-
INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL
INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGA
MANUAL PARA LABORATORIO DE
FISICOQUMICA
AUTORES:
I.Q.I. Guadalupe Mariana Francisco Torres I.Q.I. Minerva Jurez
Jurez I.B.Q. Pedro Miranda Reyes
I.B.Q. Luis Martn Morn Snchez Q.F.I. Raquel Nava Alvrez
Dra. Itzia Irene Padilla Martnez
2009
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
INTRODUCCIN
El principal objetivo que persigue este manual de prcticas es de
servir de gua en el desarrollo prctico del estudiante que cursa la
asignatura de FISICOQUMICA. Para este fin es necesaria la
comprensin de determinados conceptos tericos imprescindibles en el
manejo de los datos experimentales obtenidos durante el desarrollo
de la prctica. Entonces, es muy importante la lectura previa y
discernimiento de los fundamentos de cada prctica antes de iniciar
la sesin en el laboratorio. Esto se logra con un poco de empeo por
parte del estudiante, quin no solo debe conformarse con la lectura
de los fundamentos, sino que debe consultar las fuentes
bibliogrficas pertinentes. De mucha ayuda resulta para esto ltimo
la realizacin de un protocolo de investigacin que propone
preguntas, solicita la bsqueda de datos y pide que se elabore un
diagrama de flujo del desarrollo de la prctica, con el fin de que
el estudiante conozca el procedimiento que debe seguir. El reporte
escrito de la prctica debe incluir: (a) Objetivos: deber incluir
tanto los propuestos como los que eventualmente dicte el
profesor e inclusive algn objetivo que la inventiva del
estudiante proponga con respecto al tema estudiado.
(b) Presentacin de los resultados: tanto los datos como los
resultados experimentales debern presentarse utilizando tablas y
grficas debidamente intituladas. En secuencias repetitivas de
clculos se deber ejemplificar la forma como se llev a cabo el
tratamiento de los datos experimentales incluyendo el anlisis
dimensional.
(c) Anlisis de resultados: en esta seccin del informe, el
estudiante interpretar los resultados obtenidos experimentalmente
dentro de un marco terico-conceptual, en el apartado
correspondiente de cada prctica se proponen ciertos lineamientos
para llegar a este fin. Entindase que no son preguntas que hay que
contestar secuencialmente, sino una gua.
(d) Conclusiones: stas debern ser congruentes con los objetivos,
estar fundamentadas en el anlisis de resultados y en las
observaciones realizadas durante el trabajo prctico. Asimismo puede
incluirse sugerencias que estn encaminadas a la obtencin de datos
ms confiables y precisos.
(e) Bibliografa: se anotarn aquellas referencias bibliogrficas
que respalden tanto el anlisis de resultados como a las
conclusiones. Estas referencias debern citarse correctamente a lo
largo del texto.
Este conjunto de prcticas es perfectible, por lo que se
agradecen los comentarios y sugerencias tanto por parte de los
estudiantes como de los profesores que hagan uso de este
manual.
Los Autores
2 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
INDICE
Nm. de Prctica
Nombre de la prctica
Pgina
1 Determinacin de densidad, viscosidad e ndice de
refraccin
3
2 Equilibrio lquido-vapor en sistemas lquidos binarios 13
3 Equilibrio de un sistema lquido de tres componentes 22
4 Propiedades coligativas 29
5 Adsorcin de cido actico sobre carbn vegetal 37
6 Isoterma de adsorcin de Gibbs 44
7 Preparacin e identificacin de emulsiones 49
8 Los tensoactivos y su comportamiento en la interfase
slido-
lquido
55
9 Relojes qumicos 62
10 Cintica de la decoloracin de la fenolftalena en medio
alcalino. Efecto de la fuerza inica
68
11 Cintica de halogenacin de la acetona 75
Anexo Mtodos experimentales para la determinacin de la
tensin
superficial
84
3 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
PRCTICA No. 1
DETERMINACIN DE DENSIDAD, VISCOSIDAD E NDICE DE REFRACCIN I.
OBJETIVOS
1. El alumno definir e identificara la importancia de las
propiedades: densidad, viscosidad e ndice de refraccin en
soluciones acuosas.
2. Determinar experimentalmente la relacin de la densidad, la
viscosidad e ndice de refraccin con la concentracin de algunas
soluciones.
3. Demostrar qu factores pueden modificar dichas propiedades. 4.
Relacionar cul es la importancia de estas propiedades en la
Industria
Farmacutica, indicando ejemplos de aplicacin. II. FUNDAMENTOS.
Densidad
La densidad absoluta de un cuerpo homogneo (slido, lquido y gas)
es la masa del cuerpo por unidad de volumen del cuerpo. En otras
palabras, la densidad (T) de un cuerpo a una temperatura
determinada es el cociente de su masa (m) entre su volumen (VT) a
esa misma temperatura.
T
T Vm=
La densidad tiene como unidades kg/m3 10 -3 g/cm3. La densidad
relativa o gravedad especifica de una sustancia se define como
la
razn de la densidad de esa sustancia entre la densidad del agua
a 4C ( =1.0 g/cm3 =1.0X103 kg/m3)
agua
susrel = . La densidad relativa es un nmero adimensional.
Figura 1 Aremetro y Picnmetro
Los aremetros son instrumentos utilizados para medir la densidad
relativa dichos instrumentos estn basados en el principio de
Arqumides que establece que un objeto sumergido total o
parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza
igual o al peso del fluido que se desaloja.
4 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
ms viscoso sea el fluido, mayor es la fuerza necesaria, por lo
tanto la constante de proporcionalidad para esta ecuacin se define
como el coeficiente de viscosidad :
Los picnmetros sirven para determinar la densidad de lquidos,
slidos y productos
pastosos por el mtodo del matraz. Los aremetros se utilizan para
lquidos. Los picnmetros y los aremetros son los aparatos de medicin
que mejor se adaptan al control de materias primas y medicamentos
en laboratorios y en hospitales debido a su manejo fcil, bajo
costo, especificidad, entre otros.
Los picnmetros constan de dos partes: - un cuerpo periforme o
cilindro con cuello esmerilado estrecho o largo - un tapn
esmerilado capilar con o sin marca de aforo
Viscosidad Los fluidos reales tienen cierta cantidad de friccin
interna que se llama viscosidad.
Esta propiedad existe tanto en los lquidos como en los gases y
en esencia es una fuerza de friccin entre diferentes capas de
fluidos que aparece cuando stas pasan una sobre otra. En los
lquidos se debe a las fuerza de cohesin entre las molculas; en los
gases provienen de las colisiones entre las molculas. La viscosidad
de diferentes fluidos puede expresarse de manera cuantitativa
mediante un coeficiente de viscosidad que se define de la siguiente
manera. Una capa delgada de fluido se coloca entre dos placas
planas, una est inmvil y la otra se mueve. El fluido que se
encuentra directamente en contacto con ambas placas es empujado
hacia la superficie por las fuerzas adhesivas entre las molculas
del lquido y las de la placa. As, la superficie superior del fluido
se mueve con la misma velocidad v que la placa superior, en tanto
que el fluido en contacto con la placa estacionaria permanece
inmvil. Este estrato de fluido retrasa el flujo del estrato que est
justo encima, este estrato retrasa el flujo del siguiente y as
sucesivamente. El incremento en la velocidad dividido por la
distancia sobre la cual se realiza este cambio (igual a v/l) se
llama el gradiente de velocidad.
F Placa en movimiento
Fluido Gradiente de Velocidades l
Placa estacionaria
Figura 2
Determinacin de la viscosidad
Para un fluido dado, se encuentra que la fuerza necesaria, F, es
proporcional al rea de cualquiera de las placas, A, y a la
velocidad, v, que es inversamente proporcional a la separacin de
las placas, F A(dv/dl). para diferentes fluidos, mientras
5 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
. Las unidades de la viscosidad es el
poise ( ) que es dinas/cm2 = gcm-1s-1
dades es uniforme se utiliza la ecuacin anterior. En caso de que
el gradiente de velocidad no es uniforme se utiliza la ecuacin
siguiente:
s la rapidez con que cambia la velocidad por unidad de distancia
medida en forma perpendicular a la direccin de la velocid
oporcionalidad directa entre la fuerza y la velocidad dada por
la ecuacin 1 umple para los fluidos newtonianos, por otra parte
podemos decir que es funcin de la
velocid
todos empleados para la medicin de la viscosidad de los quidos
se basa en las ecuaciones de Poiseuille. El mtodo ms sencillo para
medir
viscosi
F= A(v/l) (1)
Resolviendo para encontramos = Fl / vAP Cuando el gradiente de
veloci
F= A (dv/dy) (2)
Donde el gradiente de velocidad dv/dy e
ad.
La prc
ad para los fluidos no newtonianos, ejemplos de estos fluidos
newtonianos son la sangre y otras suspensiones.
La mayora de los ml
dades es mediante un viscosmetro de Ostwald (Figura 3). La
ecuacin de Poiseuille para el coeficiente de viscosidad de lquidos
es:
(3) donde V es el volumen del liquido de viscosidad que fluye en
el tiempo t a travs de un
bo capilar de radio r y la longitud L bajo una presin de P dinas
por centmetro
esin que en cualquier instante mueve al lquido a travs del
capilar es roporcional a su densidad:
= kt (4)
Donde k es la constante del nsidad del lquido y t el tiempo de
ujo. Por lo tanto para dos lquidos diferentes es:
2 (5)
El lquido utilizado para ca ebe tener aproximadamente el ismo
tiempo de flujo t que el desconocido, no es necesario determinar k,
es suficiente
con m
tucuadrado.
La prp
viscosmetro, la de
fl
1/2 = 1t1/2t
librar el viscosmetro dm
edir el tiempo de flujo t1 del lquido de referencia de
viscosidad conocida 1 y
6 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
as cantidades t1 y t2 se miden con un viscosmetro de Ostwald
(Figura 3). Una cantid
Fi ura 3 Viscosmetro de Ostwald.
