INTRODUCCIÓN Las entalp entalpías ías de diluci dilución ón y disol disoluci ución, ón, junto junto con la capaci capacidad dad calorí calorífic fica, a, consti constituy tuyen en la princ principa ipall fuente fuente de información acerca de las propiedades térmicas de las disoluciones. disoluciones. En el caso de un soluto sólido, como son las sales complejas de cobalto que se estudian en el laboratorio, la entalpía de disolución es fácil de medir, pero los resultados experimentales que se obtienen son de poca utilidad, porque dependen en gran medida del estado de la muestra sólida antes del proceso de disolución más que de las propiedades de la disolución formada. Por este motio, se considera de mayor releancia termodinámica la obtención de la entalpía de dilución, aunque su determinación experimental sea muy laboriosa. !éngase en cuenta que las entalpías de dilución de sales en agua pueden ser entre cien y mil mil eces menores que las correspondientes correspondientes entalpías entalpías de disolución " Par#er, $%&'(. $%&'(. )e pueden citar arios ejemplos recientes donde se *a determinado experimentalmente la entalpía de dilución para ealuar problemas releantes. Por ejemplo, estudios reali+ados en sales de fullerenos que *an permitido estudiar diersas diersas propiedades propiedades de estos estos nueos nueos materiales materiales " erar y )#erjanc, -(/ - (/ así como estudi estudios os de proces procesos os de agregación en surfactantes " !ana#a y 0dac*i, -1(. -1 (. on el objetio de medir con gran precisión la entalpía de dilución para disoluciones acuosas de electrolitos, se *a dise2ado y puesto a punto un calorímetro de enoltura o camisa isoterma, también llamado calorímetro de tipo isoperibólico. En este tipo de calorímetro se mide cómo aría la temperatura en la celda interior del calorímetro durante el proceso de dilución, mientras la carcasa exterior del mismo se mantiene a una temperatura constante regulada dentro del margen 3,' m4.
CALOR DE SOLUCION POR MEDIDAS DE SOLUBILIDAD I.-OBJETIVOS:
alcular la entalpia de solusion
alcular la temperatura de fusion del acido ben+oico
II.-FUNDAMENTO TEÓRICO onceptos generales uando ertemos a+5car en el café y agitamos el líquido, estamos preparando una disolución, una me+cla *omogénea de arias sustancias.
)i en lugar de lec*e y a+5car usamos agua y sal, también nos referimos a una disolución. 6maginemos que en medio aso de agua, a2adimos media cuc*arada de sal y agitamos. El resultado es que la sal se disuele y desaparece.
Parece como si sólo *ubiese agua en el aso, sin embargo su sabor salado nos indica que contiene sal. La sal, que es la sustancia que se disuele se denomina soluto, mientras que el agua, que es la sustancia en la que se dispersa se llama disolente. El conjunto de agua y sal recibe el nombre de disolucióno solución.
En general, es fácil distinguir entre soluto y disolente ya que el primero está en menor proporción. 0 la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de disolente se le denomina concentración. Puesto que la cantidad de sal "soluto( en el agua "disolente( es poca, decimos que la disolución es diluida. )i ec*amos una cuc*arada más de sal y olemos a agitar, la disolución se dice que está concentrada, porque *ay muc*a cantidad de soluto. )i olemos a ec*ar otras dos cuc*aradas de sal, por más que agitemos queda un resto en el fondo del aso sin disolerse. La disolución está a*ora saturada. La concentración de esa disolución saturada es la solubilidadde la sal. 0l calentar el agua, eremos que se disuele más cantidad, lo que quiere decir que la solubilidad aría con la temperatura. 7ormalmente los sólidos, como la sal, el a+5car o el bicarbonato aumentan su solubilidad con la temperatura, mientras que los gases, como el dióxido de carbono o el oxígeno, la disminuyen.
Por ello, cuando en el laboratorio encontramos dificultades para disoler un sólido en un disolente líquido, a eces se recurre a calentar ligeramente la disolución. 0l *acerlo, incrementamos la energía cinética de las moléculas de soluto y disolente, faoreciendo así la aparición de un sistema *omogéneo.
