CIENCIA DE LOS MATERIALESTALLER DE LABORATORIO

TEMPERATURA DE EBULLICION

INTEGRANTES:

DIANA ROBLES09492020

CARLOS GÓMEZ09492004

CESAR RODRÍGUEZ09492065

DOCENTE

ING. ALEJANDRA C. OTRIZ

TECNOLOGÍA INDUSTRIALII SEMESTRE

UNIVERSIDAD DE SANTANDER

PRÁCTICA DE LABORATORIOCIENCIAS DE LO MATERIALES

TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

Objetivos

• Determinar la temperatura de ebullición de algunos líquidos puros.

• Corregir las temperaturas de ebullición de acuerdo con las variaciones en la presión atmosférica.

Marco teórico

Evaporación y presión de vapor

La energía cinética de las moléculas de un líquido está cambiando continuamente a medida que chocan con otras moléculas. En cualquier instante, algunas de las moléculas de la superficie adquieren la suficiente energía para superar las fuerzas atractivas y escapan a la fase gaseosa ocurriendo la evaporación. La velocidad de evaporación aumenta a medida que se eleva la temperatura del líquido.

Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado, las moléculas del vapor quedarán confinadas en las vecindades del líquido, y durante el transcurso de su movimiento desordenado algunas de ellas pueden regresar de nuevo a la fase líquida. Al principio, la velocidad de condensación de las moléculas es lenta puesto que hay pocas moléculas en el vapor. Sin embargo, al aumentar la velocidad de evaporación, también aumenta la velocidad de condensación hasta que el sistema alcanza un estado en el que ambas velocidades son iguales (véase la figura 1).

Figura 1. Evaporación de un líquido en un recipiente cerrado

En este estado de equilibrio dinámico, la concentración de las moléculas en el vapor es constante y por lo tanto también es constante la presión. La presión ejercida por el vapor cuando se encuentra en equilibrio con el líquido, a una

determinada temperatura, se denomina presión de vapor y su valor aumenta al aumentar la temperatura.

Temperatura de ebullición

La temperatura de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión externa. En este punto, el vapor no solamente proviene de la superficie sino que también se forma en el interior del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es característica de la ebullición. La temperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se haya evaporado.

El punto de ebullición que se mide cuando la presión externa es de 1 atm se denomina temperatura normal de ebullición y se sobreentiende que los valores que aparecen en las tablas son puntos normales de ebullición.

Corrección de la temperatura de ebullición

En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la presión atmosférica debidos a las variaciones en la altura. A medida que un sitio se encuentra más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor . A una altura de 1500 m o 0.84 atm (Medellín, por ejemplo), el agua ebulle a 95 °C mientras que al nivel del mar el agua hierve a 100 °C.

Con el propósito de realizar comparaciones con los valores reportados por la literatura, se hace necesario corregir la temperatura normal de ebullición en un factor proporcional a la diferencia de presiones. Los factores de corrección se muestran en la tabla 6.1 y dependen de la polaridad del líquido.

Ejemplo: La temperatura normal de ebullición del agua es de 100 °C. ¿Cuál será el punto de ebullición del agua en Medellín (p = 640 torr) y Bogotá (p = 560 torr)?

Para Medellín: p = 760 torr – 640 torr = 120 torr = 120 mm Hg

Fc = 120 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 4.4 °C

Te = 100 °C – 4.4 °C = 95.6 °C

Tabla1. Factores de corrección del punto de ebullición por cambios en la presión

Variación en T por p = 10 mm Hg

Teb normal (°C) Líquidos no polares Líquidos polares

50 0.380 0.320

60 0.392 0.330

70 0.404 0.340

80 0.416 0.350

90 0.428 0.360

100 0.440 0.370

110 0.452 0.380

120 0.464 0.390

130 0.476 0.400

Para Bogotá: p = 760 torr – 560 torr = 200 torr = 200 mm Hg

Fc = 200 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 7.4 °C

Te = 100 °C – 7.4 °C = 92.6 °C

Ejemplo 2 La temperatura de ebullición del n-butanol (polar) en Medellín es de 112 °C, ¿cuál será el punto de ebullición normal del n-butanol?

p = 760 torr – 640 torr = 120 torr = 120 mm HgFc = 120 mm Hg x 0.382 °C/10 mm Hg = 4.6 °CTe = 112 °C + 4.6 °C = 117 °C

Nótese que para 112 °C, el valor del factor de corrección en la tabla 6.1 se estima aproximadamente por interpolación. Consultar en qué consiste este método.

