UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA INGENIERÍA DE MINAS
INFORME DE LABORATORIO Nº 02 DETERMINACIÓN DEL CALOR DE “
SOLUCIÓN POR EL MÉTODO DE SOLUBILIDAD
”
I. II.
III.
OBJETIVOS calor de disolución disolución de ácido ácido oxálico por el método método Determinar el calor de la solubilidad. FUNDAMENTO TEÓRICO El equilibrio más simple entre un sólido y su parte disuelta es aquel de una solución saturada la que no se ioniza en la l a solución dependiendo solo de la temperatura y la l a concentración de solución, puesto que en una solución saturada existe un estado de equilibrio, se puede aplicar la ecuación de Van´t Hoff, que para el caso especial de la solubilidad “S” puede escribirse: d(LnS) = - H dT RT2 Integrando y considerando ▲H constante se obtiene:
∫ () = ▲H / R∫ / ∆ + C´ () = . ó
()= ∆ + C
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Gráfica: Log (S) vs 1/T:
2
C
= .∆
Log(S)
1/T Donde:
∆= 2.303
Cuando la integración se realiza entre las temperaturas T 1 y T2
() =
∆
Resolviendo se obtiene:
∆ [T1 T2] 2 = 1 T1 x T2 ó
∆ [T1 T2] 2 = 1 2.303 T1 x T2 donde: S1 = Solubilidad a la temperatura T 1 S2 = Solubilidad a la temperatura T 2 = Calor promedio de disolución R = Constante Universal De Los Gases
∆
La solubilidad de una sustancia en un líquido dado, depende de la naturaleza del soluto y del solvente, de la temperatura y de la presión. Las variaciones del valor de la presión atmosférica solo
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producen cambios despreciables en la solubilidad de los líquidos o de los sólidos en líquidos. En cambio la solubilidad de los gases en los líquidos varía en proporción directa de la presión parcial del gas que se solubilidad. En los sólidos y líquidos la mayoría de las solubilidades aumentan con la temperatura.
3.1.
Solubilidad
La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, denominándose solución sobresaturada. Además la solubilidad es la propiedad que tienen unas sustancias de disolverse en otras a temperaturas determinadas. La sustancia que se disuelve se llama (soluto) y la sustancia donde se disuelva se llama (solvente). No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente, por ejemplo en el agua, se disuelve el alcohol y la sal. El aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia será más o menos soluble, por ejemplo: Los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. Entonces para que sea soluble en éter etílico ha de tener poca polaridad, es decir no ha de tener más de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.
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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, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación. La solubilidad varía con la temperatura. En la mayoría de los casos: a mayor temperatura del solvente, mayor solubilidad del soluto.
3.2.
ácido oxálico
Ácido Oxálico Nombre derivado del griego oxalis = trébol por su presencia natural en esta planta donde fue descubierto por Wiegleb en 1776. Luego se encontró en una amplia gama de vegetales incluido algunas alimenticias como el ruibarbo o las espinacas.
3.2.1. Propiedades
El ácido oxálico es el diácido orgánico más simple. Fórmula: HO2CCO2H .
Masa molecular: 90,04.
Punto de fusión: 189,5 ºC - 101,5 °C (hidratado).
Punto de ebullición: 157 ºC (sublimación).
Soluble en alcohol y agua (102 g ácido / L de agua a 20 ºC; cristaliza del agua en forma di hidratada.
Ácido fuerte en su primera etapa de disociación debido a la proximidad del segundo grupo carboxílico. Calentándolo se descompone liberando principalmente dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y agua.
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2.3. Pruebas analíticas clásicas Formación de un precipitado blanco en disolución neutra con sales de calcio que se re disuelve en ácido. Reacciona con permanganato (MnO4-) reduciéndolo a manganeso (II) y oxidándose a carbonato o CO 2 respectivamente: 5 H2C2O4 + 2 MnO4- + 6 H+ -> 10 CO2 + 2 Mn2+ + 8 H2O
2.3.1. Nomenclatura Las sales y ésteres de este ácido se denominan oxalatos. El oxalato actúa como ligando quelante, uniéndose a un átomo central a través de dos átomos de oxígeno.