Imaginemos que una bolita de acero
densidad 1 y comprarlo con el tiempo de flujo t2 del lquido de
densidad 2 cuya viscosidad 2 debe determinarse.
Lad definida de liquido se introduce en el viscosmetro y luego
se hace pasar por
succin al bulbo B hasta que el nivel del liquido este sobre una
marca A. Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que
su nivel descienda hasta una marca B y se mide con un cronometro.
El viscosmetro se limpia, luego se aade el lquido de referencia y
se repite la operacin. Con este procedimiento se obtienen t y la
viscosidad del lquido se calcula con la ecuacin anterior.
g
que se mueve en descenso en el interior de un lquido contenido
en un recipiente que previamente se le hicieron dos marcas (una
superior y otra inferior), existe un momento en que se alcanza una
velocidad lmite constante, cuando pasa por la marca superior, se
empieza a contar el tiempo y se termina de contar cuando pase por
la marca inferior. El valor de dicha velocidad se obtiene
dividiendo el desplazamiento x entre le tempo en el que tarda el
mvil en desplazarse t.
txv = (6)
expresin de la velocidad lmite se obtiene cuando la resultante
de las fuerzas que ac
Latan sobre la esfera es cero (ley de Stokes).
( )
9
2 2 fegrv= (7)
n donde: locidad lmite vl tiene unidades de m/s
kg/m3
2
expresar en las unidades correspondientes.
E
La veLa densidad de la esfera e y del fluido f en El radio R de
la esfera en m La aceleracin de la cada de un cuerpo g en
m/sFinalmente se despejar la viscosidad y se
7 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA ndice
tra es un mtodo analtico fsico que se basa en la medicin del
ndice de refraccin n de un haz luminoso correspondiente a la lnea
espectral D del sodio a
Fi do
Se llama ngulo de incidencia -i- el
rmado por el rayo incidente y la
el formado or el rayo refractado y la normal.
refraccin absoluto "n" de un medio transparente al cociente ntre
la velocidad de la luz en el vaco,"c", y la velocidad que tiene la
luz en ese medio,
"v". El
ireccin) cuando pasa de un medio a otro en el que vi ja con
distinta velocidad, debido al cambio de densidades. En la refraccin
se cumpl
fractado y la normal estn en un mismo plano.
de refraccin La refractome
20 0.5.
fonormal. La normal es una recta imaginaria perpendicular a la
superficie de separacin de los dos medios en el punto de contacto
del rayo. El ngulo de refraccin -r- espgura 4.Refraccin de la luz
cuan
pasa de un medio a otro
Se llama ndice dee
valor de "n" es siempre adimensional y mayor que la unidad, es
una constante caracterstica de cada medio: n = c/v.
Un rayo se refracta (cambia de daen las siguientes leyes:
1.- El rayo incidente, el rayo re
2.- Se cumple la ley de Snell:
(8) y teniendo en cuenta los valores de los ndices de refraccin
resulta:
Cuando la luz se refracta orque se propaga con distinta
velocidad en el nuevo medio. Como la frecuencia de la vibracin no
vara al pasar de un medio
n1sen i = n2 sen r. (9)
cambia de direccin p
a otro, lo que cambia es la longitud de onda de la luz como
consecuencia del cambio de velocidad. El ndice de refraccin es
caracterstico de un lquido puro, un slido o un gas.
8 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA I. PROTOCOLO DE
INVESTIGACIN
1. Explique la diferencia entre la densidad y el peso especfico.
izacin.
ad, describa
4. wtoniano y no newtoniano. es.
. DESARROLLO EXPERIMENTAL
) Material y reactivos
Picnmetro o matraz volumtrico de 10
cosmetro de Ostwald
equeas de acero inoxidable
rcionado por los
1 Balanza Analtica Abbe
L y de 1 mL
Solucin de Sacarosa 0.5M
) Secuencia experimental
Preparar soluciones de Sacarosa 0.5M, 0.4M, 0.3M, 0.2M, 0.1M y
de etanol absoluto 90%, 7
ensidad
1. Lavar y secar perfectamente el picnmetro o matraz volumtrico
de 10 mL
ante) su
5. tapn de vidrio en el picnmetro. Esto provocar un derrame de
la
6. aso mpw o mps.
s a analizar.
OTA: NO TOCAR EL PICNOMETRO CON LOS DEDOS EN CADA PESADA.
asa del picnmetro (mp) gua (mpw)
II
2. Investigar qu es l prisma de Amici, as como su funcin y
util3. Investigar qu otros mtodos existen para la determinacin de
viscosid
brevemente al menos dos de ellos. Explique la diferencia entre
fluido ne
5. Investigar como se determina la densidad relativa en las
solucion6. Elaborar un diagrama de flujo para la secuencia
experimental.
IV a 1mL 1 Vis1 Vernier 2 Esferas p1 Regla o Escalmetro 1
Cronmetro (propoalumnos)
1 Refractmetro de 1 Pipeta volumtrica de 5 m10 Matraces
Erlenmeyer de 125 mL
Etanol absoluto Agua destilada
b
0%, 50%, 30%, 10% (25mL de cada solucin). Distribuir las
soluciones en los 10 matraces Erlenmeyer de 125 mL y etiquetar
correctamente para evitar confusiones. D
2. Pesar en la balanza analtica el picnmetro vaco y registrar
(mp). 3. Colocar el picnmetro sobre una superficie absorbente
(papel sec4. Llenar el picnmetro inicialmente con agua destilada,
hasta que casi rebase
capacidad. Introducir el sustancia utilizada que ser absorbido
por el papel secante. Secar perfectamente el exterior del
picnmetro.
7. Pesar en la balanza analtica y registrar segn el c8. Repetir
todos los pasos anteriores para cada una de las sustancia
N MMasa del picnometro con a
9 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
(mps)
(ms)
mp = _____________ mpw = ______________ mw =
________________
Concentracin mps ms
Masa del picnometro con la sustancia Masa del agua (mw) Masa de
la sustancia
solucin de Sacarosa
0.1M 0.2M 0.3M 0.4M 0.5M
Tabla 1. Masas de la in de Sacarosa a diferentes concentraciones
utilizando el
Concentracin
et
mps ms
solucpicnmetro.
solucin de anol absoluto
10% 30% 50% 70% 90%
Tabla 2. Masas de la s n de etanol absoluto a diferentes
concentraciones utilizando
iscosidad empleando el Viscosmetro de Otswald.
1. Lavar perfectamente el viscosmetro y la pipeta de 5 mL. vease
figura 3.
a que el
4. cuentre con la marca A, activar el
6. enisco del lquido cruce la marca B (ver figura 3), desactivar
el
7. pos difieren en gran medida, repetir
8. a destilada por el lquido problema, agregando por el extremo
ms
9. , 6 y 7 hasta terminar con cada una de las soluciones a
oluciel picnmetro. V
2. Agregar 3 mL de agua destilada en el extremo ms ancho3.
Succionar utilizando una jeringa en el otro extremo del viscosmetro
hast
nivel del lquido se encuentre por encima de la marca A (ver
figura 3). Suspender la succin y dejar fluir el lquido.
5. Tan pronto el menisco del lquido se encronometro. Cuando el
mcronometro y registrar el tiempo utilizado (tw) Repetir los pasos
3, 4, 5, 6, dos veces (si los tiemuna vez ms). Cambiar el aguancho
del viscosmetro. Repetir los pasos 3, 4, 5diferentes
concentraciones, registrando los tiempos en la columna (t) en las
tablas correspondientes.
10 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA iempo del agua (tw)
es de etanol (tE) )
= _______________
TTiempo de las solucionTiempo de las soluciones de sacarosa
(ts
tw
Tabla 3. Tiempo de flujo de agua destilada usando el viscosmetro
de Ostwald.
Concentracin tj (seg) sacarosa
solucin de sacarosa
0.1M 0.2M 0.3M 0.4M 0.5M
Tabla 4. Tiempos de flu dades de la sacarosa a diferentes
concentraciones.
Concentracin tE (seg) E
jo y viscosi
de etanol absoluto
10% 30% 50% 70% 90%
Tabla 5. Tiempos de flu scosidades del et nol absoluto a
diferentes concentraciones.
todo de la esfera de Cada
En este experimento se emplear una bureta de vidrio transparente
de 50 mL, previa
Antes de iniciar se deber determinar la densidad y el radio de
la esfera de acero inoxida
OTA: MANIPULAR LA ESFERA CON LAS MANOS LIMPIAS O CON GUANTE DE
CIRUJANO
1. Llenar la bureta con una solucin preparada de 60% agua y 40%
de sacarosa p/p,
2. una esfera de acero inoxidable al centro de la probeta,
accionar el
jo y vi a M
mente lavada y seca, medir la distancia que hay entre la ltima
marca superior y otra a los 5 o 10 mL, registrar esta
distancia.
ble, para la densidad es necesario medir el dimetro de la misma
(con ayuda de un vernier) y su masa (empleando la balanza
analtica), lavarla y secarla previamente. N
hasta casi su totalidad de capacidad (dejando entre 1-1.5 cm. de
distancia desde el borde). Dejar caercronmetro cuando la esfera
pase frente a la marca superior y detenerlo cuando
11 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
la esfera cruce la marca inferior (ambas marcas definidas con
anterioridad), registrar el tiempo en la tabla siguiente.
3. Repetir el punto anterior, con los otros lquidos glicerina,
propilenglicol repetir pasos 1 y 2.
Solucin d (m) t (seg) v (ms-1) (kg m-1 s-1)
Sacarosa 40/60 Glicerina
Propilenglicol Tabla 6. Viscosidad por el mtodo de la cada de
esfera.
ndice de refraccin
Para la utilizacin del refractmetro de Abbe, la descripcin del
mtodo ser proporcionada por el profesor en el momento a realizar la
prctica, puesto que existen diferentes tipos de instrumentos. V.
TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES Densidad.
1. Calcular la masa del agua destilada mw por diferencia entre
la masa del picnmetro con el agua y el picnmetro vaco (mw =
mpw-mp).