Materiales y equipo

• Líquidos: cloroformo, etanol, 1-butanol, hexano (consultar el punto de ebullición y la fórmula química de estos líquidos)• Aceite mineral• Vaso de precipitados, tubo de ensayo• Soporte universal• Termómetro• Mechero• Capilares (traerlos)

Procedimiento

A un tubo de ensayo pequeño se añaden 2 mL del líquido problema, se introduce un capilar sellado por uno de sus extremos de modo que el extremo abierto toque el fondo del tubo y luego se adiciona el termómetro. El sistema se coloca en un baño de aceite, tal como se ilustra en la figura 6.2.

Figura 2. Montaje para la temperatura de ebullición

Se calienta gradualmente (2-3 °C/min) hasta que del capilar se desprenda un rosario continuo de burbujas. En seguida se suspende el calentamiento y en el instante en que el líquido entre por el capilar se lee la temperatura de ebullición. La determinación se repite para los demás líquidos.

Cálculos y resultados

Anotar en la tabla 2 los datos obtenidos en el experimento. Corregir la temperatura normal de ebullición de cada líquido a la presión del laboratorio, y calcular el porcentaje de error en la temperatura de ebullición experimental por comparación con los valores corregidos.

Tabla 2 Temperaturas de ebullición

Líquido PolaridadTeb normal,

°CTeb , °C

(corregida)Teb , °C

(laboratorio)Error* (%)

terbutanol polar  83 78,764  85 7,91

secbutanol polar  94  89,632 97  8,22

1-butanol polar  117,73  113,077 118 4,35

    %

Asumimos presion de bucaramanga igual a 640 torr, luego:

Factor de corrección

Hallamos un delta de presion , que sera igual en toda la prueba:

∆P = presion atmosferica – presion de la ciudad

∆P = 760 torr – 640 torr = 120 torr = 120 mmHg

Para obrener el valor de ∆T debemos leerlos de tablas de factores de correccion para temperaturas de ebullicion a un determinado cambio de presion. El factor de correccion sera entonces:

Factores de corrección del punto de ebullición por cambios en la presión

Variación en T por p = 10 mm Hg

Teb normal (°C) Líquidos no polares Líquidos polares

50 0.380 0.320

60 0.392 0.330

70 0.404 0.340

80 0.416 0.350

90 0.428 0.360

100 0.440 0.370

110 0.452 0.380

120 0.464 0.390

130 0.476 0.400

Temperaturas corregidas:

n-BUTANOL:

Para hallar el delta T, interpolamos de la tabla anterior entre 110°C y 120°C

Terbutanol:

Siguiendo el mismo proceso anterior con los siguientes datos:

= 85

= 83

Interpolando ( )

Fc = 4,236

Secbutanol:

= 94

= 100

interpolando ( )

Fc = 4,368

los anteriores cálculos incluyendo el porcentaje de error se registraron en la tabla de resultados.

Discusión y conclusiones

1. Podemos concluir que la temperatura de ebullición de un compuesto depende de la presión, ya que fue necesario introducir un factor de

corrección en la temperatura de ebullición del compuesto, para hallar el porcentaje error de la prueba.

2. Se observo que a mayor presión el punto de ebullición corregido del compuesto es menor a una mayor altura , ya que depende de un cambio de presión y a mas altura mayor factor de corrección y por lo tanto menor temperatura de ebullición corregida.

3. Los porcentajes de error relativamente bajos de la prueba, permiten concluir que el experimento se realizo de manera cuidadosa y apropiada, por lo que los puntos de ebullición no discreparon mucho.

Preguntas

• ¿Cómo influye la presencia de impurezas solubles en el punto de ebullición?

Altera el punto de ebullición de la mezcla, generalmente aumentándolo.

• ¿Por qué la temperatura de ebullición se da justo cuando el líquido asciende por el interior del capilar?