2.3.2. Síntesis El ácido oxálico se obtiene hoy en día por calentamiento de formiato sódico (NaO 2CH) a 360 ºC bajo liberación de hidrógeno, precipitación del ácido en forma de oxalato cálcico con leche de cal y finalmente liberación del ácido con ácido sulfúrico.
2.3.3. Toxicología El ácido oxálico es moderadamente tóxico (LD50 rata = 375 mg/kg) ya que precipita el calcio en forma de oxalato de calcio que puede obstruir los capilares renales, etc. y evita su asimilación por parte del cuerpo. Por esto se desaconseja a las mujeres lactantes y a los niños en crecimiento la ingestión de grandes cantidades de alimentos ricos en oxalatos. Los cálculos en los riñones suelen contener una parte importante de oxalato cálcico.
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3.3.
Aplicaciones y usos En apicultura este ácido es utilizado en el control de Varroasis enfermedad causada por ácaros del género Varroa que atacan a las abejas melíferas. Por su acción toxicológica descripta, es objetada su utilización por algunos autores en la apicultura, si bien debemos rescatar que la miel como producto natural contiene este ácido, por lo cual se considera el tratamiento con ácido oxálico como orgánico. Hay mieles que naturalmente tienen alta concentración de ácido oxálico como es el caso de la miel de almendro (Prunus dulcis), dependiendo la concentración del mismo en miel de la flora nectífera que la abeja pecorea.
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IV.
MATERIALES Y REACTIVOS Termostato. Pesa filtro. Termómetro. Balanza analítica. Erlenmeyer de 150ml. Bureta de 50ml. Soporte universal. Varilla de vidrio. Pipeta de 5ml. Solucion de NaOH 0.1M. Solucion saturada de H2C2O4 Fenolftaleina(C20H14O4) Agua destilada.
V.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a. Preparar una solución saturada de ácido oxálico a 50 ºC (aprox. 150mL). b. Colocar la solución saturada en un Erlenmeyer y mantener en un baño a la temperatura constante de 35ºC durante 10 minutos. c. Pesar una pesa filtro vacío, limpio y seco y anotar su peso. d. Tomar 5mL de la solución con una pipeta cubriendo el extremo de la pipeta con algodón para evitar que penetre algo de sólido y pasar rápidamente al pesa filtro tarado. e. Pesar rápidamente y luego pasar la solución a un vaso de 250mL. f. Lavar el pesa filtro con agua destilada y pasar el líquido de lavado al vaso de precipitación de 250mL. g. Titular la solución de NaOH 0.5 N usando fenolftaleína como indicador y anotar el gasto. Hacer la titulación por duplicado. h. Repetir el experimento a 30ºC y 25ºC.
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VI.
CALCULO Y RESULTADO
DETERMINIACIONDEL CALOR DE SOLUCION POR EL METODO DE LA SOLUBILIDAD T=35°C<>308°K V=3ml (solución saturada de H 2C2O4) M= 3.1710g de H2C2O4 [NaOH]= 0.5M GASTO=18ml Rxn de titulación H2C2O4 + NaOH
Na2C2O4 +2H2O
EN EL PUNTO DE EQUILIBRIO #meq-g NaOH=#meq-g H2C2O4 #meq-g NaOH=NxV #meq-g NaOH=0.5 meq-g x18mL/ml #meq-g NaOH=9 meq-g NaOH=#meq-g H2C2O4 9 meq-g =#meq-g H2C2O4 Calculo de peso
9/−
Peso meq-g H2C2O4 =M/Ɵ = −/−ol
/meqg
meq-g H2C2O4=45
#meq-g H2C2O4 = Pso − HO4 m=#meq-g H2C2O4 x Peso meq-g H2C2O4
/meqg
m=9 meq-g x45
m=405mgX1g/100mg m=0,405g H2C2O4 calculo de Sen g/100g de solución si 0,405g H2C2O4 X
3,1710g solución 100g de solución
X=12.7720 de oxalato/100g de solución T=25°C<>298°K V=3ml (solución saturada de H 2C2O4) M= 3.160g de H2C2O4
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[NaOH]= 0.5M GASTO=17.30ml Rxn de titulación H2C2O4 + NaOH
Na2C2O4 +2H2O
EN EL PUNTO DE EQUILIBRIO #meq-g NaOH=#meq-g H2C2O4 #meq-g NaOH=NxV #meq-g NaOH=0.5 meq-g x17.30mL/ml #meq-g NaOH=8.65 meq-g NaOH=#meq-g H2C2O4 8.65 meq-g =#meq-g H2C2O4 Calculo de peso
9/−
Peso meq-g H2C2O4 =M/Ɵ = −/−ol
/meqg
meq-g H2C2O4=45
#meq-g H2C2O4 = Pso − HO4 m=#meq-g H2C2O4 x Peso meq-g H2C2O4
/meqg
m=8.65 meq-g x45
m=389.25mgX1g/100mg m=0,389g H2C2O4 Calculo de S en g/100g de solución si 0,389g H2C2O4 X
3,160g solución 100g de solución
X=12.3101 de oxalato/100g de solución T
1/T
S
logS
35
308
3.25x10 -3 12.7720 1.106
25
298
3.36x10 -3 12.3101 1.090
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VII.
