además de la disminución en el punto de congelación, para soluciones de solutos no
volátiles se observan propiedades coligativas relacionadas con disminución en la presión
de vapor del solvente, aumento en el punto de ebullición del solvente y presión osmótica.
El cambio en temperatura de congelación se relaciona con la concentración del soluto
en términos de molalidad, m (moles de soluto por kilogramo de solvente), de la siguiente
manera
ΔTf = Kfm
(1)
Donde ΔTf es el cambio en la temperatura de congelación y Kf es una constante
característica del solvente. La Ecuación 1 es válida solamente para soluciones diluidas.
Uno de los usos principales de las propiedades coligativas de soluciones es la
determinación de masas molares de sustancias desconocidas. Si se disuelve una
cantidad conocida de soluto en una cantidad determinada de solvente y se mide ΔTf,
utilizando la Ecuación 1 se puede obtener la masa molar del soluto.
El incremento del punto de congelacion , ΔTf, y el incremento del punto de
congelacion, ΔTb, son proporcionales á la molalidad , m, del soluto en la disolucion.
El cambio en temperatura de congelación se relaciona con la concentración del soluto
en términos de molalidad, m (moles de soluto por kilogramo de solvente), de la siguiente
manera
ΔTf = Kfm
 m ol soluto 
T f  K f m  K f 
  Kf
Kg
disolvente


 ( g / m asaMolar) soluto


Kg disolvente


 m ol soluto 
 ( g / m asaMolar) soluto
Tb  K b m  K b 
  Kb 

Kg disolvente
 Kg disolvente


Determinación de la masa molar de un soluto experimentalmente
PUNTO DE CONGELACION DEL ACIDO BENZOICO
Tabla de constantes del Punto de congelacion molal y punto de ebullicion molar
para solventes.
sustancias
Punto de
Punto de
Kb (oC/m)
Kf (oC/m)
congelacion
Ebullic.
Normal oC
Agua
0
1.86
100.0
0.52
Benceno
5.5
5.12
80.1
2.53
Ciclohexano
6.6
20.0
80.7
2.79
Etanol
-117.3
1.99
78.4
1.22
Alcamfor
178.4
6.9
Naftaleno
80.2
37.7
Acido acetico
16.6
3.90
EJEMPLO:
117.9
2.93
EXPERIMENTACION:
En este experimento se va usar el punto de congelacion de la propiedad coligativa del
ciclohexano para determinar la masa molecular de un compuesto no volatil disuelto en
el ciclohexano. La masa de un soluto desconocido, anadido á una masa conocida de
ciclohexano, causa un cambio en el incremento del punto de congelacion, ΔTf, que
es medido. Como ΔTf proporcional á los moles del soluto anadido, la
masa molecular del desconocido es calculada.
Mm olar( g / m ol) 
m asa del soluto ( g )
m oles del soluto (m ol)
Procedimiento
1.
Determinación del punto de congelación de ciclohexano
a.
Pesar un en un vaso de 100 ml con un tubo de ensayo mediano limpio,
seco y tapado con un tapón de goma sin agujero. Anotar el peso.
b.
Añadir aproximadamente 20 ml de ciclohexano al tubo de ensayo. Tapar y
pesar de nuevo. Anotar el peso.
c.
Sustituir el tapón del tubo de ensayo por un tapón de goma con un orificio
al que se le ha conectado un sensor de temperatura.
d.
Conectar la línea del sensor de temperatura a la interfase, como le
indicará el instructor y/o el técnico de laboratorio.
e.
Colocar el tubo de ensayo en un vaso de 400 ml que contenga una
mezcla de agua con hielo.
f.
Registrar la temperatura cada minuto. Observar la temperatura que
corresponde a la temperatura de congelación de ciclohexano (cuando los
cristales de ciclohexano se comienzan a formar y la temperatura se
mantenga constante).
g.
Con la información obtenida y presentada en una gráfica de Temperatura
vs. tiempo, calcular la temperatura de congelación de ciclohexano.
2.
3.
Determinación de la constante Kf de ciclohexano
a.
Pesar aproximadamente 0.5 g de naftaleno y añadirlos al tubo de ensayo
que contiene el ciclohexano. Agitar la mezcla hasta obtener una solución
uniforme.
b.
Sumergir el tubo de ensayo en la mezcla de agua-hielo. Registrar la
temperatura cada minuto. Observar cuidadosamente la temperatura en
que aparecen los primeros cristales. Esta es la temperatura de
congelación de la solución.
c.
Con la información obtenida y presentada en una gráfica de Temperatura
vs. tiempo, calcular el Kf de ciclohexano.
Determinación de la masa molar de un soluto desconocido
a.
b.
c.
NOTA:
Repetir los pasos de la Parte 1a y 1b para obtener la masa de
ciclohexano.
Repetir los pasos de la Parte 2 con el compuesto desconocido que le
entregará el instructor. Utilizar aproximadamente 0.3 gramos del
desconocido en vez de naftaleno.
Con la información obtenida (presentada en una gráfica de Temperatura
vs. Tiempo) y del valor de Kf, calculado para ciclohexano en la Parte 2,
determinar la masa molar del desconocido.
El instructor indicará la forma adecuada para disponer de los desperdicios
y de las sustancias utilizadas en este experimento. No se deben disponer
de ellas en los zafacones ni en los fregaderos. Hay un envase rotulado
“waste”
Tabla de Datos y Resultados
Corrida # 1
Solvente
Puro
Masa solvente
Masa soluto
Punto de
congelación
Cambio punto de
congelación
Molalidad
Kf
Masa molar soluto
desconocido
Masa molar
desconocido
(teórica)
% error
Corrida # 2
Solvente +
Naftaleno
Corrida # 3
Solvente +
desconocido
EJERCICIOS RESUELTOS:
Ejemplo No.1
El Benceno tiene un punto normal de congelación de 5.5 oC. Al añadir 1.25 g de
un compuesto desconocido a 85 g de benceno produce una disolución con un
punto de congelación de 4.52 oC. ¿Cuál es la masa molar del compuesto
desconocido?
Grafica de la solución
1. Buscamos la disminución del punto de congelación:
T f  T f  T f0
T f  5.51 oC  4.52o C  0.99 o C
2. Buscamos la molalidad
m
T f
Kf
0.99 oC

