PRACTICA PROPUESTA :EQUILIBRIO QUIMICO SIMULTANEO ESTUDIO DE LA DISTRIBUCION Y DIMERIZACION DEL ACIDO BENZOICO EN BENCENO Y AGUA DESARROLLO TEORICO: El comportamiento no ideal de las soluciomnes es explicado en términos de fuerza s físicas intermoleculares .El modelo de soluciones regulares , teoría de la “estructu ra” y aquellas basadas en al teoría de los estados correspondiemntes , relacionan el coeficiente de actividad a parámetros físicos que se reflejan la medida de las molécu las y las fuerzas de interaccion operando entre ellas. Una aproximación aproximada alternativa para el estudio de las propiedades , esta basado en una premisa diferente de esto es “ las molecukas en una solución liquida interactúan con otras en tal dirección que forman nuevas especies químicas , por lo que la no idealidad de la solución es una consecuencia de las reacciones químicas”. Se pueden distinguir dos tipos de reacciones: *asociación y solvatación La asociación se refiere a la formación de agregados químicos comopolimeros consistent es de monómeros idénticos.En este caso la dimerización es debida a puentes de hidrogen o que es responsable de la forma mas común de asociación en soluciones liquidas. La solvatación se refiere a la formación de agregados químicos de dos o mas moléculas de las cuales minimo dos , son idénticos. La teoría química de las soluciones postula la existencia de especies químicas distint as, las cuales asume se encuentran en quilibrio quimico . En su forma original la teoría supone que estas soluciones químicamente diferentes forman una solución idea l . La teoría química de las soluciones explica las propiedades termodinámicas en términos de las especies químicas reales presentes en la solución La ley de distribución de Nernst o ley de reparto es una generalización que gobierna la distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles.La ley fue propuesta en 1931 por Walther Nernst, que estudió la distribución de numerosos solutos en div ersos disolventes. En su enunciado más general afirma que cuando se reparte una cantidad determinada de soluto entre dos disolventes inmiscibles, se alcanza un estado de equilibrio en el que tanto el potencial químico como la fugacidad del soluto es el mismo en l as dos fases. Por lo tanto, si considerados dos disolventes «A» y «B» que forman dos fases separadas c uando están en contacto y suponemos que una pequeña cantidad de soluto «i» se disuelven en ambas fases formando dos disoluciones ideales en equilibrio, el cociente de f racciones molares del soluto en las dos fases se puede expresar así:2 Donde x es la fracción molar del soluto en cada disolvente, μ la fugacidad, R la con stante universal de los gases ideales y N el coeficiente de distribución o de repa rto, que depende de T, la temperatura y de P, la presión. Por otra parte, si las d isoluciones son lo suficientemente diluidas, este coeficiente puede hallarse a p artir de las constantes de la ley de Henry para «i» en los disolventes «A» y «B», simbolizad as por K. Se demuestra que: En el caso ideal en el que las actividades (a) del soluto en ambas fases sean mu y similares, por lo que podemos suponerlas equivalentes a las concentraciones c, llegamos a una única constante, Kv, que, como hemos visto, depende de la temperat ura y la presión:
DESARROLLO EXPERIMENTAL
CALCULOS Sistema I II Fase organica + agua Fase acuosa 1.7
III 8.1 1.5
IV 7.2 1.2
V 5.1 1.1
VI 5.3 0.9
2.5 0.5
1.4
Datos adicionales: Vm=5 ml (volumen de muestra) VA=fase acuosa VB=fase organica N NaOH=0.015(concentración) De los resultados obtenidos de la stitulaciones para cada sistema preparado se p uede obtener lñas concentraciones molares del acido benzoico en cada fase CA=(VA*NNaOH)/Vm para la fase acuosa CA=( 1.7*0.015)/5= 0.0051 CB=(VB*NNaOH)/Vm
para la fase organica
