UNIVERSIDAD DEL CAUCA Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y de la Educación Laboratorio de Termodinámica Química Departamento de Química I Periodo de 2016
DETERMINACIÓN DEL CALOR DIFERENCIAL DE SOLUCIÓN. DEPENDENCIA DE LA SOLUBILIDAD SOLUBILIDAD DE UN SÓLIDO CON LA TEMPERATURA. TEMPERATURA. Gicela Mazabuel Solarte 1, Yesica Fernanda Narváez 1 Entregado: 15 de abril de 2016 a Jonny Vilard
I.
INTRODUCCION
Cuando una solución se encuentra saturada con un soluto, existe un equilibrio termodinámico en un sistema heterogéneo. Desde el punto de vista cinético este estado se alcanza cuando la velocidad de disolución de los cristales iguala la velocidad de cristalización de las moléculas del soluto sobre la superficie de los cristales existentes. Ambas velocidades están referidas a la misma área superficial de los cristales. Desde el punto de vista termodinámico, tal equilibrio significa que el potencial químico de los cristales es igual al potencial químico de las moléculas disueltas. Mientras una disolución no haya alcanzado la saturación seguirá disolviendo sustancia, cuando se añada más sustancia a la disolución. Sin embargo, cuando una disolución saturada se encuentra en contacto con un cuerpo de fondo no disuelto, se establece en la superficie límite entre las fases un verdadero equilibrio dinámico.
II.
OBJETIVO:
Estudiar el equilibrio sólido- líquido y calcular el calor diferencial de la solución de ácido benzoico.
III.
DIAGRAMA DE FLUJO
IV.
RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
Se valoraron 5 muestras de una solución de ácido benzoico a diferentes temperaturas utilizando como agente titulante al hidróxido de sodio 0.1 M, en la siguiente tabla se observan los valores respectivos del volumen final del punto de equivalencia para cada alícuota de la solución acida.
Tabla 1. Datos obtenidos en la valoración de la solución de ácido benzoico Datos
Temperatura (°K)
Volumen Sln de Acido Benzoico (mL)
1
323.15
5,0
Volumen valorado de NaOH 0.1M (mL) 1,0
Mol de NaOH
2
318.15
5,0
0.9
0,00009
3
313.15
5,0
0.8
0,00008
4
308.15
5,0
0,6
0,00006
5
303.15
5,0
0,4
0,00004
0,0001
Con estos datos se puede observar que a medida que disminuye la temperatura, el volumen de hidróxido de sodio necesario para la titulación también disminuye. Esto, según el principio de Le Chatelier, es debido a que “la temperatura de un sistema se eleva por acci ón del calor. El calor comunicado se puede contrarrestar, si el equilibrio se desplaza en el sentido en que se absorbe calor. Si una reacción es endotérmica, su constante de equilibrio aumentará con la temperatura; si es exotérmica, su constante de equilibrio disminuirá”
Tabla 2. Datos de la solubilidad expresada en unidades de molalidad, reciproco de la temperatura. Molalidad Sln de Acido Benzoico (mol/Kg) 0,020
Ln S (mol Kg-1 )
Reciproco de T [°K -1 ]
-3,912
3,094 *10 -3
0,018
-4,017
3,143 *10 -3
0,016
-4,135
3,193 *10 -3
0,012
-4,413
3,245*10 -3
0,008
-4.828
3.299 *10 -3
Las moles de NaOH utilizadas en la titulación, están en relación 1:1 en la neutralización del ácido benzoico, por tanto equivalen a las moles de ácido benzoico. Sabiendo esto se puede calcular el logaritmo natural de la solubilidad en términos de molalidad asumiendo que la densidad de la solución es 1,0 g/cm3 (Ln S[mol/Kg]) tal como aparece en la tabla 2.
Para el correspondiente cálculo de la entalpia se tiene la relación matemática que existe entre la solubilidad y la temperatura, queda reflejada en una función que engloba a la entalpía de disolución:
=
∆
Donde, s = solubilidad; T = temperatura; R = constante de los gases ideales Se realizan los gráficos que relacionan estas variables:
Grafico 1. Solubilidad vs temperatura.
Grafico 2. Logaritmo de la solubilidad vs reciproco de la temperatura.
Para el último grafico se puede aplicar el método de ajuste de curva por mínimos cuadrados al cálculo del calor de disolución ∆HDISO. La expresión que relaciona la solubilidad con la temperatura es: = −
∆
∗
1
+
Obsérvese que las variables que aparecen se pueden asociar con los parámetros característicos de una distribución lineal. = + Siguiendo la ecuación de la recta se dice que Y= Ln s, X= 1/T, por lo tanto: =−
∆
Despejando esta última ecuación se obtiene que: ∆ = ∗ ∆ = 4375,9 ∗ 8.314
()
= 36381.2
El calor de solución es la variación de entalpía relacionada con la adición de una cantidad determinada de soluto a una cantidad determinada de solvente a temperatura y presión constantes. ΔH=Qp En esta experiencia práctica se pudo apreciar cómo esto afecta la solubilidad del ácido benzoico a diferentes temperaturas, tal como se puede apreciar en las representaciones gráficas y teóricas, en las cuales se observa la variación de solubilidad del ácido benzoico con respecto de la temperatura. El valor de entalpia encontrado en literatura termodinámica, indica que este corresponde a 24328 J, teniendo en cuenta este valor y realizando la debida comparación con el resultado experimental se tiene un error porcentual del 50%, este error indica que hubo relativamente cercanía al valor teórico. Mediante los datos obtenidos de entalpia acerca de la naturaleza de la reacción se puede determinar que es una reacción de tipo endotérmica debido al valor positivo de la entalpia.
V.
CONCLUSIONES
VI.
Se logró establecer que la dilución de ácido benzoico en agua es una reacción de tipo endotérmico, debido a que el ácido benzoico necesita la absorción de calor para la completa solubilidad. Se concluye que el calor diferencial de solución depende directamente del aumento o disminución de la temperatura.
BIBLIOGRAFIA 1. Levine Ira N. 2004 FISICOQUIMICA. Editorial McGraw-Hill. 5ta Edición. Volumen 1. Pág.: 60. 2. Dickerson, Richard E. 1992. Principios de química. Editorial Reverté S.A. 4ta edición. Págs.: 627-628