2. Calcular las masas de las soluciones a las diferentes
concentraciones por medio de la diferencia entre la masa del
picnmetro con la solucin y el picnmetro vaco (ms = mps-mp).
3. Obtener las densidades relativas de las especies estudiadas y
registre estos datos en las tablas 8 y 9 segn corresponda.
Concentracin de
solucin de sacarosa
r solucin
0.1M 0.2M 0.3M 0.4M 0.5M
Tabla 8. Datos de densidades relativas e ndice de refraccin de
las disoluciones de sacarosa.
Concentracin solucin de etanol
r solucin10% 30% 50% 70% 90%
Tabla 9. Datos de densidades relativas e ndice de refraccin de
las disoluciones de etanol a diferentes concentraciones.
12 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA Viscosidad.
1. Utilizando la ecuacin 5 y tw completar las tablas 4 y 5.
utilizando las densidades obtenidas en el apartado anterior
(Densidad)
2. Elaborar una grfica de viscosidad vs concentracin para cada
una de las soluciones utilizadas (sacarosa y etanol)
Mtodo de la esfera de Cada Con la ecuacin 7 se calcular la
viscosidad para los lquidos correspondientes. ndice de refraccin.
Colocar los datos de ndice de refraccin ledos directamente en el
refractmetro de Abbe en las tablas 8 y 9 segn corresponda. VI.
ANALISIS DE RESULTADOS
Realizar las grficas de viscosidad, densidad para cada una de
las especies estudiadas.
Utilizando las grficas obtenidas, indicar qu tipo de dependencia
existe entre las propiedades fsicas y la concentracin de las
especies estudiadas. Utilizar el mtodo de regresin para determinar
las ecuaciones empricas correspondientes.
De acuerdo con los mtodos empleados para determinar viscosidad,
explica que diferencias existen en cada uno (rapidez, uso y
precauciones). Con los datos obtenidos realizar una comparacin con
datos bibliogrficos. VII. CONCLUSIONES Se cumplieron los objetivos
de la prctica? Mencione que se puede concluir sobre la relacin
entre las propiedades estudiadas y la estructura molecular de las
mismas. Determine cul es el mejor mtodo para determinar viscosidad
y por qu Qu sugiere para obtener resultados ms confiables y
precisos? VIII. BIBLIOGRAFIA
1. Douglas C. Giancoli. Fsica general, Volumen I, Prentice Hall
Hispanomericana, Mxico, 1988
2. Pradeau D. Analisis Qumicos Farmacuticos de Medicamentos,
Noriega Editores, Mxico, 1998
3. Farmacopea de los Estados Unidos Mexicanos, 7 edicin, Mxico,
2000. 4. Alfonso R. Genaro Remington Farmacia, Tomo 1 19 edicin,
Mdica
Panamericana, Argentina 1998.. 5. Shaw D. J., Introduccin a la
Qumica de Superficie y Coloides, Alambra Espaa,
1977. 6.
www.ugr.es/~qmfisica/espaol/QFciencia/Docencia/Ficheros/Practicas/PI.3.pdf
13 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
PRACTICA N 2
EQUILIBRIO LIQUIDO-VAPOR EN SISTEMAS LIQUIDOS BINARIOS.
I. OBJETIVOS. 1. Determinar el equilibrio entre el lquido y el
vapor en sistemas lquidos binarios. 2. Describir el comportamiento
del equilibrio de los sistemas lquidos binarios por medio de
diagramas de equilibrio.
II. FUNDAMENTOS. En la industria farmacutica se emplean
diferentes mezclas de sustancia lquidas miscibles, ya sea para
preparar un medicando o para extraer un principio activo de las
materias primas. Debido a esto es necesario conocer el
comportamiento de esas mezclas, tanto en forma fsica como qumica,
al ser sometida a condiciones de elevacin de temperatura o cambios
de presin externas.
Cuando se tienen mezclas de lquidos que son miscibles entre s,
al someterlas a calentamiento y alcanzar la temperatura de
ebullicin de la mezcla, el vapor saturado de la misma contendr una
cantidad proporcional de cada uno de los componentes de acuerdo a
la temperatura que se tenga. Sin embargo puede existir algn
componente que no est presente en el vapor debido a que dicha
temperatura est por debajo de su temperatura de ebullicin, este
hecho es utilizado para separar una mezcla en sus componentes. Para
poder realizar la separacin, es necesario conocer bien la
composicin de la mezcla y aplicar las leyes correspondientes.
Ley de Raoult. Para disoluciones extremadamente diluidas, la
presin parcial del disolvente en
funcin de la composicin es:
p1 = p1 x1 = p1(1-x2)
Donde: p1 = presin parcial del disolvente en el vapor. p1 =
presin de vapor del disolvente puro x1 = fraccin molar del
disolvente x = fraccin molar del soluto.
Son pocas las mezclas de lquidos que cumplen con esta ley a
concentraciones arbitrarias (desde 0 a 1 de fraccin mol) y a dichas
mezclas se les llama disoluciones ideales. Sin embargo al aumentar
la temperatura y cuando la presin del vapor saturado de la
disolucin es muy grande, la ecuacin de la ley de Raoult se torna
inexacta debido al aumento de las desviaciones del vapor de las
leyes de los gases ideales, estas desviaciones pueden ser positivas
negativas y para su estudio se considera la fugacidad de las
sustancias en lugar de la presin.
f1 = f1 x1 = f1 (1-x2)
14 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA Donde: f1 = fugacidad del
componente 1 f1 = fugacidad del componente 1 puro x1 = fraccin
molar del componente 1 x2 = fraccin molar del componente 2
A las disoluciones que cumplen la ecuacin anterior se les llama
disoluciones ideales perfectas.
La composicin de una disolucin ideal y el vapor saturado de la
misma, son diferentes, es decir x xv, donde xv es la fraccin molar
del componente en la fase de vapor saturado y x es la fraccin mol
del mismo componente en la fase lquida. La relacin de ambas
composiciones es:
xaax
ppxpxpy
)1(1)(
121
2
+=+=
Donde: y = fraccin mol del soluto en el vapor saturado x =
fraccin mol del soluto en la disolucin lquida. a = relacin p2/p1 de
los componentes puros p1 = presin de vapor del disolvente puro p2 =
presin de vapor del soluto puro Para una mejor identificacin de las
fracciones mol en cada fase xy=y, lo que evita la confusin de ambas
fracciones.
El potencial qumico de las disoluciones binarias en equilibrio
con su vapor a una temperatura dada, ser:
i = i(vapor) Donde: i = potencial qumico del componente i en la
fase lquida. i(vapor) = potencial qumico de i en la fase de
vapor.
Para una disolucin ideal:
i = i (T,P) + RTlnxi Donde: i (T,P) = potencial qumico del
lquido i puro R = constante universal de los gases T = temperatura
absoluta de la disolucin xi = fraccin molar del componente i en la
disolucin
Por lo tanto la energa libre, la entropa y la entalpa para una
mezcla binaria ideal sern:
Gmez = nRTixilnxiSmez = -nRixilnxi
Hmez = 0 Vmez = 0
15 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA III. PROTOCOLO DE
INVESTIGACION. 1. Definir la ley de Raoult, indicando sus
limitaciones. 2. Efectuar la deduccin matemtica de la fraccin molar
para dos sustancias en el
vapor saturado de su disolucin. 3. Definir el concepto de presin
de vapor. 4. Investigar en la bibliografa las propiedades fsicas
del tolueno, benceno, acetona y del
etanol. 5. Investigar a que se le llama destilacin. 6. Elaborar
un diagrama de flujo con la secuencia experimental a seguir.
IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL
a) Material y reactivos. 10 matraces erlenmeyer de 100 mL
1 refrigerante recto con mangueras ltex 1 matraz baln de 50 mL
10 tubos de ensayo con tapn 1 termmetro de -10 a 110 C conexiones
de vidrio 3 pinzas para matraz 1 parrilla elctrica
1 soporte universal Refractmetro tolueno benceno acetona etanol
absoluto agua destilada.
b) Secuencia experimental. b.1. Preparar las siguientes
disoluciones (el volumen total debe ser de 20 mL):
Nm. de matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 % tolueno 0 5 10 25 40 50 65
80 90 100
% benceno 100 95 90 75 60 50 35 20 10 0
Nm. de matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 % benceno 0 5 10 25 40 50 65
80 90 100 % acetona 100 95 90 75 60 50 35 20 10 0
Nm. de matraz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
% agua destilada
0 5 10 25 40 50 65 80 90 100
% etanol 100 95 90 75 60 50 35 20 10 0 Nota: es recomendable que
cada equipo de alumnos, realice la determinacin de una serie de
disoluciones ya que el procedimiento es el mismo, sin embargo el
reporte de la prctica es de los tres sistemas.
16 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA b.2. Medir el ndice de
refraccin del contenido de cada matraz, as como las densidades de
los lquidos puros (se pueden utilizar los valores reportados en la
literatura). La densidad y el ndice de refraccin se determinan de
acuerdo al procedimiento seguido en la prctica N 1. Determinar la
temperatura a la que se hace la determinacin. b.3. Determinar el
punto de ebullicin de cada una de las disoluciones, de acuerdo con
el siguiente procedimiento: b.3.1 Armar el aparato de destilacin de
acuerdo con las instrucciones del profesor (Figura 1). b.3.2
Introducir el contenido del primer matraz en el matraz bola de
calentamiento, el bulbo del termmetro deber estar sumergido en el
lquido, tapar y asegurarse de que no existan fugas. b.3.3 Calentar
el matraz lentamente, al alcanzar la temperatura de ebullicin, se
registra la temperatura cuando condense la primera gota, en un tubo
de ensayo se reciben 10 a 15 gotas del condensado y se registra la
temperatura al caer la ltima, inmediatamente se
tapa el tubo y se coloca en un recipiente con agua fra.