CB=(8.1*0.015)/5= 0.0243 Donde: VA=volumne gastado de solucion de NaOH en la titulación de la fase acuosa(ml) VB=volumne gastado de solucion de NaOH en la titulación de la fase organica(ml) Vm=volumen de la alícuota tomada para cada fase NNaOH= normalidad de la solución de NaOH De la siguiente ecuación se determina la constante de ionización del acido Ka=(α²CA)/(1- α) Donde Ka=6.3x10 ³ mol/lt a 25°=Constante de ionización del acido
Despejando α se obtiene que: α= 0.105139 De las ecuaciones ca(1-alfa) = 0.00456379 CB/CA(1-ALFA) = 5.32452066 Posteriormente se procede a realizar la grafica CB/CA(1- α) VS CA(1- α) NOTA: estos valores solo están efectuados con la primera titulación los demás se prese ntan como resultados en la tabla de resultados
RESULTADOS Y GRAFICAS kA 0.0063 0.0063 0.0063 0.0063 0.0063 0.0063
CA 0.0051 0.0045 0.0036 0.0033 0.0027 0.0015
CB 0.0243 0.0216 0.0153 0.0159 0.0075 0.0042
VBHZ 25 20 16 12 8 4
V.B 8.1 7.2 5.1 5.3 2.5 1.4
V.A 1.7 1.5 1.2 1.1 0.9 0.5
a ca(1-alfa) CB/CA(1-ALFA) 0.105139 0.00456379 5.32452066 0.111528 0.00399812 5.402533788 0.123827 0.00315422 4.850640227 0.128954 0.00287445 5.531489517 0.141531 0.00231787 3.23573452 0.185012 0.00122248 3.435633408
Ajustar los valores de VB Y VA y volviendo a realizar los cálculos anteriores Ajuste de VA= (0.0543* VBHz)+0.3801 Ajuste de VB= =(0.3257*VBHz)+0.3199 v.a v.b C.A c.b a ca(1-alfa) CB/CA(1-ALFA) ca.alfa* 10-3 1.7376 8.4624 0.0052128 0.0253872 0.104058 0.00467037 5.435804713 4.67037E-06 1.4661 6.8339 0.0043983 0.0205017 0.112734 0.00390246 5.25352963 3.90246E-06 1.2489 5.5311 0.0037467 0.0165933 0.121537 0.00329134 5.041506955 3.29134E-06 1.0317 4.2283 0.0030951 0.0126849 0.132855 0.0026839
4.726292964 0.8145 2.9255 4.216662375 0.5973 1.6227 3.276115419
2.6839E-06 0.0024435 2.08139E-06 0.0017919 1.48594E-06
0.0087765
0.148195
0.00208139
0.0048681
0.170748
0.00148594
GRAFICAR NUEVAMENTE AHORA CON LOS VALORES AJUSTADOS
DE LA GRAFICA AJUSTADA TENEMOS Y=MX+B Y=KD+2KD^2KM*CA(1-ALFA)) KD=2.7289 2Kd2KM=639.06 KM=42.907
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: En esta practica se puede apreciar loos valores de KMy KD los cuales indican com o el acido benzoico tiene gran afinidad al solvente organico por que se encuent ra mayor concentración de acido en el benceno y la tendencia a dimerizarse Tambien gracias a la ultioma tabla se nota que las concentraciones molares tanto de la fase acuosa como de la organica son inversamente proporcionales al volume n agregado de HBz y lamda es directamente proporcional al volumen de HBz Por otra parte se nota que si se ajusta la grafica se tiene valores mas precisos de las cponstantes de distribución y dimerización lo cual es de gran ayuda para obt ener el gardo de ionización. CONCLUSIONES: Por medio de esta practica nos dimos cuenta de la importancia que tienen los con ceptos de ionización , distribución y dimerización aplicados a un proceso quimico ya q ue si se desea obtener mayor cantidad de productos podemos ayudarnos de estos térm inos ya que el equilibrio lo desplaza hacia la derecha del lado de los producto s obteniendo asi mayor cantidad de n los mismos. Tambien se aprendio que condiciones son importantes para poder beneficiar nuestr o equilibrio basándonos en varios principios como la ley de la distribución de nerd la cual afirma que cuando se reparte una cantidad determinada de soluto entre d os disolventes inmiscibles, se alcanza un estado de equilibrio en el que tanto e l potencial químico como la fugacidad del soluto es el mismo en las dos fases. ARTICULOS RELACIONADOS SOBRE CADA TEMA ESPECTROFOTOMETRIA: http://www-optica.inaoep.mx/laboratorios/biofotonica.php EQUILIBRIO QUIMICO HOMOGENEO EN FASE LIQUIDA: http://www.scielo.cl/scielo.php?pi d=S0718-07642008000600010&script=sci_arttext EQUILIBRIO QUIMICO SIMULTANEO: http://clubdelquimico.blogspot.com/2008_06_01_arc
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