CONCLUCIONES La concentración del ácido oxálico disuelto en solución acuosa se ve incrementado a medida que la temperatura se incrementa en la solución.
El ácido oxálico se disuelve parcialmente a condiciones ambientales, ello quiere decir que cuando se disuelve el ácido oxálico; existe una fase disuelta y una fase no disuelta (en estado sólido), ello indica que el soluto solo se disuelve parcialmente. Consecuentemente a la proporcionalidad con la que se ve incrementada la solubilidad por efectos de la temperatura; en la titulación se verá incrementada la cantidad de ácido clorhídrico que se necesitará para poder realizar una reacción de neutralización a una concentración establecida.
La solubilidad de un soluto frente a un solvente; es directamente proporcional al incremento de la temperatura suministrada, una vez obtenida la solubilidad a una mayor temperatura; la solubilidad permanece relativamente invariable a medida que la temperatura se va disminuyendo.
VIII.
RECOMENDACIONES
La precisión en el pesado, el titulado, en la medición de la temperatura y en la cantidad de volumen que se tiene que usar es fundamental; porque a mayor exactitud; mayor será la precisión que se va a obtener en los resultados esperados.
Puede existir una variación ligera de los resultados esperados; puesto que se ve afectado por las condiciones climáticas a las cuales se está elaborando, para corregir ello se tiene que ajustar algunas correcciones para que la congruencia sea mucho mayor.
El orden y la limpieza es fundamental para ejecutar este tipo de labores para evitar cualquier incidente y/o accidente.
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IX.
La buena coordinación con el equipo de trabajo y la seriedad por parte de los integrantes de trabajo es fundamental para el desarrollo óptimo del trabajo.
REFERENCIAS BBLIOGRÁFICAS
Atkins P. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, México, 1986, pág: 204 – 205.
Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144. 312-313;324,337
Maron S. Prutton “Fundamentos de Fisicoquímica” 1era.
Edición. Ed. Limusa, México, 1968, pág: 269 – 272.
Pons Muzzo Gastón “Fisicoquímica” 6ta Edición Ed. Universo,
Lima, 1985, pág: 271 – 274. 272,273,413,418.
Gorbachev " Practicas de Fisicoquimica", 1ra Edicion, Ed. MIR,
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X.
SOLUCIÓN DE PREGUNTAS 1. Calcular la solubilidad del ácido oxálico en gramos por 100 gamos de agua a las tres temperaturas 12.7720 12.3101
2. Plotear log S vs 1/t en papel milimetrado y trace una línea recta que una los puntos. − y-yo = −x(X- Xo)
. −.
y - 3.36x10-3 = .−.x(X- 1.090) 10-3 y - 3.36x10-3 = - 6.875 x10-3X + 7.494 x10-3 3. Escoger dos puntos y anotar los valores correspondientes de S y T 3000K ; S= 12.4279 500K; S= 19.4044
