crioscopia

RESUMEN

El descenso crioscópico de una solución diluida depende de la concentración de soluto y del tipo de solvente utilizado, observando el descenso del punto de congelación de la disolución. Esta es una de las propiedades coligativas que depende principalmente del número de partículas disueltas. En la práctica se prepararon cinco soluciones acuosas de 20 ml de agua destilada, cada una con 10, 20, 30, 40 y 50 % de azúcar respectivamente y otra muestra de 20 ml de agua destilada con una solución desconocida al 30%, se determino que la temperatura de congelación fue de -1.2, -3.2, -3.4,-4.3, -6.2 para cada una de las soluciones y de -25.3 para la desconocida, por ende la cantidad de soluto de una solución es inversamente proporcional a la temperatura de congelación del disolvente, ya que cuando existe mayor concentración de soluto su punto de congelación con respecto al gua es menor.

Palabras clave: crioscopia, número de partículas disueltas y temperatura de congelación.

INTRODUCCIÓN

El descenso crioscópico o descenso del punto de congelación de una solución diluida depende de la concentración de soluto y del tipo de solvente utilizado. Las propiedades que dependen principalmente del número de partículas disueltas en lugar de la naturaleza de estas partículas se llaman propiedades coligativas

El descenso crioscópico y el aumento ebulloscópico están relacionados con el descenso de la presión de vapor en una disolución con respecto al disolvente puro, como se observa en el diagrama de fases las curvas representan las parejas de valores p,T en que coexisten en equilibrio dos de las fases. El punto de intersección de las tres curvas corresponde al punto triple en que coexisten en equilibrio las tres fases a la vez. La presencia de solidos modifica la presión de vapor del disolvente puro (_) y también la relación p-T de equilibrio solido – liquido. La curva punteada (_ _) refleja las relaciones p-T en presencia de solutos en la fase liquida.

Figura 1. Diagrama de Presión-Temperatura del disolvente y la solución

Para calcular el descenso en el punto de congelación de una solución (diferencia entre la temperatura de congelación del solvente puro y la temperatura de congelación de la solución), se puede aplicar la siguiente ecuación:

ΔT c=T o−T f = Kc mEcuación 1. Descenso crioscópico

Donde ΔT c es el descenso crioscópico, Kc es una constante característica de cada

solvente denominada constante molal o crioscópica y m es la molalidad del soluto. Con ayuda de la ecuación 1 también se puede terminar la masa molar de un soluto:

M sto = Kc m sto

m steEcuación 2. Masa molar del soluto

Donde m sto es la masa del soluto (g) y m ste la masa del solvente (kg) )(Osorio, R. 2009)

Por lo tanto el objetivo de la práctica es evaluar las propiedades coligativas del descenso crioscópico de una solución y determinar la sustancia problema por medio de su curva de enfriamiento.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se pesaron 2, 4, 6, 8, y 10g de azúcar en una balanza analítica con precisión de 0.0001 g y se realizó una disolución de 20ml de agua destilada para cada una de las muestras y así obtener soluciones al 10, 20, 30, 40 y 50 % (p/V) de azúcar; para la muestra problema se tomó una muestra de 20 ml de agua destilada con una solución al 30% desconocida, es decir 8g. Todas estas soluciones se vertieron en vasos y se enumeraron, se determinó en cada caso la temperatura de congelación, para esto a todas las soluciones se les introdujo termopares tipo k, teniendo en cuanta que no tocaran las paredes del vaso, luego se depositaron en el súper congelador a -49°C y mediante un Datalogge se hicieron las respectivas lecturas de temperatura, tomando los datos cada minuto hasta que esta tomara un valor constante

Figura 2. Datalogger de temperatura

RESULTADOS Y DISCUSION

Cuando los datos de la temperatura, permanecen constantes en el tiempo, es porque las sustancias están pasando por la etapa de calor latente de solidificación, temperatura a la cual éstas se congelan; las temperaturas de congelación halladas experimentalmente para las diferentes muestras y el comportamiento del descenso crioscópico en las soluciones de sacarosa es acorde con lo revisado en la literatura, ya que al aumentar la cantidad de soluto la temperatura de congelación disminuye con respecto a la del disolvente puro (Osorio, 2009).

En la tabla 1 (ver anexos) se registró las temperaturas de congelación halladas experimentalmente para las diferentes muestras y en la tabla 2 (ver anexos) el descenso crioscópico de las muestras.