Figura 1. Aparato de destilacin
b.3.4 Se suspende el calentamiento y el residuo se transfiere al
matraz original. b.3.5 Se repite la secuencia anterior para todas
las disoluciones, no es necesario lavar el material de vidrio
despus de la determinacin de la temperatura de ebullicin, se puede
dejar que se evapore el lquido adherido a la pared de matraz antes
de agregar otra disolucin. b.4. Se determina el ndice de refraccin
tanto del lquido condensado como del lquido residual. Es necesario
que la temperatura de los lquidos sea la misma que la temperatura
del punto 2, registrarlos. V. RESULTADOS
Disolvente Densidad (g/mL)
Benceno
Tolueno
Acetona
Agua Destilada
Etanol
Tabla N 1: Registro de las densidades de los disolventes
puros.
17 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA Nota: Los resultados de los
ndices de refraccin, temperaturas de ebullicin se registran en las
tablas respectivas.
VI. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. 1.- Determinar la
fraccin mol de cada componente de una mezcla. Para esto se
determino la densidad y el volumen de los lquidos puros. 2.
Construir la grfica de la curva de calibracin empleando los datos
de ndice de
refraccin y la fraccin mol de uno de los componentes de la
disolucin. 3.- Interpolar los ndices de refraccin de cada lquido
(condensado y residual) en la
curva de calibracin, para determinar la composicin en fraccin
mol de las mezclas. 4. Construir la grfica de composicin de las
disoluciones residuales en fraccin mol
contra la temperatura media del punto de ebullicin (se promedian
las temperatura de ebullicin).
5. Construir la grfica de composicin en el vapor (lquido
condensado) en fraccin mol contra la temperatura media de ebullicin
(se promedian las temperatura de ebullicin).
Nota: es conveniente que las dos grficas (lquido residual y
vapor condensado) se realicen en la misma hoja. 6. Construir la
grfica de composicin del lquido contra la composicin del vapor. 7.
La secuencia anterior se realiza para cada uno de los tres sistemas
binarios de la prctica.
VII. ANALISIS DE RESULTADOS.
1. Discutir como se efectuara una separacin de una mezcla de
lquidos en base a los resultados.
2. Indicar en la grfica como se representaran las etapas de
separacin (platos tericos), de la separacin de los lquidos.
3. Discutir las diferencias del comportamiento de los sistemas
binarios empleados en la prctica.
VIII. CONCLUSIONES
S cumplieron los objetivos de la prctica? En base a los
experimentos realizados.
Qu se puede concluir sobre la relacin entre las propiedades
estudiadas y la estructura molecular de las sustancias empleadas en
la prctica?
Existe congruencia entre los experimentos realizados y la teora
correspondiente?
Explica que sistemas binarios se emplean en el rea
farmacutica.
18 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA Qu sugiere para obtener
resultados ms confiables y precisos?
IX. BIBLIOGRAFIA 1. O. A. Burmstova et al, Prcticas de Qumica
Fsica, Ed. Mir, Mosc, 1977. 2. G. W. Castellan, Fisicoqumica, Ed.
Addison- Wesley Iberoamericana, Mxico, 1987. 3. B. P. Levvitt,
Qumica Fsica Prctica de Findlay, Ed. Revert, Espaa, 1979. 4.
Raymond Chang, Fisicoqumica con Aplicaciones a Sistemas Biolgicos,
Ed. CECSA,
Mxico, 1987. 5. Engel Thomas y Reid Philip, Qumica Fsica, Ed.
Pearson Addison Wesley, Espaa,
2006. 6. Gennaro Alfonso, Remington Farmacia, Ed. Mdica
Panamericana, Argentina, 2003. 7. MartinAlfred, 4a Edicin, Ed.
Willams&Wilkns, USA, 1993. 8. Morris, J. G. Fisicoqumica para
Biologos (Conceptos Bsicos), Ed. Revert S. A., 1993 9. Sans Pedrero
P., Fisicoqumica para Farmacia y Biologa, Ediciones Cientficas y
Tcnicas S.A., Espaa, 1992. 10. Pradeau, et. al., Anlisis Qumicos
Farmacuticos de Medicamentos, Ed. IPN Noriega UTHEA, Mxico,
1998.
19 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
N Tolueno Benceno
% Volu.(ml)
masa (g)
n X % Volu. Masa (ml) (g)
n x m T/(C) res x res vap y vap1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla N 2: Registro de los ndices de refraccin de las
disoluciones fras, lquidos condensados, lquidos residuales
y temperaturas de ebullicin del Sistema Binario Tolueno
Benceno.
20 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
N Benceno Acetona
% Volu.(ml)
Masa (g)
n x % Volu. Masa (ml) (g)
n x m T/(C) res x res vap x vap1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla N 3: Registro de los ndices de refraccin de las
disoluciones fras, lquidos condensados, lquidos residuales y
temperaturas de ebullicin del Sistema Binario Benceno Acetona.
21 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL DE PRCTICAS DE FISICOQUMICA
N Agua destilada Etanol Absoluto
% Volu.(ml)
Masa (g)
n x % Volu. Masa (ml) (g)
n x m T/(C) res x res vap x vap1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla N 4: Registro de los ndices de refraccin de las
disoluciones fras, lquidos condensados, lquidos residuales, y
temperaturas de ebullicin del Sistema Binario Agua Etanol.
22 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
PRACTICA No. 3
EQUILIBRIO DE SISTEMAS DE TRES COMPONENTES
I. OBJETIVOS. 1. Elaborar el diagrama de equilibrio de fases
para el sistema cloroformo-cido actico-
agua, aplicando el tringulo de Gibbs-Roozeboom. 2. Determinar
las lneas de unin del sistema cloroformo-cido actico-agua. II.
FUNDAMENTOS.
En los sistemas heterogneos es posible observar cambios de fase,
de estado de agregacin, disolucin de sustancias slidas,
redistribucin del (los) componente (s) entre dos disolventes, etc.
Cada sustancia que pueda ser separada del sistema y existir fuera
del mismo se llama sustancia componente del sistema.
La distribucin del componente soluto en dos disolventes no
miscibles depende de la actividad del soluto en cada uno de los
disolventes, la proporcin de las actividades es constante a una
determinada temperatura y se le denomina Coeficiente de reparto o
coeficiente de distribucin, que es la Ley de reparto de Nernst:
Kaa
B
A =
Donde: aA es la actividad del soluto en el disolvente A, aB es
la actividad del soluto en el disolvente B, K es un valor
constante.
La Ley de reparto de Nernst, tiene una amplia utilidad en los
sistemas que se forman para suministrar, extraer o purificar
medicamentos.
La cantidad de cada una de las sustancias componentes que
integran el sistema, en el que no existen reacciones qumicas, no
depende de las cantidades de las dems sustancias, en este caso para
conocer la composicin del sistema se determinan las concentraciones
de todos los componentes. Si en el sistema ocurren reacciones
qumicas, entonces las cantidades de las sustancias componentes
integrantes del sistema en equilibrio dependen una de la otra, y la
composicin de las fases del sistema en equilibrio se puede
determinar conociendo las concentraciones de una parte de las
sustancias componentes.
Las propiedades del sistema se determinan no por las sustancias
elegidas en calidad de componentes, sino por su nmero, es decir, el
nmero de componentes, el cual puede coincidir con el nmero de
sustancias integrantes, o puede ser menor que el mismo, pero en
este ltimo caso, el nmero de componentes tambin es una magnitud
completamente determinada que depende de las propiedades del
sistema.
Para un sistema ternario la regla de las fases indica que los
grados de libertad (L) estn dados por L = 5 - F. Por lo tanto, si
hay una sola fase (F), L = 4 y para una representacin geomtrica
completa ser necesario utilizar un diagrama espacial
tetradimensional. Si la presin permanece constante se puede emplear
una representacin tridimensional y si la temperatura y la presin
permanecen constantes, L = 3 - F el sistema se puede representar en
dos dimensiones. El sistema puede denominarse
23 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA de acuerdo al nmero de
fases (F) y de grados de libertas (L) como: invariable (F = 3, L =
0), univariable (F = 2, L = 1) y bivariable (F = 1, L = 2).
Para representar el comportamiento de los sistemas con tres
componentes sobre un diagrama bidimensional es necesario considerar
que tanto la presin como la temperatura permanecen constantes. En
este caso es posible representar las fases del sistema en funcin de
la composicin.
Las cantidades de los tres componentes, de ordinario referidas
en cantidades porcentuales, se representan en una grfica triangular
(Fig. 1). Los vrtices del tringulo ABC corresponden a los
componentes puros. El lado del tringulo opuesto al vrtice indica la
ausencia del componente. Este mtodo es denominado de
Gibbs-Roozeboom.
Figura 1. Diagrama de fases para un sistema
de tres componentes. De las muchas clases posibles de sistemas
ternarios, se consideran solamente los
formados por tres lquidos y por un lquido y dos slidos por ser
de mayor inters prctico.
A continuacin se considera el sistema formado por tres lquidos
(cido actico-acetato de vinilo-agua). Cuando dos de los componentes
son miscibles entre s y el otro slo parcialmente, se obtiene una
grfica como la mostrada en la figura 2.
Figura 2. Diagrama de fases para el sistema ternario acetato de
vinilo-cido actico-agua. Cuando se aade agua al acetato de vinilo
(lnea BC), el agua se disuelve en
seguida, formando una disolucin homognea. Sin embargo al aadir
ms agua se
24 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA alcanza el punto de
saturacin de composicin x en el cual coexisten dos fases lquidas:
acetato de vinilo saturado con agua y, en menor proporcin, agua
saturada con acetato de vinilo de composicin z.
Al agregar ms agua la proporcin de la fase z aumenta y la fase x
disminuye, mantenindose constante la composicin relativa de cada
fase. Cuando el porcentaje de agua excede el correspondiente al
punto z, solo existe una fase lquida: una disolucin no saturada de
acetato de vinilo en agua. En todas las composiciones comprendidas
entre x y z coexisten dos fases lquidas con las composiciones de x
y de z.
