DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

DETERMINACIÓN DE LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

1 Objetivos

• Determinar la temperatura de ebullición de algunos líquidos puros.
• Corregir las temperaturas de ebullición de acuerdo con las variaciones en la presión atmosférica.

2 Marco teórico

2.1 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).

[pic 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.

2.2 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.

2.3 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, 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 1 y dependen de la polaridad del líquido.

Ejemplo 1 La temperatura normal de ebullición del agua es de 100 °C. ¿Cuál será el punto de ebullición del agua en León que tiene una presión atmosférica  de 690 torr.

Para León: [pic 2]p = 760 torr – 690 torr = 70 torr = 70 mm Hg

Fc = 70 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 2,59 °C

Te = 100 °C – 2,59 °C = 97,4 °C

Tabla 1 Factores de corrección del punto de ebullición por cambios en la presión

Ejemplo 2 La temperatura de ebullición del n-butanol (polar) en León es aproximadamente 114,5 °C , ¿cuál será el punto de ebullición normal del n-butanol?

[pic 3]p = 760 torr – 690 torr = 70 torr = 70 mm Hg
Fc = 70 mm Hg x 0.382 °C/10 mm Hg = 2,7 °C
Te = 114,5 °C + 2,7 °C = 117,2 °C

Nótese que para 114,5 °C, el valor del factor de corrección en la tabla 1 se estima aproximadamente por interpolación.

3 Materiales y equipo

• Líquidos problema: cloroformo, etanol, 1-butanol, hexano (consultar el punto de ebullición y la fórmula química de estos líquidos).
• Aceite mineral
• Vaso de precipitados de 100 mL
• Tubos  de ensayo
• Capilares
• Soporte  y pinzas
• Termómetro
• Placa calefactora
  

4  Procedimiento

A un tubo de ensayo pequeño se añaden 3 - 4 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 introduce el termómetro. Fijarse que el capilar quede cubierto totalmente con el líquido.  El sistema se coloca en un baño de aceite (añadir 50 mL de aceite en el vaso de precipitados de 100 mL) tal como se ilustra en la figura 2.

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