Punto de ebullición

Química Industrial. Ley de Raoult. Método Dühring y Cox. Proceso experimental

  • Enviado por: Julia Contreras Fortes
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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INTRODUCCIÓN .

Definición: punto de ebullición.

Definimos el punto de ebullición como la temperatura a la cual se produce la transición de la fase líquida a la gaseosa. En el caso de sustancias puras a una presión fija, el proceso de ebullición o de vaporización ocurre a una sola temperatura; conforme se añade calor la temperatura permanece constante hasta que todo el líquido ha hervido.

El punto normal de ebullición se define como el punto de ebullición a una presión total aplicada de 101.325 kilopascales ( 1 atm); es decir, la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a una atmósfera. El punto de ebullición aumenta cuando se aplica presión.

El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 K) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 K).

Ley de Raoult.

La ley de Raoult es el estudio simplificado de las soluciones, las cuales están formadas por dos o tres sustancias liquidas. La ecuación de la ley de Raoult es:

La composición de la fase gaseosa Yi está relacionada con la composición del compuesto i en la fase liquida Xi mediante la relación anterior. En esta ecuación, el término de la izquierda recibe el nombre de presión parcial del componente i (YiP). Por su parte el término de la derecha expresa el comportamiento del compuesto o en la fase liquida; esta expresión es válida únicamente para soluciones ideales. Entonces, la fase liquida se comporta como una solución ideal, mientras que la fase gaseosa es una mezcla de gases ideales. Siendo la Presión Parcial: la presión que este componente ejercería en el volumen ocupado por la fase gaseosa, si sólo el estuviera presente, sin embargo la presión parcial sólo tiene sentido para gases ideales. Pisat es la presión de vapor que corresponde a cada sustancia. Es la presión de saturación, es una medida de la energía cinética de las moléculas que se requiere para la evaporación.

La evaporación se produce cuando la fuerza intermolecular del liquido es menor a la energía cinética de las partículas de las moléculas que están en la superficie. De esta forma, sólo un porcentaje reducido de liquido se convierte en vapor.

La ebullición se presenta cuando la energía interna es tan alta que todas las partículas del liquido pueden escapar a la fase gaseosa. Físicamente, la ebullición es cuando la presión del sistema, es infinitesimalmente menor que la presión de vapor del liquido.

Pvap = Psistema

Método de Dühring y Cox.

La primera gráfica de sustancias de referencia para datos de presión de vapor fue propuesta por Dühring, quien representó la temperatura a la que una sustancia de interés tiene una determinada presión de vapor frente a la temperatura a la que la sustancia de referencia tiene la misma presión de vapor.

Método de Mohr.

Se trata de un método de valoración de iones y con patrón de plata utilizando el ión cromato como indicador. El punto final se detecta por la formación de un precipitado de color rojo ladrillo de .

PROCESO EXPERIMENTAL .

En esta práctica lo que vamos a tratar de hacer es determinar experimentalmente las rectas de Dühring y Cox para distintas disoluciones concentradas de cloruro cálcico en agua.

En primer lugar lo que haces, después de haber lavado todo el material, es preparar 250 mL de una solución de cloruro cálcico al 10 % aproximadamente, por lo que vamos a pesar 25 gr de cloruro cálcico en un vaso de precipitado de 400mL , utilizamos un vaso de estas dimensiones ya que al ser muy exotérmica va a liberar mucha energía y además por el volumen de agua requerido. Una vez que se haya disuelto totalmente y esté fría la solución, la vertimos en un matraz aforado de 250 mL enrasando con agua destilada. Debemos de enfriar la solución antes de enrasar ya que cuando se enfría disminuye su volumen.

Una vez preparada la solución la echamos en el calderín asegurando que dentro de él haya trozos de vidrio que asegure su homogeneidad. Se une el calderín mediante muelles al tubo de refrigeración y se comprueba que todos los tubos están bien unidos sin que se produzcan pérdidas. Posteriormente se abre el circuito de agua refrigerante, nos aseguramos de que circula agua constantemente, y se pulsa el interruptor de la manta calefactora que se ha acoplado anteriormente al calderín. Por último con la bomba de vacío encendida tenemos que disminuir la presión en el interior del aparato procurando que la diferencia manométrica entre ambas ramas sea la máxima posible (aprox. 500-600 mm) . Durante el tiempo que la mezcla está alcanzando el punto de ebullición debemos mantener constante dicha presión por lo que tenemos que está regulando constantemente la llave.

Mientras que la solución llega a hervir preparamos una disolución de 100ml de nitrato de plata al 0,2 N. Según la fórmula de la normalidad, ésta es igual a la molaridad por “z”,como para el nitrato de plata “z” es igual a uno, tenemos normalidad igual a molaridad, conocido el Pm de este compuesto y , obtenemos que la cantidad necesaria es de 3,397 gr. Una vez pesada dicha cantidad y disuelta en un vaso de precipitado con agua destilado lo llevamos a un matraz aforado de 100mL enrasándola hasta dicha medida.