Si se aade cido actico, el cual es miscible con el acetato de
vinilo y con el agua en todas las proporciones, ste se distribuye
entre las dos zonas formando dos disoluciones ternarias de acetato
de vinilo- cido actico-agua en equilibrio.
Suponiendo que la composicin de la mezcla se encuentre en la
regin situada debajo de la curva xyz, por ejemplo si la composicin
est localizada en la lnea ab, las dos fases que estn en equilibrio
quedan representadas por los puntos a y b.
Se muestran tambin otras lneas de unin correspondientes a otras
composiciones: por lo general estas lneas no son paralelas entre s
ni a los lados del tringulo. Las composiciones de las dos fases que
estn en equilibrio correspondientes a la interseccin de la lnea de
unin de las curvas xy y zy tienen que determinarse
experimentalmente.
Al aadir ms cido, la composicin de las dos fases se asemeja ms y
la lnea de unin se acorta. Finalmente cuando la composicin de las
dos disoluciones se iguala la lnea de unin se convierte en el punto
y. Este punto es un punto crtico puesto que la adicin posterior de
cido actico ocasionar la formacin de una sola fase homognea.
Cualquier punto situado debajo de la curva xyz representa una
mezcla ternaria que se separar en dos fases lquidas; cualquier
punto sobre la curva xyz representa una sola fase lquida
homognea.
Si existen dos fases lquidas, como el rea debajo de la lnea xyz,
existe un grado de libertad, por lo que nicamente es necesario
especificar el porcentaje de un componente en una fase para
describir completamente el sistema. Los porcentajes de los otros
componentes en esta fase pueden obtenerse por medio de la
interseccin de este porcentaje con la lnea xyz; y la composicin de
la otra fase se obtiene a partir de la interseccin del otro extremo
de la lnea de unin con la lnea xyz. Por ejemplo si una fase del
sistema de dos fases contiene 5% de agua, la composicin de esta
fase est dada por el punto a y la otra por el punto b.
III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. Investigar brevemente lo
siguiente: 1.- Qu es una disolucin, disolucin saturada, una no
saturada y una sobresaturada? 2.- Qu es: solubilidad, solubilidad
parcial, total e insolubilidad? 3.- De acuerdo con la naturaleza
del soluto y disolvente cuntos y cuales son los tipos de
disoluciones se pueden formar? 4.- Elaborar un diagrama de flujo
que esquematice la secuencia experimental a seguir.
25 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA IV. DESARROLLO
EXPERIMENTAL.
a) Material y Reactivos. 3 buretas de 25 ml 1 gradilla 2 pinzas
para bureta 1 anillo metlico 1 bao mara a 40 C 14 tubos de ensayo
de 30 ml con
tapn 2 soportes universales 2 embudos de separacin de 50 100
ml 2 probetas de 50 ml 5 vasos de precipitados de 100 ml 4
matraces erlenmeyer de 100 ml 1 termmetro -10 a 200 C
Soluciones disolucin valorada de NaOH 0.1 N disolucin de
fenolftalena al 1% cido actico glacial cloroformo
b) Secuencia experimental. b.1 Isotermas de equilibrio de fases
en un sistema de tres componentes. b.1.1 Preparar mezclas de cido
actico-cloroformo como se indica en la tabla 1, en tubos de ensayo
de 30 ml. Medir el volumen de cada sustancia con ayuda de una
bureta. Tabla 1.- Cantidades a utilizar en el experimento de
equilibrio cloroformo-cido actico-agua.
cido actico (ml) Cloroformo (ml) Agua/(ml) a TA
9.9 0.6
9.0 1.0
8.25 1.75
6.75 3.25
5.25 4.75
3.5 6.5
2 8
b.1.2 Las mezclas anteriores debern hacerse a temperatura
ambiente (TA) b.1.3 A cada tubo se le agregar agua destilada por
medio de una bureta, gota a gota hasta la aparicin de turbidez.
Despus de cada gota adicionada deber agitarse la
26 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA mezcla y observarse la
apariencia. El gasto de agua obtenido deber anotarse en la tabla
No. 1. b.1.4 Llevar un registro adecuado de los experimentos, con
estos datos se construir la isoterma correspondiente. b.2
Determinacin de las lneas de unin. b.2.1 Para determinar las lneas
de unin, colocar en dos embudos de separacin
marcados con A y B las siguientes mezclas; Tabla 2.- Cantidades
a utilizar en la determinacin de las lneas de unin del equilibrio
cloroformo-cido actico-agua.
Embudo A Embudo B
Agua (ml) 10 7
cido actico (ml) 3.5 7.5
Cloroformo (ml) 6.5 5.5 b.2.2 Agitar ambas mezclas durante 30
min. de manera continua liberando
ocasionalmente el exceso de presin interna, despus de este
tiempo dejar reposar durante 15 min.
b.2.3 Separar la fase etrea de la fase acuosa, medir el volumen
total y la densidad de cada fase (empleando los matraces
volumtricos de 5 mL y pesar de acuerdo al procedimiento de la
prctica 1). Valorar el contenido de cido actico en cada fase de
acuerdo con b.2.4.
b.2.4 Tomar con una pipeta 0.1 ml de cada fase y colocarla en un
matraz erlenmeyer, adicionar 50 ml de agua destilada y titular con
NaOH 0.1N valorado previamente, empleando fenolftalena como
indicador.
b.2.5 El punto anterior hacerlo por duplicado tanto para la fase
orgnica como para la acuosa.
Fase Volumen total de la fase (ml)
Masa de fases (g)*
Densidad de la fase
(g/ml)
Volumen de alcuota
(ml)
Gasto de NaOH (ml)
Fase orgnica A
Fase acuosa A Fase orgnica B Fase acuosa B * Tomar en cuenta que
el volumen de la fase es diferente al volumen utilizado para
determinar la densidad (5 ml) Normalidad del NaOH =
__________________
27 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA V. TRATAMIENTO DE LOS
DATOS EXPERIMENTALES. 1.- Isotermas de equilibrio de fases en
sistemas de tres componentes. 1.1. Construir con papel isomtrico
dos grficas triangulares para sistemas de tres
componentes (Gibbs Roozeboom) una para el sistema
cloroformo-cido actico-agua a temperatura ambiente.
1.2 Determinar el porcentaje de cada uno de los componentes para
cada mezcla en el equilibrio, Por ejemplo: Si se tienen 18.8 ml de
cido actico que corresponden a 19.73 g, 1.2 ml de cloroformo, que
equivalen a 1.74 g y se obtuvo un gasto de 1.5 ml de agua destilada
que equivalen a 1.50 g, la suma de 22.96 g corresponder al
100%.
1.3. Ubicar cada uno de estos puntos en las grficas
correspondientes para cada sistema y cada temperatura, y unir los
puntos de tal manera que se aprecie la curva de equilibrio como la
que se ilustra en la figura 2.
2.- Determinacin de las lneas de unin. 2.1 Con los resultados de
la titulacin con NaOH determinar la cantidad total de cido
actico en cada una de las fases. 2.2 Con las densidades y el
volumen medido de cada una de las fases, determinar el
porcentaje de cido actico presente en cada fase. 2.3 Como cada
sistema heterogneo (recordar que son dos experiencias similares)
se
encuentra en equilibrio, marcar las cuatro concentraciones
porcentuales de cido actico obtenidas, en el cruce con la curva de
equilibrio de fases a temperatura ambiente que se construy con los
datos del experimento anterior (grfica del sistema cido
actico-cloroformo-agua). Marcar as mismo, las concentraciones
porcentuales de cido actico, cloroformo y agua agregados
inicialmente para cada uno de los dos experimentos.
2.4 Los puntos localizados en el inciso anterior deben definir
dos lneas rectas que reciben el nombre de lneas de unin. Trazarlas
sobre la grfica.
Nota: Todos los porcentajes deben tomarse masa a masa (m/m),
nunca volumen a volumen (v/v), tampoco masa a volumen (m/v) o
viceversa.
VI. ANALISIS DE RESULTADOS. 1. Qu diferencia se observara en las
grficas si se modifica la temperatura del
experimento? y Cmo puede interpretarse este fenmeno? 2. Entre
las grficas a la misma temperatura pero diferentes sistemas, qu
similitudes y
qu diferencias pueden existir? 3. Qu pasa con un sistema que
tenga una composicin ubicada por encima de la
isoterma, o bien por debajo de la misma? Qu sucede cuando la
composicin del sistema se encuentra ubicada en la lnea que define
la isoterma de equilibrio?
4. En el caso de las lneas de unin, los puntos encontrados
fueron colineales?, si no fuese el caso a qu se pueden atribuir
adems de los consabidos errores experimentales y aleatorios?.
28 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA 5. Conceptualmente, cmo
pueden interpretarse las lneas de unin? Sustente sus
conclusiones haciendo uso de las referencias bibliogrficas
pertinentes.
VII. CONCLUSIONES. 1. Qu utilidad prctica en el rea farmacutica
se puede dar a las isotermas de
equilibrio de fases de tres componentes y a las lneas de unin?
2. Describir al menos tres ejemplos de sistemas de tres componentes
que se emplean en
el rea farmacutica. 3. Qu sugiere para obtener datos ms
confiables y precisos sobre la misma base
experimental?
VIII. BIBLIOGRAFIA 1. G. R. Barrow, Qumica Fsica, Ed. Revert,
Barcelona. 1964. 2. P. W. Atkins, Fisicoqumica. Addison-Wesley
Iberoamericana, S. A., Delaware, 1991. 3. Daniels, et al, Curso de
Fisicoqumica Experimental. Ed. Mc Graw-Hill, Colombia 1972. 4.
Pradeau, et. al. Anlisis Qumicos farmacuticos de medicamentos, Ed.
IPN-Noriega-
UTEHA, 1998. 5. Alfred Martin, Physical Pharmacy, 4 Edicin. Ed.
Williams & wilkins. USA 1993. 6. Sanz Pedrero P. Fisicoqumica
para farmacia y biologa. Ediciones Cientficas y
Tcnicas, S.A. Espaa 1992. 7. Morris, J.G., Fisicoqumica para
Bilogos (Conceptos Bsicos), Editorial Revert S.A.,
1993. 8. Chang, R.W., Fisicoqumica con aplicaciones a sistemas
biolgicos, CECSA, Mxico,
1987.
