Laboratorio de Qumica Orgnica, Agosto de 2015

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Temperatura de ebullicin

Edward Charrs Sanson1& Faiber Morales

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1Universidad del Atlntico

Facultad de Ciencias

Programa de Biologa

Resumen

La presente prctica se realiz con el fin de aprender algunas tcnicas que se usan para hallar el punto de ebullicin de algunos compuestos y adems con el fin de aprender a manipular los materiales necesarios para ello. Para realizar esta prctica se us el mtodo del capilar, el mtodo de micro-reflujo para medir la temperatura de ebullicin a presin ambiente y se us adems el mtodo de presin reducida. Se armaron equipos diferentes para cada tipo de prueba. Y se us agua como muestra para la realizacin de los mtodos. Se compararon los resultados obtenidos por cada mtodo y se analizaron dichos datos observando variacin en cada uno de ellos, puesto que en los mtodos para la presin atmosfrica hay variacin en la exactitud y en el mtodo de presin reducida como su nombre lo indica la presin que afecta al sistema no es la atmosfrica sino una presin reducida por la succin que ejerce sobre el sistema. Concluyendo de esta manera que el mtodo mas exacto a utilizar para hallar temperaturas de ebullicin es el mtodo del capilar.

Introduccin

El punto de ebullicin de un lquido es la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual a la presin del medio que rodea al lquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del lquido.

La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energa cintica de las molculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullicin, slo una pequea fraccin de las molculas en la superficie tiene energa suficiente para romper la tensin superficial y escapar.

El punto de ebullicin depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo permanente, dipolo inducido - dipolo inducido o puentes de hidrgeno).

Uno de los instrumentos ms utilizados, para el anlisis de compuestos, es el termmetro, con el cual podemos determinar la temperatura de una sustancia y as tambin conocer su punto de ebullicin y fusin, los cuales son muy tiles al tratar de establecer si diferentes muestras corresponden a una misma o diferentes sustancias.

Parte experimental

Materiales y mtodos

Para realizar la experiencia se necesitaron los

siguientes implementos y reactivos:

Implementos

1 Banda de caucho o hilo.

Etanol

Glicerina o aceite mineral.

1 Tubo de ensayo.

Charris & Morales.: Temperatura de ebullicin

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Piedritas de ebullicin.

1 Malla metlica.

Agua.

1 Trpode o aro metlico con soporte.

1 Vidrio de reloj.

1 Erlenmeyer de filtracin al vaco de 250 mL.

2 Pinzas con nuez

2 Capilares cerrados en un extremo.

1 Bomba de vaco.

1 Mechero y manguera.

1 Beaker pequeo o tubo de Thiele

1 Termmetro (0 - 100 C).

La temperatura de ebullicin se hall de dos formas una haciendo dicha medicin a presin atmosfrica y otra a presin reducida. Para la

medicin de la temperatura de ebullicin a presin atmosfrica se usaron dos mtodos: el

del mtodo del capilar y el mtodo de micro-reflujo se llev a cabo armando el equipo mostrado en la figura 1, Luego se colocaron 50

mL de agua en un Erlenmeyer y se adicionaron una o dos piedras de ebullicin (material poroso)

con lo cual se asegur que el lquido ebullera uniformemente. El termmetro se ajust de tal forma que el bulbo estuviese por encima de la

superficie del lquido. Luego se procedi a calentar el sistema gradualmente hasta alcanzar

la temperatura de ebullicin, Anotando el valor cuando la temperatura permaneci constante durante unos 15 a 20 segundos. El mtodo del

capilar consisti en tomar un capilar cerrado y sumergirlo con la parte cerrada hacia arriba en

un tubo de ensayo que contena una pequea cantidad de la muestra lquida (agua), se us 1 mL. El tubo de ensayo se calent en un bao de

aceite mineral. Inicialmente se observar el desprendimiento de burbujas de aire atrapado

dentro del capilar. El calentamiento se realiz a una velocidad aproximada de uno a dos grados

por minuto hasta cuando el burbujeo fue

constante, en este momento se detuvo el calentamiento y se anot la temperatura. Cuando

dejaron de salir las burbujas del tubo capilar y el lquido ascendi por este se ley nuevamente la temperatura, en este momento la presin de

vapor dentro y fuera del capilar era igual a la presin atmosfrica, siendo la temperatura leda

en el termmetro justo en ese momento el punto de ebullicin aproximado

Figura 1. Equipo a travs del cual se trabaj la temperatura de ebullicin del agua. A. para el mtodo del capilar y B. para el mtodo de micro-reflujo. Para el mtodo de presin reducida se tom un Erlenmeyer con desprendimiento lateral y se coloc agua fra (temperatura ambiente) y se conect el desprendimiento lateral del Erlenmeyer por medio de una manguera rgida a un sistema de vaco. Se hizo succin mientras se calentaba suavemente el sistema hasta el punto de ebullicin a una presin reducida. Se anot el valor de temperatura. Por ultimo se compararon las dos temperaturas de ebullicin y se estimaron la presin de vapor del agua para cada temperatura de ebullicin.

Laboratorio de Qumica Orgnica, (2015)

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Figura 2. Equipo a travs del cual se trabaj la temperatura de ebullicin del agua por medio del mtodo de presin reducida.

Resultados y discusin Al realizar cada uno se los pasos del procedimiento para la experiencia se obtuvieron unos datos de las temperaturas de ebullicin del agua para cada mtodo, estos datos se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Datos de las temperaturas de ebullicin para cada uno de los mtodos con los que se realiz

la prctica.