Ya tenemos el sistema preparado para alcanzar su correspondiente punto de ebullición, cuando esto ocurra anotamos la presión de trabajo y la temperatura a la que nos encontramos, retirando una muestra del calderín de 25 mL con ayuda de una pipeta. De esta muestra tomamos 5ml y lo enfriamos, vertiéndolo posteriormente en un matraz aforado de 100ml y rellenarlo hasta enrasar con agua destilada. De la solución preparada se pipetea 10 cc en un matraz erlenmeyer valorándola con nitrato de plata 0,2 N preparada anteriormente , se utiliza como indicador cromato/dicromato. Anotamos el volumen de valorante gastado.

Una vez que se llega al punto de ebullición con la máxima diferencia de presiones se anota la Tª la presión de trabajo. Se abre la llave reguladora y ahora la diferencia de presión es menor entre ambas ramas, entre 250 y 300 mm. Se calienta la mezcla hasta alcanzar esta nueva temperatura de ebullición y se anota dicha Tª.

Por último se rompe el vacío de modo que ambas ramas estén al mismo nivel, la presión en el interior del aparato será la atmosférica (la anotamos de un barómetro que tenemos en el laboratorio). Con esta última presión se repite el proceso y se anota la nueva Tª.

Retiramos una muestra del calderín de 25 mL con ayuda de una pipeta. De esta muestra tomamos 5ml y lo enfriamos, vertiéndolo posteriormente en un matraz aforado de 100ml y rellenarlo hasta enrasar con agua destilada. De la solución preparada se pipetea 10 cc en un matraz erlenmeyer valorándola con nitrato de plata 0,2 N preparada anteriormente , se utiliza como indicador cromato/dicromato. Anotamos el volumen de valorante gastado. A partir de éste volumen, del de la muestra y de la concentración del valorante podemos saber la concentración de la muestra que hemos sacado del calderín.

A continuación preparamos una disolución al 20% de cloruro cálcico, por lo que pesamos 50 gr de este compuesto disolviéndolo en agua destilada y enrasando hasta 250ml. Una vez obtenida la disolución repetimos el proceso, pero antes de echar la mezcla en el calderín lo lavamos con agua destilada.

CUESTIONES .

1._Ley de Dühring.

La primera gráfica de sustancias de referencia para datos de presión de vapor fue propuesta por Dühring, quien representó la temperatura a la que una sustancia de interés tiene una determinada presión de vapor frente a la temperatura a la que la sustancia de referencia tiene la misma presión de vapor.

2._ Determinar la concentración de cloruro cálcico en la muestra en ebullición en cada uno de los dos ensayos.

Volumen 1 (ml)

Concentración 1

Volumen 2 (cc)

Concentración 2

Muestra al 10%

5,7 ml

0,2

10

0,11

Muestra al 20%

10,2

0,2

10

0,21

Para calcular la concentración de cloruro cálcico aplicamos la ecuación:

Volumen 1: volumen de nitrato de plata utilizado en la valoración (valorante).

Volumen 2: volumen de cloruro cálcico diluido del calderín a valorar.

Concentración1:concentración del nitrato de plata.

Concentración 2: concentración de cloruro cálcico calculada.

Las concentración de cloruro cálcico obtenidas son las de la disolución del calderín pero diluidas, las que nos pide se obtiene multiplicando la concentración obtenida por 100 ml que será el volumen de la disolución diluida y dividido todo por 5 ml que es lo que sacamos del calderín. (fórmula anterior).

Disolución del 10%: (0,11x100)/5=2,2 N

Disolución del 20%: (0,21x100)/5=4,2 N

3._Representar la temperatura de ebullición a las tres presiones de trabajo de cada una de las muestras frente a la temperatura de ebullición del agua pura a esas mismas presiones.

Punto de ebullición

4._Utilizando la gráfica dibujada en el apartado anterior, determinar la temperatura de ebullición de una disolución acuosa al 10% de Cl2Ca en los siguientes casos:

a) a 0,67 atm. De presión

En primer lugar lo que hacemos en pasar de atm a mmHg,sabes que 1 atm= 760 mmHg

0,67 atm x 760 mmHg/atm= 509,2 mmHg

Luego nos vamos a unas tablas y para esa presión se mira la Tª de ebullición de agua pura que es de 89º C y observando la gráfica se ve que para esa Tª tenemos una Tª de ebullición del cloruro cálcico es de 91º C.

b) a una presión a la cual la temperatura de ebullición del agua es 74ºC.

Al igual que antes miramos en la gráfica la Tª de ebullición del cloruro cálcico que le corresponde a esa Tª de ebullición del agua pura, será de 78º C.