29 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
PRACTICA N 4
PROPIEDADES COLIGATIVAS.
I. OBJETIVOS.
1. Definir e identificar la importancia de las propiedades
coligativas. 2. Ejemplificar experimentalmente la variacin del
punto de ebullicin y del punto de
fusin de una disolucin 3. Determinar el peso molecular de un
soluto mediante la propiedades coligativas de
las disoluciones 4. Relacionar la importancia de estas
propiedades en la Industria Farmacutica.
II. FUNDAMENTOS Las soluciones diluidas de solutos no-voltiles
presentan propiedades muy
particulares denominadas propiedades coligativas, las cuales
son:
a).- Descenso de la presin de vapor del disolvente. b).-
Descenso del punto de congelacin del disolvente. c).- Aumento del
punto de ebullicin. d).- Presin osmtica.
Estas propiedades dependen nicamente del nmero de partculas en
solucin y no de la naturaleza de las mismas. En sta prctica se
emplearn solutos del tipo de no electrolitos ya que los
electrolitos al disociarse en solucin incrementan el nmero de
partculas y por lo tanto se ven modificadas las propiedades
coligativas.
Aumento del punto de ebullicin de las disoluciones. Las
disoluciones que contienen
solutos no-voltiles presentan puntos de ebullicin ms elevados
que el disolvente puro. La diferencia entre el punto de ebullicin
de la solucin y el disolvente puro para una presin constante
establecida, se conoce como elevacin del punto de ebullicin que
depende de la naturaleza del disolvente y la concentracin del
soluto, pero es independiente, por lo menos en soluciones diluidas,
de la naturaleza del soluto en tanto este no se disocie.
Consideremos el diagrama presin de vapor-temperatura que se
muestra en la figura 1.
Figura 1. Diagrama Presin de vapor-Temperatura donde se muestra
la lnea
de equilibrio lquido-vapor para el disolvente puro y la
disolucin.
La curva AB representa la presin de vapor del disolvente puro en
funcin de la temperatura. Como la presin de vapor de la disolucin
es para todas las temperaturas,
30 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA menor que la del
disolvente, la curva de presin de vapor-temperatura de la disolucin
debe quedar debajo de la del disolvente puro y esta representada en
el diagrama por la curva CD. A fin de alcanzar el punto de
ebullicin correspondiente a cierta presin externa que se ejerce
sobre la solucin P, debe calentarse a temperaturas a las cuales las
presiones de vapor respectivas igualan la del confinamiento.
El disolvente puede alcanzar la presin P a la temperatura To,
pero la solucin debe elevarse a una temperatura mayor que To antes
de que se alcance la misma presin. Por lo tanto, para la misma
presin externa, la solucin debe hervir a una temperatura ms elevada
que la del disolvente puro; el ascenso del punto de ebullicin ser
entonces Tb=T-To.
Cuando aplicamos la ecuacin de Clausius-Clapeyron y la Ley de
Raoult, es posible deducir una relacin entre el ascenso del punto
de ebullicin de la solucin y su concentracin.
Como los puntos E y F quedan sobre la curva de presin de vapor
de la solucin, ambos pueden relacionarse mediante la ecuacin de
Clausius-Clapeyron.
lnP
PHR
T TTT
v=
00
En donde: P y P son las presiones de vapor de la solucin a las
temperaturas T y To respectivamente. Hv es el calor de vaporizacin
por mol de disolvente de la solucin, si la solucin es diluida T es
prcticamente igual a To y TTo = To2
ln
ln
PP
PP
HR
TT
v b= = 0
2
Cuando la ley de Raoult se aplica a la solucin, tenemos
21 1xx
PP ==
x1 = fraccin mol del disolvente. x2 = fraccin mol del
soluto.
( )
=
1ln2
2 TT
RH
x bv
2
20 xH
RTTv
b =
Por costumbre, se expresa la concentracin en moles de soluto por
1000 g de disolvente, es decir en molalidad (m).
Si designamos con x1 al nmero de moles del disolvente en 1000 g
tenemos:
31 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
112 n
mmn
mx +=
Debido a que es una solucin diluida, m es pequeo en relacin con
n1 y puede despreciarse quedando la ecuacin como sigue:
TRTH n
mbv
=
02
1
Para un disolvente dado, todas las cantidades en el parntesis de
la ecuacin anterior son constantes y podemos simplificar como
sigue:
T K mb b= La constante Kb se denomina tambin constante molal de
elevacin del punto
de ebullicin o constante ebulloscpica.
El peso de soluto por 1000 g de disolvente est dado por:
1000 21
ww
w2= peso del soluto en g w1 = peso del disolvente en g
La molalidad de la disolucin es:
mw
w M= 1 0 0 0 2
1 2
donde M2 es el peso molecular del soluto.
Relacionando las ecuaciones anteriores obtenemos:
T K ww Mb b
=
1000 21 2
Mw K
w Tb
b2
2
1
1000= de aqu, es posible determinar el peso molecular del soluto
si conocemos el valor de la constante ebulloscpica del disolvente,
as como la variacin del punto de ebullicin y la concentracin molal
de la solucin.
Disminucin del punto de fusin. Cuando se disuelve una sustancia
en un disolvente lquido, el punto de
congelacin de la disolucin es menor que el del disolvente puro.
El descenso en la temperatura de congelacin depende del nmero de
moles de soluto disueltos en una cantidad dada de disolvente.
32 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
Al igual que el incremento en el punto de ebullicin, el descenso
en el punto de congelacin puede determinarse como:
Tf = Kfm con:
Kf = M0RT02/1000Hfdonde: Kf = constante crioscpica o constante
molal de descenso en el punto de congelacin. m = molalidad de la
disolucin en moles/kg de disolvente. M0 = peso molecular del
disolvente R = constante universal de los gases. T0 = punto de
congelacin del disolvente puro. Hf = entalpa molar de fusin del
disolvente puro.
III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 1.- Investigar que es la
constante ebulloscpica. 2.- Investigar que es la constante
crioscpica. 3.- Explicar a que se le llama disolucin hipo-, hiper-
e isotnica. 4.- Mencionar por lo menos tres ejemplos de membranas
semipermeables. 5.- Elaborar un diagrama de flujo con el
procedimiento a seguir durante la prctica.
IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
Aumento del punto de ebullicin.
a) Materiales y reactivos.
2 soportes universales. 2 pinzas de tres dedos con nuez. 1
refrigerante Liebig. 1 termmetro. 1 termmetro diferencial. 1 matraz
baln 1 juego de conexiones para destilacin.
2 matraces erlenmeyer. 1 parrilla elctrica. 1 bomba para
recircular agua etilnglicol agua destilada
b) Secuencia experimental. b.1 Montar el equipo para punto de
ebullicin de acuerdo con la figura 2. b.2 Determine el punto de
ebullicin del agua destilada, antes de iniciar el calentamiento
agregue perlas de ebullicin. b.3 Colocar el agua destilada y el
etilnglicol (EG) en un matraz bola, de acuerdo a lo
indicado en la tabla y determinar el punto de ebullicin de cada
disolucin. Antes de calentar, aadir perlas de ebullicin.
b.4 En la siguiente tabla, escribir los resultados obtenidos
para cada solucin preparada.
33 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA Tb del agua pura
__________________C
Masa del EG/g Masa del agua/g Molalidad
Mol/kg
Tempertura de
ebullicin/C
Tb/K
2.5 22.5
5.0 20.0
10.0 15.0
Figura 2. Aparato para determinar el incremento del punto de
ebullicin.
Figura 3. Aparato para la determinacin del punto de
congelacin.
Descenso en el punto de congelacin
a) Material y reactivos.
Frasco Dewar (termo) de 1 L 1 tubo de ensayo grande con tapn 1
tubo de ensayo pequeo con tapn 1 termmetro de -10 a 110 C 1
agitador para el tubo pequeo
2 g de urea agua destilada o desionizada sal de mesa hielo
34 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA b) Secuencia
experimental b.1 Pese el tubo de ensayo pequeo y luego por
diferencia pese alrededor de 1 g de
urea en l. Aada 10 ml de agua y pese de nuevo. A partir de estas
pesadas, determine la concentracin molal de la disolucin de
prueba.
b.2 Agite el tubo hasta que se haya disuelto la urea por
completo y se tenga una disolucin uniforme y transparente. Coloque
este tubo dentro del tubo grande, para armar el equipo mostrado en
la figura 3.
b.3 Tome lecturas de temperatura cada minuto para elaborar la
curva de enfriamiento de la disolucin (temperatura vs. tiempo).
Para evitar el sobre enfriado de la disolucin, se debe agitar la
disolucin continua y vigorosamente con movimientos verticales con
una frecuencia de 1 por/seg. El punto de congelacin de la disolucin
se determina de la curva de enfriamiento, justo donde ocurre un
cambio drstico de pendiente. Se sugiere graficar en forma simultnea
al desarrollo del experimento para poder definir el trmino de
ste.
b.4 Se debe repetir el experimento aadiendo 1 g de urea ms
(debidamente pesado) a la disolucin anterior y determinando de
nueva cuenta el descenso en la temperatura de congelacin.
Para este experimento, se utiliza una mezcla refrigerante de
hielo-sal. Esta mezcla debe de ser recin preparada para cada
corrida. Se mezcla una parte en volumen de sal de cocina (en grano)
con cuatro partes en volumen de hielo picado en un recipiente y se
deja reposar por un par de minutos y luego se coloca la cantidad
adecuada en el frasco Dewar.
Peso exacto de la urea (1) __________. Peso exacto del agua (1)
_________ Temperatura de congelamiento (1) _______________ Peso
exacto de la urea (2) __________. Peso exacto del agua (2)
_________ Temperatura de congelamiento (2) _______________
Experimento con 1 g de urea Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
35 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
Experimento con 2 g de urea
Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
Tiempo (min)
Tempe. (C)
V. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES.
