Determinación experimental del punto de ebullición de un líquido

http://alexaquim.jimdo.com/
http://crazychemistry18.blogspot.mx/
Determinación experimental del punto de ebullición de un líquido.
Marco de referencia.
Las fuerzas intermoleculares influyen en diversas propiedades físicas y químicas de las
sustancias, se relacionan directamente con propiedades como el punto de fusión, punto de
ebullición y con la energía necesaria para vencer las fuerzas de atracción entre las partículas
en los cambios de fase (estados de agregación de las sustancias).
Al interactuar dos moléculas polares del mismo tipo o de tipo distinto, los extremos con cargas
distintas se atraen. Las interacciones entre moléculas dipolares ocurren por atracción dipolodipolo. Las atracciones dipolo-dipolo influyen en procesos como la evaporación de los líquidos
y la condensación de los gases
http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/53-fuerzas-intermoleculares
A medida que las fuerzas de atracción entre las moléculas de un líquido son mayores, se
requiere mayor cantidad de energía para separarlas. Por esto, se espera que los compuestos
polares tengan valores de entalpía (calor absorbido a presión constante) de ebullición más
altos que los compuestos no polares de masa molecular similar.
Las fuerzas intermoleculares determinan las propiedades macroscópicas de la materia (punto
de fusión, punto de ebullición, tensión superficial, viscosidad, entre otras.).
En general, las fuerzas intermoleculares son más débiles que las fuerzas intramoleculares, por
eso se requiere menos energía para que hierva un líquido que para romper los enlaces de sus
moléculas.
Fuerza entre un catión o un anión y un dipolo
Fuerza ión-dipolo
http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/interaccion-ion-dipolo
En general, los puntos de ebullición de las sustancias reflejan la magnitud de las fuerzas
intermoleculares en el punto de ebullición y punto de fusión). En el punto de ebullición se
requiere suministrar energía suficiente para vencer a las fuerzas de atracción entre las
moléculas para que pasen de la fase líquida a la fase de vapor.
Ebullición (del latín bulla = burbuja). Es el punto en el que un líquido tiene la energía suficiente
para convertirse en vapor y ocurre cuando la presión del líquido es igual a la de vapor e igual a
la presión del sistema o la presión exterior cuando el sistema es abierto.
Para lograr alcanzar el punto de ebullición de un líquido se requiere suministrar energía
suficiente para vencer a las fuerzas de atracción entre las moléculas para que pasen de la fase
líquida a la fase de vapor. Por ejemplo, para transformar un mol (18 g) de agua líquida en vapor
de agua se requieren 41 kJ de energía.
La presión de vapor de un líquido es aquella ejercida por las fases líquida y vapor en equilibrio
dinámico. Se mide en unidades de presión, ejemplo, mm de Hg, atmósferas.
Punto de ebullición. Es la temperatura a la cual la presión de un líquido es igual a la presión
externa del sistema y se establece un equilibrio dinámico entre la fase líquida y la de vapor. La
energía que se continúa agregando se utiliza en pasar la fase líquida a la fase vapor. Se mide
en oC, oF, oK y oR.
Punto de ebullición. Cuando la presión del líquido se iguala con la presión del vapor a una
presión (generalmente, la atmosférica) se establece un equilibrio dinámico entre las fases L 
V, moléculas de la fase líquida pasan a la fase vapor y viceversa, entonces la temperatura del
sistema permanece constante porque la energía calorífica que se le aplica al líquido se utiliza
en convertir el líquido en vapor de la sustancia que se calienta. Se mide en grados Celsius (oC),
grados Fahrenheit (oF), grados Kelvin (oK) y grados Rankine (oR).
Punto de ebullición normal: Se le llama así cuando la presión del sistema o la presión externa
es igual a una atmósfera.
Vapor. Estado de agregación de la materia que se presenta a temperaturas por debajo de la
temperatura crítica. Algunos le llaman estado “gaseoso”. Gas. Estado de agregación de la
materia que se presenta a temperaturas por encima de la temperatura crítica. A presión crítica
y temperatura crítica el líquido y el vapor de una sustancia se vuelven indistinguibles.
Objetivo: El alumno aprenderá a:
- Determinar experimentalmente el punto de ebullición de un líquido.
- Construir e interpretar una gráfica de calentamiento del agua líquida hasta el punto de
ebullición, mantenido varios minutos.
Material y sustancias. Soporte universal completo (pinzas, anillo, tela de asbesto y mechero).
Tubo de ensayo de 25x200 mm., con tapón horadado y con ranura. “Piedras de ebullición”.
Termómetro (0–120oC). Cronómetro o reloj con segundero.
Alumno: (Por equipo) Traer cerillos y un trapo limpio.