Del anlisis de los resultados podemos destacar la gran precisin que posee el mtodo del capilar ya que la accin del tubo capilar al ser colocado con el extremo cerrado hacia arriba, queda retenido aire. Adems, en la interfase aire - lquido, la superficie de este ltimo

emite vapores, por lo tanto, en el capilar hay aire y vapor del lquido. Al calentar el sistema, el aire se dilata y la presin de vapor del lquido aumenta. Como se tiende a restablecer el equilibrio entre las presiones interior del tubo capilar y la atmosfrica, salen burbujas del capilar. Si continuamos calentando, aumenta la temperatura, aumentarn an ms las presiones del aire y del vapor del lquido, por lo que tambin aumenta la velocidad de salida de las burbujas, hasta que se forma un rosario continuo de burbujas. En este momento, la presin atmosfrica y la presin de vapor del lquido se han igualado, por consiguiente, la temperatura que indica el termmetro, sumergido en el lquido en ensayo, corresponde al punto de ebullicin de ese lquido (Ramrez, C, 2011). A comparacin del mtodo del micro-reflujo que no posee ese barmetro que posee el mtodo del tubo capilar que cumple esa funcin, no toma una temperatura exacta sino una aleatoria puesto que no se tiene certeza de cuando la presin de vapor es igual a la presin atmosfrica lo que hace inexacto al mtodo. Por otra parte el mtodo de presin reducida aleja mucho ms a la temperatura de ebullicin real a la tomada experimentalmente, dado que este mtodo como ya se explic anteriormente, se basa en reducir la presin a la cual se mide la temperatura a travs de un equipo de succin. Al reducir la presin del sistema consigo disminuir la temperatura de ebullicin del lquido. (Dupont-Durts & Gokel, 1985)

Conclusiones

A travs de la prctica se pudo corroborar que hallar el punto de ebullicin a partir del mtodo del capilar es un acierto, puesto que este mtodo es un mtodo que muestra resultados muy exactos de los puntos de ebullicin mostrados en la literatura puesto que el tubo capilar que se le aade muestra el instante en que la presin de vapor del lquido y la presin atmosfrica son iguales y por ende mostrando en ese instante la temperatura exacta de ebullicin de dicho lquido.

Preguntas 1. Consulte sobre los principios fisicoqumicos de

la ebullicin y del punto de ebullicin corregido.

Mtodo y

Muestra

T.

Ambiente

T.

Burbujas

T.

Constante

Capilar,

muestra

problema

33 C

50 C

65 C

De micro-

reflujo

28 C 71 C 99 C

Capilar,

muestra

agua

33 C 40 C 63 C

Presin

reducida

28 C 50 C 88 C

Charris & Morales.: Temperatura de ebullicin

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2. Cul ser el punto de ebullicin a 200 mm Hg del agua segn la figura 1? Explique. 3. Se pueden comparar directamente los puntos de ebullicin medidos en Barranquilla con los puntos de ebullicin normales reportados en la literatura? 4. A un hidrocarburo desconocido se le midi su punto de ebullicin normal y dio 81 C. tambin se le midi su densidad dando 0,724. Consultando textos o manuales apropiados identifique el hidrocarburo explicando su procedimiento.

Solucin

1R/: Los principios fisicoqumicos de la ebullicin consiste en las propiedades que hacen que las molculas disminuye la cohesin de las molculas, esto se debe a que la presin interna (la presin del compuesto) iguala a la presin del vapor (la presin del ambiente), y esto es gracia a la energa trmica suministrada al aumentar la temperatura, por eso los puntos de ebullicin de los compuestos varan segn la altura a la que se haga el experimento. Punto de ebullicin corregido: Cuando se desea hallar el punto de ebullicin de un compuesto se debe tener en cuenta a la altitud a la que se realiza la toma de la muestra, puesto que la presin difiere segn la altura, para ello se ide una frmula que estima el aumento o descenso al momento de hallar el punto de ebullicin, se debe multiplicar la diferencia de las presiones, por el valor referido en la tabla (los valores de correccin usados estn definidos por la literatura teniendo en cuenta la polaridad del compuesto y la temperatura a la que se encuentra ). Este valor permite estimar de forma ms adecuada la temperatura de ebullicin de una sustancia en cierta altitud. 2R/: La presin en este caso influir en el punto de ebullicin, eso se debe a que la presin y la temperatura son directamente proporcionales, es decir que a mayor presin mayor ser la temperatura para que se del cambio de lquido a gaseoso, sin embargo se maneja un estndar en la presin para establecer un universalidad en los puntos de ebullicin, para eso se toman condiciones normales (a 1 atm de presin o 760 mm Hg).

3R/: En barranquilla es posible comparar los puntos de ebulliciones de los compuestos con los que uno encuentra en la literatura, debido a que estamos sobre el nivel del mar, eso quiere decir que nos encontramos a 1 atmsfera de presin (condiciones normales). 4R/: El ciclohexano: Punto de ebullicin: 80,7C Punto de fusin: 6,47C Punto de inflamacin: -18C Temperatura de auto ignicin: 260C Lmites de explosin (inferior/superior): 1,2 / 8,3 vol.% Presin de vapor: 104 hPa (20C) Densidad (20/4): 0,778 Dadas las caractersticas experimentales mencionadas de T= 81C y densidad 0,724, y al compararlas con las encontradas en la literatura podemos inferir que el hidrocarburo en mencin es el ciclohexano.

Bibliografa

Frro UTN. (s.f.). Frro UTN. Recuperado el 7 de Marzo de 2014, de Frro UTN: http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/1_anio/quimigeral/Pto._de_Ebullicin5.pdf.

Udea. (s.f.). Docencia udea. Recuperado el 2014

de Marzo de 7, de Docencia udea: http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica06.html.

Dupont-Durts, H., & Gokel, G. (1985). Qumica orgnica experimental. Reverte. 47pp.