Aumento del punto de ebullicin.
Consultar de la literatura el valor de Kb para el agua.
Determinar el peso molecular experimental del etilnglicol y
compararlo con su valor terico para determinar el error
relativo.
Descenso en el punto de congelacin. Consulte en la literatura el
valor de la constante crioscpica del agua y calcule el
peso molecular experimental de la urea con uno y con dos gramos,
el resultado debe ser consistente.
Describir en forma sencilla, la forma de realizar
experimentalmente las otras dos propiedades coligativas.
VI. CONCLUSIONES. Se cumplieron los objetivos de la prctica? Es
adecuado el empleo de las propiedades coligativas para determinar
pesos
moleculares de solutos? Cul de los dos mtodos proporciona mayor
confiabilidad para la determinacin del
peso molecular de un soluto con bajo peso molecular y cul de
ellos con un soluto de alto peso molecular?
Qu sugiere para obtener resultados ms confiables?
36 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA VII. BIBLIOGRAFIA. 1.-
G.R. Barrow. Qumica Fsica. Ed. Revert. Barcelona. 1991. 2.- F.
Daniels. Curso de Fisicoqumica Experimental, Mc-Graw Hill,
Columbia. 1980. 3.- John A. Dean. Langes Handbook of Chemistry,
Mc-Graw Hill, Columbia, 1973. 4.- The Merck Index, Merck & Co.,
N. J. USA, 1983. 5.- P. J. Hill, Small Scale Physical Chemistry,
cap. 2. Edward Arnold Pubs. London 1966, pp 7-22. 6.- David P.
Schoemaker y Carl W. Garland, Experiments in Physical Chemistry,
McGraw-Hill New York, 1962, pp132-141. 7.- P. Ander, y A. Sonesa,
Principios de Qumica, introduccin a los conceptos tericos, Ed.
Limusa 1977, Mxico. 8.- R. Chang, Fisicoqumica con aplicaciones a
sistemas biolgicos, Compaa Editorial Continental, S. A. De C. V.
Mxico, 1987.
37 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
PRACTICA No. 5
ADSORCION DE ACIDO ACETICO SOBRE CARBON VEGETAL.
I. OBJETIVOS 1.- Determinar la isoterma de adsorcin del cido
actico. 2.- Comparar el comportamiento de una sustancia adsorbida
en las distintas ecuaciones
de adsorcin.
II. FUNDAMENTOS. En la industria farmacutica se emplean mtodos
de separacin, extraccin, purificacin, que tienen como fundamento,
poner en contacto dos sustancias no miscibles entre s, siendo una
de ellas un material slido y la otra un solucin de dos o ms
compuestos qumicos, que al estar en contacto con el material slido,
una gran cantidad de molculas de los compuestos se adhieren al
slido, las cantidades sobre la superficie del slido dependen de las
interacciones que cada compuesto qumico establezca con la
superficie, quedando adherido el compuesto que menor energa
necesite para la unin. Estos mtodos en general se llaman
Cromatografa. Por lo anterior es necesario entender como se efecta
la unin de las molculas en la superficie y las ecuaciones
matemticas que lo describen.
Cuando una fase slida de gran superficie se expone a un volumen
limitado de un gas o de una solucin, una cantidad del gas o de la
solucin puede quedar adsorbida (atrapada) en la superficie del
slido.
Las sustancias adsorbidas son retenidas por distintas fuerzas de
atraccin de la superficie, segn la naturaleza del sistema:
a) Si las fuerzas son similares a las de los enlaces qumicos
(atraccin de iones de carga opuesta o formacin de enlaces covalente
o covalente coordinado) recibe el nombre de adsorcin qumica. Para
este tipo de adsorcin, el H es comparable a las energas de enlace
qumico y el proceso es generalmente irreversible. La adsorcin
ocurre en una sola capa de molculas (monocapa) en la
superficie.
b) Cuando las fuerzas que originan el fenmeno de adsorcin son
las llamadas fuerzas de van der Waals, recibe el nombre de adsorcin
fsica. En este tipo de adsorcin el H es pequeo y comparable al
cambio de entalpa en la licuefaccin de gases. La adsorcin ocurre en
multicapas y las capas externas se comportan como un slido o un
lquido.
La adsorcin se determina midiendo la cantidad de sustancia
residual en la solucin o en la fase gaseosa.
La cantidad de sustancia adsorbida (adsorbato) es funcin de tres
factores:
a) La cantidad de sustancia slida (adsorbente) donde se adsorber
el adsorbato.
b) La cantidad de adsorbato c0 en la fase de contacto con la
superficie de la sustancia adsorbente.
38 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
c) La temperatura.
La adsorcin se cuantifica en gramos de la sustancia adsorbida x,
por gramos de la sustancia adsorbente m, lo que se expresa como
x/m. Al determinar la relacin x/m en funcin de la concentracin c0
(a temperatura constante), la curva que representa este fenmeno
recibe el nombre de isoterma de adsorcin.
La grfica de la figura N 1 indica que la sustancia adsorbente
tiene una capacidad de adsorcin limitada y esta se encuentra en
funcin de la concentracin del adsorbato.
Figura 1.- Isoterma de adsorcin
Existen distintas ecuaciones que describen el fenmeno de
adsorcin. Isoterma de adsorcin de Freundlich
Freundlich fue quien describi primero el fenmeno de adsorcin e
indico una ecuacin.
nKpmx 1=
Donde: x/m es la relacin entre la masa adsorbida de sustancia
por la superficie y la masa de material adsorbente K es la
constante de equilibrio de adsorcin p es la presin de gas sobre la
superficie n es un valor constante, que depende la sustancia
adherida y de la superficie
Isoterma de Adsorcin de Langmuir. Esta teora se basa en los
postulados siguientes:
1) El adsorbato se adhiere al slido en una sola capa de molculas
(monocapa).
2) El adsorbato es un gas.
3) La velocidad de adsorcin es proporcional al nmero de
colisiones de las molculas del gas con la superficie de la
sustancia adsorbente (que es proporcional a la presin del gas P, y
a la superficie an no cubierta).
4) En la adsorcin se establece un equilibrio entre la cantidad
adherida en la superficie y la cantidad que se separa de la
superficie.
39 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA ( )( ) KpKp+= 1pkk+1
pkk
=pk+k
pk=2
1
21
12
1 donde: = Fraccin de superficie ocupada por las molculas del
gas. k1 = Constante de adsorcin. k2 = Constante de desorcin. p =
Presin del gas.
Efectuando sustituciones de k1/k2 = K = b y por y/ym, se
transforma la ecuacin al invertirla y multiplicar por p todos los
trminos, en una ecuacin de representacin de lnea recta:
py
=1
y b+
pym m
donde: p = Presin del gas. y = Masa adsorbida por gramo de
adsorbente a la presin p. ym = Masa de gas que adsorbe un gramo de
adsorbente cuando la
monocapa est completa. b = Relacin de constantes de
proporcionalidad.
Ecuacin de Brunauer, Emmet y Teller (BET). Esta ecuacin toma en
consideracin el hecho de que un slido se cubre de
varias capas de la sustancia adsorbida (adsorbato), por lo que
la ecuacin de la isoterma de Langmuir deja de ser til para el
estudio de estos fenmenos.
La ecuacin de BET tiene la forma:
( )( )p
y p - p=
1y b
+b - 1y b
ppo m m o
donde: p = Presin del gas. Po = Presin de vapor saturado del
adsorbato. y =Masa adsorbida por gramo de adsorbente a la presin p.
ym = Masa de gas que adsorbe un gramo de adsorbente cuando la
primera
capa est completa. b = Constante de proporcionalidad, que es la
relacin de las constantes de
adsorcin de la capa de condensacin y la constante de la primera
capa.
Calor de adsorcin. La variacin de entalpa molar (H) es la
variacin de la energa de las molculas
en fase gaseosa y la energa de las molculas adsorbidas por el
adsorbente, aplicando la ecuacin de vant Hoff, que queda como:
( )( ) ln p 1T =
- HR
xA
40 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA donde: p = Presin del
gas. T = Temperatura a la que adsorbe el gas. H = Calor isstrico de
adsorcin. R = Constante de los gases.
III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 1.- Investigar las limitantes
de la ley de Langmuir. 2.- Investigar cundo la ecuacin de
Freundlich se transforma en la ecuacin de la ley de
Langmuir. 3.- Indicar algunos compuestos que pueden ser
adsorbidos por carbn activado. 4.- Indicar qu otras sustancias
pueden ser empleadas como adsorbentes. 5.- Explica porque se llaman
isotermas. 6.- Elaborar un diagrama de flujo con la secuencia
experimental a seguir.
IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL.
a) Material y reactivos.
10 matraces Erlenmeyer de 125 ml. 1 bureta de 25 ml. 1 embudo. 1
soporte universal. 1 anillo metlico. 2 probetas de 25 ml.
3 vasos de precipitados de 125 ml.
Papel filtro. Carbn activado. Acido actico 0.25 M y 0.5 M
Hidrxido de sodio 0.1 N.
b) Secuencia experimental.
b.1. Velocidad de adsorcin. b.1.1 En una serie de siete matraces
agregar 20 ml de solucin de cido actico 0.25 N en
cada uno y 1 g de carbn activado. Taparlos bien. Agitarlos
continuamente. b.1.2 Despus de 2 min, filtrar el contenido del
primer matraz con papel filtro, eliminando
los primeros 5 ml de filtrado. b.1.3 Tomar una alcuota de 1 ml
del filtrado y titular con NaOH 0.1 N, utilizando
fenolftalena como indicador, repetir la titulacin del filtrado.
b.1.4 Repetir el punto 1.2 y 1.3 con los dems matraces filtrando
una vez transcurrido los
tiempos indicados en la tabla de resultados. b.1.5 Se debe
concluir el experimento hasta que las titulaciones tiendan a ser
iguales.
b.2.- Isoterma de adsorcin del cido actico sobre carbn
vegetal.