Por ejemplo, el biftalato potásico "ftalato ácido de potasio( es una sustancia patrón que se emplea para alorar bases. 0 eces se requiere emplear disoluciones relatiamente concentradas de esta sal, encontrando serios problemas para solubili+arla. En este caso, el problema se resuele calentando un poco y agitando. 8e todo ello se deduce que existe una dependencia entre la solubilidad y la temperatura, que puede describirse matemáticamente como9 )olubilidad : f "!emperatura(/ )olubilidad y alor uando se disuele 7a;< en agua, se desprende energía en forma de calor.
. Este*ec*o experimental lo *emos podido constatar en el laboratorio "si no lo *a constatado a5n, lo *ará en bree(. En general, todo proceso de disolución llea asociado un alor de energía "calor( que puede liberarse en el proceso, ocasionando un aumento de la temperatura. !ambién podría absorberse/ en este caso proocaría una disminución. uando 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, =< disolución uando durante el proceso, el sistema absorbe energía "calor( se dice que es endotérmico y iene caracteri+ado por un alor de =< disolución positio. uando la energía se
libera, el proceso es exotérmico y el signo de =< disolución es negatio. )olubilidad, temperatura y =<8isolución
III.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Materiale:
>
aso de precipitado
> balan+a
>
termomrtro
> bagueta
>
mec*ero
> bureta
>
matras erlenmeyer
> Probeta
>
Pipeta
> soporte uniersal
Reactivos:
>
0cido ben+oico
>
0gua desionisada
>
?enoftaleina
>
Procedimiento:
$.>Preparar @ soluciones en un aso de presipitadoo, disponer de -'ml de agua desionisada. -.>8isoler -.gr de 0c. Aen+oico en cada una de las soluciones. -.>alentar la solución a ebullición por unos $ minutos.
1.>
Enfriar la solución a temperatura ambiente, *asta una temperatura superior en $B de la temperatura que se desea estudiar.
@.>Cegulari+ar la temperatura en un ba2o de agua caliente la cual se encuentra a temperatura constante. '.> 0 la temperatura deseada recoger la solución que se encuentra disuelta en el agua en una probeta, agregar unas gotas de fenoftaleina y luego titular a la titular con soda.
&.>El gasto con soda será9
!"B(
D0)!; ;7 7a;<
%$$.-
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>. 0LGL;)9 alcularemos la entalpía de solución "=
Ln(x2) = (∆H!" #R) ($#T%& ' $#T) Ln"x-( : "=
= ' *+ D!n, = (∆H !" #R) ($#T %&) -* = ' (∆H!" #R) ($#T)
on las temperaturas de trabajo obtenidas y *allando las fracciones molares "x-( del acido ben+oico.
7uestra primera temperatura de trabajo es la de ambiente ! : $.1o y *allaremos la fracción molar del acido ben+oico a esta temperatura. En la titulación del acido con 7a;< .'J el gasto de soda fue de $.$ml como tomamos -'ml de <-; para preparar la solución de acido ben+oico entonces el n- :-'H$F :$1.F% moles de agua9
C$x V$ = C2 x V2 Pero C$x V$ = n$. $ x K$ : .'x$.$
n$ = ./00 *!"
!;
n$
-
$.1
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.FF'
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1'
$.$'
.'
@-
$.11F
.%&
on los datos obtenidos *allaremos la entalpía de solución "=
$H!
Ln"-(
1.@@x$>1
>-.F'
1.1- x$>1
>-.F$
1.-' x$>1
>-.'%
1.$ x$>1
>-.1@
"=$F%@.@ y b : 1.'% >"=$F%@.@
∆H!" =$011 J Luego9 b : "=
T%& = 023.3 4
IV.-CONCLUCIONES
8e todo ello se deduce que existe una dependencia entre la solubilidad y la temperatura, que puede describirse matemáticamente como9 solubilidad = f (Temperatura)
En general, todo proceso de disolución llea asociado un alor de energía "calor(que puede liberarse en el proceso, ocasionando un aumento de la temperatura.
V.-RECOMENDACIONES:
7o contaminar con otros productos los reactios de las botellas. 7o pipetear directamente de las mismas. Jantener el área de trabajo ordenada y limpia 7o cambiar las etiquetas de los reactios ni rellenar recipientes con productos distintos de los que marque la etiqueta. La bata en el laboratorio es imprescindible para eitar deterioros en la ropa por quemaduras, manc*as, etc. 8eberá ir siempre abroc*ada. 7o ir con prisas. Leer cuidadosamente el guión antes de empe+ar los experimentos. )eguir los consejos del profesor encargado