Procedimiento:
1. Colocar unos 20 mL de agua en el tubo de ensayo y ponerlo en el soporte con las
pinzas.
2. Colocar el termómetro en el tapón de corcho y tapar el tubo de ensayo con él.
3. Terminar de montar el aparato.
4. Encender el mechero.
5. Calentar, tomar la temperatura y el tiempo de calentamiento cada 30 segundos hasta
reducir a la mitad el volumen inicial del líquido (Continuar anotando la temperatura
aunque se repita).
6. Anotar todos los datos obtenidos y las observaciones realizadas durante toda la
práctica.
7. Construir una gráfica de temperatura contra tiempo de calentamiento y hacer las
anotaciones de todo el proceso.
Haz un esquema del aparato que se utiliza para medir el punto de ebullición de un líquido.
http://mediateca.educa.madrid.org/
http://conceptosdeorganica.blogspot.mx/
Contestar el cuestionario.
1. ¿Par qué debe tener el tapón una ranura además de la horadación?
2. ¿Para qué sirve la tela de asbesto?
3. ¿Para qué se añaden las “piedras de ebullición”?
4. Explica qué sucede con la energía que se transfiere al líquido para llegar a la ebullición.
5. Explica qué sucede con la energía que se transfiere al líquido después de llegar a la
ebullición.
6. ¿De qué depende la longitud de la temperatura constante en la gráfica de temperatura
“contra” tiempo de calentamiento?
7. Escribe la ecuación que se usa para determinar la cantidad de energía que se usó para
calentar el líquido.
8. Escribe la ecuación que se usa para calcular la cantidad de energía que se requiere para
pasar una sustancia de la fase líquida a la fase vapor.
9. Escribe el valor de la energía que requiere el agua para pasar de líquido a vapor.
10. Define punto normal de ebullición e indica las unidades en que se mide.
11. Escribe el valor del punto normal de ebullición del agua, la capacidad calorífica del agua
líquida, el calor de vaporización del agua.
12. Explica qué ocurre con el punto de ebullición de un compuesto a) al aumentar la presión
externa del sistema y b) al disminuir la presión externa del sistema.
Actividad. Aplicación de conocimientos.
Problema 1. Traza una gráfica que represente la destilación fraccionada de una mezcla
formada por hexano con p.e. de 69oC, nonano con p.e. de 151oC y tetradecano con p.e. de
254oC. Indica de qué dependen las longitudes horizontales de la gráfica.
Solución 1. Gráfica de temperatura “contra” tiempo de calentamiento, con tres “escalones” que
son los puntos de ebullición de cada componente de la mezcla, el primero del hexano, el
segundo del nonato y el tercero del tetradecano.
La diferencia entre sus puntos de ebullición y depende de la cantidad (proporción) de cada
componente de la mezcla.
Problema 2. Sabiendo que la relación de los puntos de ebullición es C > A > B y que la
cantidad de A > C > B. Traza una gráfica que represente la destilación fraccionada de una
mezcla formada por los componentes A, B y C. Indica en qué propiedad característica se basa
la destilación fraccionada y de qué depende la longitud de las partes horizontales.
Solución 2: Gráfica de temperatura “contra” tiempo de calentamiento, con tres “escalones”, con
el orden B < A < C y la longitud de los puntos de ebullición A > C > B.
Se basa en la diferencia entre sus puntos de ebullición de los componentes de la mezcla y la
longitud horizontal depende de la cantidad (proporción) de cada componente de la mezcla.
3. Explica qué es una mezcla azeotrópica.
4. Explica ¿Cómo se podría potabilizar el agua de mar?
5. Construye una gráfica de Pv “contra” Teb con los datos de la tabla siguiente. Indica además
los puntos importantes de la gráfica y haz la interpretación de cada curva y de la relación entre
ellas.
Agua
Acetona
Presión de vapor
Temperatura de
Presión de vapor
Temperatura de
(torr)
ebullición (oC)
(torr)
ebullición (oC)
12.8
15
147
15
23.5
25
169
18
244.0
71
196
21
533.0
90
220
24
580.0
93
400
39
638.0
95
760
56
760.0
100
1520.0
120
De acuerdo a la gráfica, cuál es la temperatura de ebullición del agua a 550 mm de mercurio y
a 650 mm de mercurio.
Elaborada por: Ramón Tamayo Ortega.
Agosto 2013.
Punto de ebullición de un líquido.
Para elaborar la práctica investiga: ¿Qué es el punto de ebullición; qué factores lo modifican;
cómo lo modifican; en qué unidades se mide; qué variables se deben especificar; qué datos se
necesitan para construir una gráfica del punto de ebullición de un líquido. Traza una gráfica que
represente todo el proceso de calentamiento hasta determinar el punto de ebullición.