41 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA b.2.1 Preparar la serie
de matraces con las siguientes cantidades: No. de matraz. 1 2 3 4 5
6 7 Ac. Ac. 0.5 N. (ml) 25 20 15 10 7 3 0
Agua (ml) 0 5 10 15 18 22 25 b.2.2 Agregar 1 g de carbn activado
a cada matraz. b.2.3 Agitar los matraces por perodos de 10 min. o
por tiempo determinado en
experimento de velocidad de adsorcin. Nota: hacer esto en forma
escalonada tal que los tiempos de terminacin de agitacin no se
empalmen.
b.2.4 Transcurrido el tiempo, filtrar el contenido de cada
matraz. Es conveniente eliminar los primeros 5 ml del filtrado en
cada concentracin (porqu se hace esto?).
b.2.5 Tomar alcuotas de los filtrados y titularlos con NaOH 0.1
N (esto debe realizarse por duplicado en cada concentracin). Las
alcuotas sern las siguientes: 1 ml del primer matraz, 2 ml del
segundo, 5 ml de cada uno de los dems (cul el la utilidad prctica
de este proceder?).
V. RESULTADOS
Matraz Carbn cido Actico NaOH 0.1 N Tiempo
No. (g) CS (g) x (g) x/m ( ml ) ( ml ) (min.)
1 2
2 4
3 6
4 8
5 10
6 12
7 14
Tabla 1. Resultados del experimento de velocidad de
adsorcin.
42 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
N Car. NaOH cido Actico
Ma. (g) mL mL X CS x/m ln(CS) ln(x/m) m/x 1/CS
1 1
2 1
3 1
4 1
5 1
6 1
7 1
Tabla 2. Resultados de la isoterma de adsorcin.
VI. TRATAMIENTO DE LOS DATOS EXPERIMENTALES. 1.- Determinar la
masa de cido actico en cada matraz, antes y despus de la
titulacin. 2.- Determinar la masa de cido actico adsorbido (x)
por el carbn activado, as como
la masa de cido actico adsorbido por gramo de carbn
activado(x/m). 3.- Representar en una grfica la variacin de x/m en
funcin del tiempo. 4.- Representar en una grfica los datos
obtenidos x/m en funcin de CS. 5.- Determinar la constante de
adsorcin al representar en una grfica ln(x/m) en funcin
de ln(CS). De ser una recta, calcular las constantes de la
ecuacin: xm
= k CSn
esta es la ecuacin de Freundlich, que se puede representar como
una recta de la siguiente manera:
( ) ( )ln xm
= ln k + n ln CS
6.- Representar los datos en una grfica m/x en funcin de 1/CS,
para saber si cumple con la ecuacin de Langmuir.
VII. ANLISIS DE RESULTADOS
1. Analizar las distintas grficas comentando las ventajas y
desventajas de cada una.
2. En base a la exactitud de las lneas, explicar cual describe
mejor el fenmeno de adsorcin.
43 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA 3. Indicar qu
importancia tendr efectuar la separacin de sustancias utilizando
los procedimientos de esta prctica en el rea farmacutica, explica
al menos tres ejemplos.
VIII. CONCLUSIONES
1. Se cumplieron con los objetivos de la prctica?
2. Existe congruencia entre los conceptos tericos y los
resultados experimentales? De no existir congruencia explica las
posibles causas que la originan.
3. Que sugeriras para obtener datos mas confiables y
precisos?
IX. BIBLIOGRAFIA 1.- M. T. Toral, Fisicoqumica de superficies y
sistemas dispersos, Ed. Urmo, Espaa, 1973. 2.- B. P. Levitt, Qumica
Fsica Prctica de Findlay, Ed. Revert, Espaa, 1979. 3.- A. M. James,
Practical Physical Chemistry, Ed. J. & A. Churchill LTD,
Londres, 1967. 4. O. A. Burmstova et al, Prcticas de Qumica Fsica,
Ed. Mir, Mosc, 1977. 5. G. W. Castellan, Fisicoqumica, Ed. Addison-
Wesley Iberoamericana, Mxico, 1987. 6. Raymond Chang, Fisicoqumica
con Aplicaciones a Sistemas Biolgicos, Ed. CECSA,
Mxico, 1987. 7. Engel Thomas y Reid Philip, Qumica Fsica, Ed.
Pearson Addison Wesley, Espaa,
2006. 8. Gennaro Alfonso, Remington Farmacia, Ed. Mdica
Panamericana, Argentina, 2003. 9. MartinAlfred, 4a Edicin, Ed.
Willams&Wilkns, USA, 1993. 10. Morris, J. G. Fisicoqumica para
Biologos (Conceptos Bsicos), Ed. Revert S. A., 1993 11. Sans
Pedrero P., Fisicoqumica para Farmacia y Biologa, Ediciones
Cientficas y Tcnicas S.A., Espaa, 1992. 12. Pradeau, et. al.,
Anlisis Qumicos Farmacuticos de Medicamentos, Ed. IPN Noriega
UTHEA, Mxico, 199.
44 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
PRACTICA N 6
ISOTERMA DE ADSORCION DE GIBBS.
I. OBJETIVOS. 1.- Determinar el efecto de la adicin de alcoholes
sobre la tensin superficial del agua. 2.- Determinar la isoterma de
adsorcin de Gibbs para la adicin de diferentes alcoholes
al agua. 3.- Comprender el concepto de adsorcin en superficies
lquidas.
II. FUNDAMENTOS. Las sustancias que presentan en su estructura
una parte polar y una no polar
como en el caso de cidos grasos y alcoholes de cadena corta, son
solubles tanto en agua como en disolventes no polares como
hidrocarburos. La parte hidrocarbonada les confiere solubilidad en
disolventes no polares, mientras que el grupo -COOH o el -OH de
carcter muy polar permite que sean lo suficientemente afines para
formar soluciones acuosas. Si estas molculas se sitan en una
interfase aceite-agua, se orientan de tal forma que sus grupos
hidroflicos quedan en la fase acuosa y las cadenas hidrocarbonadas
escapan a la fase no polar. Esta situacin es energticamente ms
favorable que la disolucin del compuesto en cualquiera de las dos
fases.
La fuerte adsorcin de estas sustancias en la superficie o
interfase formando una capa monomolecular orientada se conoce como
actividad superficial, mientras que las sustancias con actividad
superficial (surfactantes) son molculas que tienen partes polares y
no polares ( amfiflicas ). La actividad superficial es un fenmeno
dinmico, puesto que el estado final de una superficie o interfase
representa un equilibrio entre la tendencia hacia la adsorcin y
hacia la disolucin completa debido a la agitacin trmica de las
molculas.
La tendencia de las molculas surfactantes a acumularse en la
interfase favorece una expansin de la misma, lo cual es
contrarrestado por la tendencia de la interfase a contraerse bajo
la fuerza de la tensin superficial.
La ecuacin de adsorcin de Gibbs permite calcular la magnitud de
la adsorcin en la superficie de un lquido, a partir de datos de
tensin superficial,
Si se considera que la interfase est bien definida, la adsorcin
puede describirse apropiadamente en trminos de concentraciones en
exceso superficiales.Si i es la concentracin del surfactante en la
superficie ( en mol / cm2), viene dada por la ecuacin :
i inA=
i puede ser positiva o negativa y su magnitud depende de la
tendencia del surfactante a acumularse en la superficie.
La energa interna total de un sistema viene dada por la ecuacin
: U TS PV ni i= +
45 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
La expresin correspondiente para la energa interna de la fase
superficial es: U TS PV A ni i= + +
donde los trminos PV y A tienen signos opuestos, ya que la
presin es una fuerza expansiva y la tensin superficial es
contractiva. Los trminos T, P y el potencial qumico no tienen
ndices, puesto que estos deben tener valores iguales en ambas fases
y en la interfase para que el sistema est en equilibrio.
Diferenciando la ecuacin tenemos:
dU TdS S dT PdV V dP dA Ad dn n di i i i = + + + + +
por primera y segunda ley de la Termodinmica:
U TdS PdV dni i= + en el caso de la fase superficial :
dU TdS PdV dA dni i = + +
restando las ecuaciones anteriores :
S dT V dP Ad n di i + + = 0
Por lo tanto a temperatura y presin constantes :
dnA
d di i i i
= = Para una disolucin sencilla de dos componentes ( constituida
por un solo
disolvente y un soluto ), la ecuacin anterior conduce a : d d d
= 1 1 2 2
Las concentraciones en exceso se definen respecto a una
superficie de separacin arbitraria. Si la situacin de esta
superficie para una disolucin binaria se define de manera que la
concentracin en exceso del disolvente ( i ) sea cero, la expresin
anterior se reduce a :
d d = 2 2 Y dado que los cambios de potencial qumico estn
relacionados con las
actividades por : 2 2 2= + lnRT a
tenemos : d RTd a2 2= ln
Por consiguiente :
22
2
2
1= = RT
dd a
aRT
dda
ln
46 ELABORADO POR: IQI Guadalupe Mariana Francisco Torres, IQI
MINERVA JUREZ JUREZ, IBQ PEDRO MIRANDA REYES, IBQ LUIS MARTN MORN
SNCEHEZ, QFI RAQUEL NAVA ALVREZ, DRA. ITZIA IRENE PADILLA
MARTNEZ
-
MANUAL PARA LABORATORIO DE FISICOQUMICA
Para el caso de disoluciones diluidas, al sustituir las
actividades por concentraciones,
= cRT
ddc
que es la forma en que se da normalmente la ecuacin de Gibbs.
Esta ecuacin puede simplificarse si sustitumos dc/c = d(lnc),
quedando:
cdd
RT ln1 =
III. PROTOCOLO DE INVESTIGACION. 1.- Definir que es la tensin
superficial e interfacial. 2.- Describir el mtodo de ascenso
capilar para determinar la tensin superficial de un
lquido. 3.- Describir como se calibra el dispositivo para medir
tensin superficial por el mtodo de
ascenso capilar. 4.- Comprobar la