La elevación de líquido en el capilar es resultado del desplazamiento del aire contenido en el capilar por el vapor del líquido que ha iniciado su ebullición y que se observa precisamente como la salida del rosario de burbujas.

• ¿Por qué la presión atmosférica influye sobre el punto de ebullición?

En los lugares con temperaturas elevadas el agua hierve a mayor temperatura y en los lugares fríos el agua hierve a menor temperatura.No es que el agua hierva, sino que el oxígeno se condensa y el que estaba en la superficie sube en forma de burbujas.Al enfriar, la presión se reduce y como la presión atmosférica es mayor que la presión en el matraz, a menor presión menor grado de ebullición’’.·

Al invertir el matraz se crea vacío y a menor presión menor temperatura de ebullición, porque a volumen constante falta presión y se libera oxígeno para equilibrar la presión.

• Estrictamente hablando, ¿por qué debe ser incorrecto hablar de punto de ebullición?

no se debe hablar de un punto de ebullición en general sino un punto de ebullición especifico a una presión especifica, debido a que en este experimento se hizo con base en la presión atmosférica, sin aplicársele otra.

• ¿Dónde se cocinará más rápido un huevo: en el Himalaya (p = 300 torr), en la luna (patm = 20 torr) o en Bogotá (patm = 560 torr)? Explique su respuesta.

En Bogotá, porque a mayor presión mayor temperatura de ebullición y también porque el punto de ebullición del agua aumenta por lo tanto el huevo se va a mantener a mayor temperatura y se cocinara más rápido.

• ¿Qué son fuerzas intermoleculares y cómo se clasifican?

En el interior de una molécula las uniones entre los átomos que la constituyen son de tipo covalente y, por lo tanto, difícil de separar unos de otros. Sin embargo, entre dos o más moléculas también pueden producirse interacciones.

Estas interacciones de carácter electrostático se conocen, de forma genérica, como "fuerzas intermoleculares" y son las responsables de que cualquier sustancia, incluidos los gases nobles, puedan condensar.

Estas fuerzas se clasifican en dos tipos básicos: Las fuerzas de van der Waals y los enlaces por puente de hidrógeno.

• Investigue qué son sustancias polares y no polares. ¿Qué son los puentes de hidrógeno. ¿Qué relación tiene la polaridad con el punto de ebullición?

• ¿Por qué los alimentos se cocinan más fácilmente en una olla a presión?

Porque están a una mayor temperatura de ebullición debido a la alta presión.

• Criticar la siguiente afirmación: “Cuando el agua ebulle se rompen los enlaces H-O y ambos elementos escapan a la fase gaseosa como H2 y O2”.[Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]

• El punto normal de ebullición de la etiléndiamina, H2N(CH2)2NH2, es 117 °C y el de la propilamina, CH3(CH2)2NH2, es de 49 °C. Las moléculas, sin embargo, son semejantes en tamaño y masa molar. ¿Cómo se explica la diferencia en los puntos de ebullición? [Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]

Por la estructura molecular del compuesto, si los enlaces son muy fuertes, necesitara más energía interna la sustancia para romperlos.

• Cuando una o dos gotitas de un líquido muy volátil se colocan sobre la piel y se dejan evaporar, se experimenta una sensación de enfriamiento. ¿Por qué? [Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]

Por el desprendimiento de la sustancia

CONCLUSION

Se demostró que la temperatura de ebullición de una sustancia es directamente proporcional a la presión atmosférica del lugar donde se haga la medición, es decir, a mayor presión atmosférica mayor es la temperatura de ebullición del fluido y viceversa.

Referencias bibliográficas

• http://www.molecules.org/experiments/jones/jonesbp.html• http://microgravity.grc.nasa.gov/expr/pbeinfo.htm• http://faculty.coloradomtn.edu/jeschofnig/class/class_jeschof/ch1-lb10.htm• http://dwb.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale03.html• http://www.iit.edu/~smart/martcar/lesson5/id22.htm• http://www.sci-journal.org/vol3no2/v3n2a2.html• http://k12science.ati.stevens-tech.edu/curriculum/boilproj/experiment.html