3_Propiedades físicas (Esperimento #2)

8/4/2014
Propiedades físicas: Identificación de
sólidos y líquidos
Ileana Nieves Martínez
QUIM 3003
Objetivos

Medir las propiedades físicas básicas de sólidos y de
líquidos puros para:



su identificación y caracterización
la comparación con especies patrones o estándares de
naturaleza física semejante.
Manejar las técnicas de identificación:





Solubilidad
Punto de fusión
Punto de ebullición
Índice de refracción
Densidad
Marco teórico
1
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Especies Químicas

Son sustancias formadas por moléculas iguales
(Químicamente homogénea).

Sustancia pura

posee un conjunto de propiedades físicas y químicas propias,
mediante las cuales puede:


caracterizarse o identificarse (Criterio de Identidad)
conocer su grado de pureza (Criterio de Pureza).
Propiedades o constantes físicas y químicas


Son prácticamente inalterables y características de la
sustancia
Se usan como Criterio de Identidad y Criterio de Pureza

La identificación de un compuesto consiste en probar que este
es idéntico a otro ya conocido, descrito y registrado en la
literatura química.

Nos permiten seguir y controlar los procesos de purificación:



cristalización,
destilación,
sublimación
Propiedad física (1): Solubilidad, s

Es la cantidad máxima de un compuesto que puede ser disuelta
en un disolvente dado a una temperatura y presión dadas.



Se expresa como la masa de una sustancia (g) que se disuelve en una
cantidad fija de disolvente (100 g).
Para agua como disolvente: s = gsoluto/100 mL agua
Términos cualitativos utilizados:




Insoluble (i)
Poco soluble (ps)
Soluble (s)
Factores que la afectan:



Temperatura (s aumenta cuando T aumenta)
Estructura molecular de la sustancia (iónica, covalente, etc.)
Naturaleza del disolvente (polaridad)
2
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Propiedad física (2): Punto de fusión
(Temperatura de fusión)
es la temperatura, (Tf):


de equilibrio entre sólido y líquido: líquido  sólido

donde la rapidez fusión(sólido) = rapidez congelamiento(líquido)
líquido
rapidez sólido
fusión  rapidezcongelamiento

Tf = Tc (pto. congelación de su líquido).


Sirve como criterio de pureza.

Punto de fusión normal es el punto
de fusión a una atmósfera de presión.

Compuesto impuro:
Tf = Tc
Punto de fusión como criterio de pureza


tiene mayor intervalo de
temperatura (varios grados)
de fusión.

se funde a una temperatura
menor que la del compuesto
puro.
Las impurezas amplían el
rango de fusión.
Compuesto puro
Compuesto con impurezas
Propiedad física (3): Punto de ebullición,
(Temperatura de evaporación o ebullición, Tv)

Punto de ebullición:

Es la temperatura en la que:


la fase líquida y gaseosa de una sustancia están en equilibrio : (l) ⇌ (g)
la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa (atmosférica)
ejercida sobre dicho líquido.



Presión de vapor - la tendencia de las moléculas a salir de la superficie del líquido
y pasar al estado de vapor.
Varía con la presión atmosférica.
El punto de ebullición normal es la temperatura a la que
la presión de vapor de un líquido es igual a 1 atm (760 mm
Hg).
3
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Características del Punto de ebullición


depende de:

la masa de sus moléculas

la intensidad de las fuerzas de atracción entre las moléculas.
aumenta al incrementar:



el peso molecular
la polaridad del compuesto
la presencia de puentes de hidrógeno
Propiedad física (4): Indice de refracción, (η)

Es la razón entre la velocidad de la luz en el aire (o al vacío)
a la velocidad de la luz en el líquido estudiado .
Frentes de onda de una fuente
puntual en el contexto de la ley de
Snell.
La región debajo de la línea gris tiene
índice de refracción mayor y
velocidad de onda proporcionalmente
menor que la región por encima de
la línea.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/Snells_law_wavefronts.gif
Índice de refracción de un líqido

Es también una medida de cuánta luz se refracta (se dobla)
cuando pasa del líquido al aire o vice versa.

v( luz en vacío )
v( luz en sustancia )
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Refracci%C3%B3n.svg
4
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Índice de refracción de un líqido

Correcciones en el valor dependen de:

Temperatura –

correcciones matemáticas para el factor de temperatura.