 0.19m
5.12 oC / m
3. Si hay 0.19 moles del desconocido en 1kg disolvente entonces buscamos
cuantos moles hay en 0.085 kg.
 0.19 m ol desc 
2

0.085kg.

1
.
6
x
10
m ol descon
 1 kg benceno 


4. La masa molar la encontramos:
masa molar descon 
gramos
1.25 g

 77.4 g / mol
mol
1.6 x10  2 mol
Ejemplo No.2
Una muestra de 7.85 g de un compuesto cuya formula empírica es C5H4 se disuelve
en 301 g de benceno. El punto de congelación de la disolución es 1.05 oC por
debajo del punto de congelación del benceno puro. ¿Cuál es la masa molar y la
formula molecular de este compuesto?
Para resolver el ejercicio recurrimos a los siguientes pasos:
1. Encontrar la molalidad
2. A partir de la molalidad encontranmos los moles
3. Si tenemos los gramos y conociendo los moles, calculamos la masa molar
EJERCICIOS PARA ENTREGAR RESUELTOS CON EL INFORME:
NOTA : los problemas tienen que incluir los cálculos que utilizo para llegar a la solución
1.
De la definición de los siguientes términos:
a)Disolución
b) soluto
c) disolvente.
d) propiedades coligativas
e) disminución del punto de congelación
2.
Una muestra de 0.2434 g de una sustancia desconocida se disolvió en 20.0 mL de ciclohexano.
La densidad del ciclohexano es 0.779 g/mL. La disminución del punto de congelación es 2.5
grados C. calcular la masa molar de la sustancia desconocida.
Resp. 128 g/mol
La disminución del punto de congelación normal del benceno, C 6H6, es 5.50 grados C, cuando
7.14 gramos de naftaleno, C10H8, disuelto en 45.0 gramos de benceno es -0.82 grados C.
Calcular la constante molal de congelación ( Kf ) del benceno de la data.
Resp. 5.10 oC/m
El benceno puro congela a 5.50 oC y hierve a 80.1 oC . S i 10.9 gramos de un soluto
desconocido es disuelto en 75.8 gramos de benceno. La solución congela a 1.44 oC y hierve a
82.1 oC. Determine la masa molar del soluto por ambos métodos: por la elevación del punto de
ebullición y por la disminución del punto de congelación. Siendo Kb = 2.53 oC/m y Kf = 5.12
oC/m para el benceno
Resp. para la dismin y también para el aumento 1.8 x 102 g/mol
En que proporción es añadido el glicol etil, C2H6O2 al agua para conseguir una disolución que
congele a -35 oC. Kf = 1.86 oC/m
Resp. 1.2 kg de C2H6O2 para ser mezclado con 1.0 kg de agua
Que concentración molal de sacarosa en agua se necesita para elevar su punto de ebullición en
1.3 grados C (Keb = 0.52 grados C/molal y temperatura de ebullición del agua 100 grados
Celsius.
a.
Resp. 2.5 molal
Calcular el punto de congelación de una solucion de 100g de anticongelante etilenglicol C 2H6O2
en 900 g de agua (Kc = 1.86 oC/molal)
a.
Resp. 3.33 bajo cero
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Calcular el punto de congelación de una solución de 10g de glucosa(C6H12O6)
agua (Kc = 1.86 oC/molal)
9.
El alcanfor, C10H16O se congela a 179.8 grados C (Kc=40 grados C/molal). Cuando se disuelven
0.816 g de sustancia de masa molar desconocida en 22.01 g de alcanfor liquido, el punto de
congelación de la mezcla es 176.7 grados C. Cuál es el peso molecular aproximado del soluto?
a.
Resp. 109 g/mol
Calcular el punto de ebullición de una solucion de 100 g de anticongelante etilenglicol (C2H6O2)
en 900 g de agua (Keb=0.52 oC/molal)
a.
Resp. 100.9319 grados Celsius para ser mezclado con 1.0 kg de agua
10.
en 100 g de
11.
Acomode las siguientes disoluciones acuosas en orden decreciente de punto de
congelación y explique el razonamiento seguido: HCl 0.50 m , acido acético
0.50 m.
12.
¿Cuántos litros del anticongelante etilenglicol [CH2 (OH) (CH2 (OH)] se deben
agregar al radiador de un automóvil que contiene 6.50 L de agua, si la
temperatura invernal mas baja en la región es -20 grados Celsius? Calcule el
punto de ebullición de esta mezcla agua – etilenglicol. ( La densidad del
etilenglicol es 1.11 g/mL.)
13.