Laboratorio de Fisicoquímica I
Calorimetría
CALOR DE DISOLUCIÓN OBJETIVOS:
• Determinación del calor de disolución por medida de solubilidad. • Estudio de la solubilidad del ácido oxálico como una función de la temperatura y cálculo cálculo de la entalpía molar de solución ΔHsol
FUNDAMENTO TEÓRICO: SOLUBILIDAD La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro por litro,, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, denominándose a estas soluciones sobresaturadas. El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía
DISOLUCION Disoluciones, en química, mezclas homogéneas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de disolvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta. El soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el disolvente puede ser también un gas, un líquido o un sólido.
Propiedades físicas de las disoluciones Cuando se añade un soluto a un disolvente, se alteran algunas propiedades físicas del disolvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le
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añade un anticongelante (soluto), como el 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH). Por otra parte, al añadir un soluto se rebaja la presión de vapor del disolvente. Otra propiedad destacable de una disolución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos disoluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del disolvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del disolvente pasarán de la disolución menos concentrada a l a disolución de mayor concentración, haciendo a esta última m ás diluida.
Solubilidad y Calor Cuando se disuelve NaOH en agua, se desprende energía en forma de calor1. Este hecho experimental lo hemos podido constatar en el laboratorio . En general, todo proceso de disolución lleva asociado un valor de energía (calor) que puede liberarse en el proceso, ocasionando un aumento de la temperatura. También podría absorberse; en este caso provocaría una disminución. Cuando la disolución tiene lugar en condiciones de presión constante, a esa energía absorbida o liberada, se la denomina calor de disolución o entalpía de disolución,
Solubilidad, temperatura y ΔHdisolución: La relación matemática que existe entre la solubilidad y la temperatura, queda Reflejada en una función que engloba a la entalpía de disolución: lns d lns
= ΔHdisolución
dT
2
RT
DONDE = solubilidad T = temperatura R = constante de los gases ideales s
Integrando y suponiendo que ΔHdisolución es un valor constante que no depende de la Temperatura, se llega a:
lns = - ΔHdisolución ΔHdisolución ( 1 - 1 ) R T2 T 1
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PARTE EXPERIMENTAL: MATERIALES Y REACTIVOS:
• • • • • • • • • •
Termómetro Probeta Matraz Bureta Vageta Rejilla Mechero Agua destilada Hidróxido de sodio 0.3N Ácido benzoico
PROCEDIMIENTO Paso 1 Preparar una solución de ácido oxálico saturada a 50ºC en baño maría disolviendo aproximadamente aproximadamente 10 gramos por cada 100 cc de agua destilada. destilada. Se calienta la solución saturada hasta que se haya disuelto todo el sólido (prácticamente hasta ebullición). De esta manera, al enfriarse se tiene seguridad de estar trabajando con una solución saturada y se favorece la formación de cristales grandes que resultan convenientes para el Trabajo Trabajo
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PASO 2 Masar un pesafiltros limpio y seco y anotar la masa, luego con la pipeta sacar 5 ml de la solución saturada de ácido oxálico a 35ºC y echarlo en el pesafiltros e inmediatamente inmediatamente masar masar en una balanza balanza analítica analítica y anotar anotar la masa.
PASO 3 Vaciar todo el contenido del pesafiltro pesafiltro a un matraz erlenmeyer y titularlo con NaOH 0.3N utilizando como indicador la fenolftaleína, anotar el volumen gastado de NaOH. Repetir los pasos 2 y 3 para las temperaturas de 30ºC y 25ºC
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RESULTADOS RESULTADOS EXPERIMENTALES MASA DEL PESAFILTROS VACÍO Wpesafiltro vacío = 42.2156 g
MASA DEL PESASILTRO MÁS EL ÁCIDO OXÁLICO A 25ºC Wpesafiltros + Ac Oxálico + agua = 47.5588g A 30ºC Wpesafiltros + Ac Oxálico +agua = 47.7264g A 35ºC Wpesafiltros + Ac Oxálico + agua = 48.4919 Volumen gastado de hidróxido de sodio 0.3N V25ºC= 41.7ml V30ºC= 49.8ml V35ºC=57.8ml
CÁLCULOS Calculamos la concentración de ácido oxálico con el volumen gastado de hidróxido de sodio a diferentes temperaturas #Equivalentes gramo de ácido = #Equivalentes gramo de hidróxido de sodio(1) NAc oxálico vAc oxálico = NNaOH vNaOH N=θM
(2)
(3)
Pero el θ del ácido oxálico es 2 entonces N=2M Reemplazando en la expresión (2) 2 M vAc oxálico = NNaOH vNaOH Reemplazando valores para cada temperatura. NOTA: NOTA: el volumen de ácido oxálico que se toma en cada temperatura temperatura es una -3 muestra de 5ml = 5X10 L con la ayuda del pesafiltros.
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A 25ºC 2Mx5ml =0.3x41.7ml
Entonces M = 1.251mol/L Hallando la masa del ácido oxálico
Hallando la masa del agua
Hallando la solubilidad del ácido oxálico a 25ºC
A 30ºC 2Mx5ml =0.3x49.8ml Entonces M = 1.494mol/L
Hallando la masa del ácido oxálico
Hallando la masa del agua
Hallando la solubilidad del ácido oxálico a 30ºC
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A 35ºC 2Mx5ml =0.3x57.8ml Entonces M = 1.734mol/L Hallando la masa del ácido oxálico
Hallando la masa del agua
Hallando la solubilidad del ácido oxálico a 35ºC
Tabla de datos obtenidos en el laboratorio T(ºC) T(K) T(K-1) 25 30 35
298 303 308
0.003356 0.003300 0.003247
Solubilidad ”S” (g/100gH2O)) 15.4 18.3 18.7
Log(S) 1.1875 1.2624 1.2718
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GRAFICAS Kelvin-1 VS log (Solubilidad)
Usamos la ecuación de claissus:
S 2 ∆ H T 2 − T 1 = R T T S 1 2 1
ln
Hallamos valor de
∆ H
de disolución del ácido oxálico tomando dos
puntos de la gráfica:
∆ H =
R(T 2T 1 )
(T 2 − T 1 )
S 2 1,987(308 × 298) 18.3 = 3.146 KCal . = (308 − 298) ln 15.4 S 1
ln
∆ H = 3.146 Kcal .