D corregida   Dobservada   4.00 x103  T exp 20.0C 
Instrumentales –

Corrección por referencia (factor de corrección = fc):

fc   D [ H 2O ]   D [ H 2O ]


observada 
teórica
 corregida 
Dmuestra

 observada 
D[ muestra ]
 1.332   D [ H 2O ]
observada 
 fc
El largo de onda de luz usada

Se mantiene constante al hacer la medida (usa luz de amarilla de sodio)
Procedimiento experimental
Procedimiento
Materiales y Reactivos






sólido-pizcas
Materiales (solubilidad):
NaCl
Naftaleno
líquido-gotas
EtOH
HBenz
Éter
Tubos de ensayo
Gradilla para tubos de ensayos
Gotero
Probeta de 10 mL
Reactivos (solubilidad):

(Control) sólidos:




Cloruro de sodio (NaCl)
Naftaleno (C10H8)
Ácido Benzoico (C6H5COOH)
(Control) líquidos:



Etanol (C2H5OH)
Éter (C4H10O)
Agua de-ionizada (H2O)
Desconocido sólido y líquido
4
55
CONTROL: 1 mL de agua
Desconocido liquido y sólido
s-pizcas
l-gotas
1 mL
1

3
2
1
agua
2
EtOH
3
Éter
5
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Resumen de resultados de las pruebas de solubilidad
ps
i
s
NaCl
Naftaleno
HBenz
EtOH
NaCl
Éter
Naftaleno
EtOH
HBenz
Éter
s
Controles
líquido-gotas
i
Leyenda:
s = soluble
i = insoluble
ps = poco soluble
2
1
3
55
4
2
1
5
1 mL de agua
1 mL de agua
sólido-pizcas
Desconocido liquido y sólido
sólido-pizcas
líquido-gotas
1 mL
1
agua
2
EtOH
Materiales y Equipo





Procedimiento
Tubo capilar (3)
Melt-temp
Termómetro
Desconocido sólido
Sólido posible


a) 100%
b) 50%:50%
Densidad



Desconocido líquido
Pipeta de 1 mL
Botella de muestra de 5-mL/tapa
Materiales y Equipo

Éter
Punto de fusión


3
Punto de ebullición






Tubo de ensayo
Termómetro
Tubo capilar
Plancha de calentamiento
Agarradera de tubo de ensayo
Desconocido líquido
Procedimiento
Termómetro
Goma de manga o
“Rubber band”
6 x 50 mm
Tubo de ensayo
Tubo capilar apetura
hacia abajo
6
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Aparato alterno para Punto de ebullición
termómetro
goma
Vapor
Líquido
Materiales y Equipo