Gráfica 1. Curva de enfriamiento

En la gráfica 1 se puede observar como el punto de congelación para cada solución con respecto al del agua es menor debido a la presencia de solutos en cada solución, se analiza que progresivamente cuanta mayor sea la concentración de la solución su punto de congelación disminuye proporcionalmente, este mismo comportamiento se observó en la tabla 3 de molalidades, ya que por medio de la ecuación 2, se puede obtener la masa molecular de las disoluciones, donde Kc es 1.86 que representa la constante crioscópica del agua ( disolvente) y ∆TC la temperatura de congelación que está registrada en la tabla 2 de los anexos. Se obtuvo molalidades muy pequeñas, ya que se trabajo con pocas cantidades de soluto y se observó que estas eran directamente proporcionales con la cantidad de soluto suministrado, a diferencia de la sustancia desconocida que presenta una molalidad menor de 0.0514M, esto se da porque el descenso crioscópico (24.1) es mayor que las otras disoluciones.

A nivel molecular se presenta interacciones de la molécula del soluto con la del agua, cuando se alcanza en la disolución una sola fase se presenta enlaces entre el agua y el soluto, de esta manera cuando se lleva la solución a bajas temperaturas su punto de congelación estará por debajo de el de agua

pura puesto que los solutos hacen cierta resistencia a que las se junten y presente el fenómeno de congelación, por tanto habría una transferencia de energía adicional para que se congele lo que implica menor temperatura de congelación. (Sienko et al., 1996).

Respecto a los solutos presentes se sabe que en la solución, el enfriamiento lento se da por un progresivo descenso en la temperatura de congelación, por esta razón la curva de enfriamiento de un alimento el cual tiene una cierta cantidad de solutos, presentaría una menor pendiente que corresponde a la eliminación por un lado de calor latente del hielo en formación y por otro lado de calor sensible de la disolución residual en su enfriamiento necesario para la progresiva congelación, en procesamientos de enfriamiento rápido para la formación de cristales puede inhibirse por problemas cinéticos dando lugar a un sistema sub-enfriado. A nivel industrial este fenómeno puede presentar importantes repercusiones en las alteraciones de productos congelados; pueden aumentar las velocidades de algunas reacciones deteriorativas a pesar de las bajas temperaturas que pueden ser relevantes en productos celulares con membranas biológicas. La crioconcentracion puede utilizarse para concentrar líquidos con sustancias termolábiles, como zumos de fruta. Energéticamente la crioconcentracion es una operación más económica que la evaporación de agua, aunque el rendimiento va ligado a los cristales formados. (Valencia., 1998)

CONCLUSIONES

La cantidad de soluto de una solución es inversamente proporcional a la temperatura de congelación del disolvente, ya que cuando existe mayor concentración de soluto su punto de congelación con respecto al agua es menor.

El descenso crioscópico de una solución es directamente proporcional a la molalidad de dicha solución.

El punto de congelación de una solución no es la temperatura a la cual la solución como un entero se convierte en una masa sólida, sino que es la temperatura donde la solución comienza a depositar el solvente al estado sólido.

BIBLIOGRAFIA

Sienko, M.J., (1996). Problemas de química. Editorial reverté. página: 191-192

Martinez, N., Chiralt, A., Fito, P (1998). Termodinámica y cinética de sistemas alimento entorno. Servicio de publicaciones. Página: 83-87

Giraldo, R.D.O. (2009). Manual de técnicas de laboratorio químico: Editorial Universidad de Antioquia.

ANEXOS

Tabla 1. Resumen de resultados.

MUESTRA T congelación (°C)Agua pura -1.2Solución sacarosa 10%

-1.2

Solución sacarosa 20%

-3.2


-3.4


-4.3


-6.2

Solución desconocida

-25.3

Tabla 2. Descenso crioscópico de las muestras.

MUESTRA ΔTcAgua pura 0Solución sacarosa 10% 0Solución sacarosa 20% 2Solución sacarosa 30% 2.2Solución sacarosa 40% 3.1Solución sacarosa 50% 5Muestra problema 24.1

Tabla 3. Molalidad de las soluciones

MUESTRA Molalidad (mol/g)Agua pura 0Solución sacarosa 10% 0Solución sacarosa 20% 0,15Solución sacarosa 30% 0,23Solución sacarosa 40% 0,28Solución sacarosa 50% 0,30Muestra problema 0.051

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