Procedimiento
Índice de Refracción




Gotero
Alcohol
Refractómetro
Desconocido líquido
Datos
7
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Densidad de líquido (Número de desconocido)
Parte A - Densidad del Líquido
Prueba #1
Prueba #2
1. Masa (g) del envase vacío:
_____________
____________
2. Masa (g) del envase + desconocido:
_____________
____________
3. Masa (g) del desconocido:
_____________
____________
4. Volumen (mL) desconocido añadido (pipeta): _____________
____________
5. Densidad (g/mL) del desconocido (m/V):
____________
_____________
Cálculos de densidad:
6. Densidad promedio (g/mL) del desconocido {(d1 +d2)/2}:
_________________
Pruebas adicionales para el sólido y el líquido desconocido
Parte B – Solubilidad (marque en el espacio apropiado)
1. En agua
2. En etanol
3. En éter
Soluble
(sólido)
(líquido)
_____
_____
_____
_____
_____
_____
Poco soluble
(sólido) (líquido)
_____ _____
_____ _____
_____ _____
Insoluble
(sólido) (líquido)
_____ _____
_____ _____
_____ _____
Parte C – Punto de fusión del sólido desconocido (˚C) ___ s(conocido) ___ mezcla ___
Parte D –Punto de ebullición del líquido desconocido (˚C) _____________
Parte E – Índice de refracción (observado) _______
(corregido) _______
Basado en los datos de las partes A, B, C, D y E
El desconocido sólido es :
_________________
El desconocido líquido es :
_________________
% de error de densidad (l) _____
% de error de pto. fusión (s) _____
% de error de pto. ebullición (l) _____
Preguntas Guías
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Asignación Preliminar adicional a la del
manual.
I. Defina los términos a continuación:
1. Punto de ebullición normal –
2. “Igual disuelve igual” –
3. Solubilidad –
4. Índice de refracción
II.
Las propiedades de metano se enumeran a continuación. Indique si son propiedades
físicas o químicas.
1. Es un gas incoloro a temperatura de salón
2. Reacciona explosivamente con oxígeno.
3. Su punto de fusión es –182oC
4. Tiene una masa molar igual a 6.04 g/mol
III. Dibuje los recuadros de identificación de los siguientes según sus hojas de MSDS).
a) éter
Salud
b) etanol
#
Fuego
#
#
Reactividad
#
Protección personal
#
#
#
#
Preguntas de discusión en el informe
1. Indique si su líquido desconocido es polar o no polar. Explique su respuesta
2. Si se cololca el termómetro en el fondo del envase donde se determina el punto de
ebullición, el punto de ebullición que se determina, ¿será más alto o más bajo que el
correcto
3. Si su líquido desconocido:
1. Es insoluble en agua, ¿formó una capa arriba o abajo de la capa de agua? Explique su
respuesta.
2. Es insoluble en éter, ¿formó una capa arriba o abajo de la capa del éter? Explique su
respuesta.
3. Es soluble en ambos (éter y agua), índiquelo así.
4. ¿Cuál de todas las medidas que hizo se afecta más si se hacen en el Monte Everest o en
el Cerro Puntita de Jayuya?
5. ¿A cuáles de las propiedades medidas se el debe dar mayor importancia al decidir la
identidad del desconocido? Explique su respuesta.
Tabla 1: Constantes Físicas para algunos compuestos
mp (°C)
Aldehídos
Propionaldehído
Isobutyraldehído
n-Butyraldehído
Heptanal
Furfural
Benzaldehído
Salicylaldehído
Cetonas
2-Butanona
3-Pentanona
Cyclopentanona
Cyclohexanona
Acetophenona
Benzophenona
bp (°C)
D (g/ml)
nD
-81
-66
-97
-43
-37
-56
-7
50
64
75
153
161
179
196
0.807
0.794
0.817
0.809
1.111
1.049
1.166
1.363
1.373
1.384
1.426
1.159
1.546
1.574
-86
-42
-51
-32
21
48
80
102
131
155
202
306
0.805
0.816
0.948
0.947
1.033
1.146
1.379
1.391
1.437
1.450
1.534
1.606
9
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Tabla 1: Constantes Físicas para algunos compuestos
mp (°C)
Alcoholes
2-Propanol
-90
2-Metil-2-propanol
26
1-Propanol
-127
2-Butanol
-114
2-Pentanol
--3-Methyl-1-butanol -117
Cyclopentanol
-19
1-Hexanol
-52
Cyclohexanol
24
1-Heptanol
-34
bp (°C)
D (g/ml)
nD
83
83
97
100
119
130
141
157
161
176
0.785
0.779
0.804
0.808
0.810
0.813
0.947
0.815
0.962
0.819
1.378
1.385
1.385
1.395
1.405
1.407
1.453
1.416
1.465
1.425
Tabla 1: Constantes Físicas para algunos compuestos
mp (°C)
bp (°C)
D (g/ml)
Ácidos Carboxílicos
Ácido D/L-Láctico
Decanoic Acid
Trichloroacetic acid
18
32
57
122
270
198
1.206
0.886
1.620
1.439
1.429
1.460
nD
Fenoles
3-Hydroxytoluene
Phenol
2-Nitrophenol
11
42
45
202
182
216
1.034
1.072
1.485
1.544
1.551
1.572
Aminas
Cyclohexamine
Benzylamine
-18
---
134
184
0.819
0.980
1.437
1.543
10