UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA
CALOR DE DISOLUCIÓN DEL CARBONATO DE SODIO
ALUMNOS: ARMENTA VINIEGRA JOSÉ ALBERTO HERNÁNDEZ BELTRÁN ESMERALDA JUSTO AVILA VICTORIA EQUIPO 2
LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA II
PROFESOR: EDUARDO GILES VELÁZQUEZ
MÉXICO D.F.
1!MARZO!2"1#
INTRODUCCIÓN El calor es una forma de energía que se encuentra en los cambios físicos y químicos, la calorimetría nos ermite cuantificar el calor absorbido o liberado en un sistema! El calor de disoluci"n es la cantidad de calor liberado durante la reacci"n! #sí mismo la solubilidad influye en la disoluci"n de las sustancias con lo cual se define como la cantidad de sustancia que uede disol$erse en cierta cantidad de líquido siemre limitada! %or consiguiente la temeratura tiene efectos en la solubilidad! O&'ETI(O )ENER#*+ Determinar el calor de disoluci"n del carbonato de sodio
O&'ETI(O %#RTICU*#RE+ •
• • •
Conocer la concentraci"n del carbonato de sodio mediante una estandari-aci"n con .cido sulf/rico! Encontrar la temeratura de equilibrio en la que el carbonato se solubili-a! Dise0ar una metodología adecuada! Reali-ar el tratamiento estadístico!
1I%ÓTEI #l disol$erse cierta cantidad de carbonato de sodio a una temeratura de 234C a 254C, su solubilidad ser. mayor or lo tanto, el calor de disoluci"n ser. mayor! (#RI#&*E+ DE%ENDIENTE+ solubilidad, el calor de disoluci"n! INDE%ENDIENTE+ Concentraci"n 6masa disuelta de comuesto7, temeratura a la que se someta la soluci"n! CONT#NTE+ %resi"n atmosf8rica, temeratura ambiente, constante del calorímetro, reacti$os 9#RCO TEÓRICO
DIO*UCIÓN %rimero que nada, se debe :ablar sobre disoluciones! Una disoluci"n es una me-cla :omog8nea de dos o m.s sustancias! Debido a que esta definici"n no restringe, en modo alguno la naturale-a de las sustancias imlicadas, se distinguen seis tios de disoluciones, deendiendo del estado físico original de los comonentes! Una disoluci"n saturada, contiene la m.;ima cantidad de un soluto que se disuel$e en un disol$ente en articular, a una temeratura esecífica! Una disoluci"n no saturada contiene menor cantidad de soluto que la que es caa- de disol$er! Un tercer tio, una disoluci"n sobresaturada, contiene m.s soluto que el que uede :aber en una disoluci"n saturada! Estas disoluciones no son muy estables! E* %ROCEO DE DIO*UCIÓN Cuando una sustancia 6el soluto7 se disuel$e en otra 6el disol$ente7, las artículas del soluto se disersan en el disol$ente! *as artículas del soluto ocuan osiciones que estaban ocuadas or mol8culas del disol$ente! *a facilidad con la que una artícula de soluto remla-a a una mol8cula de disol$ente deende de la fuer-a relati$a de tres tios de interacciones+ <7 interacci"n disol$ente = disol$ente, >7 interacci"n soluto ? soluto y @7 interacci"n disol$ente ? soluto! i la atracci"n @7 es mayor que la atracci"n <7, el roceso de disoluci"n ser. fa$orable o e;ot8rmico! i la interacci"n @7 es m.s d8bil que las interacciones <7 y >7, el roceso de disoluci"n ser. endot8rmico! #:ora bien, se uede decir que el roceso de disoluci"n est. fuertemente regido or dos factores! Uno es el factor energ8tico, que determiAna si un roceso de disoluci"n es e;ot8rmico o endot8rmico! El segundo factor se refiere a la tendencia :acia el desorden in:erente a todos los rocesos naturales! %or tanto, el roceso de disoluci"n est. acoma0ado de un aumento de desorden, este aumento es en el desorden del sistema, lo que fa$orece la solubilidad de una sustancia! O*U&I*ID#D Es una medida de la cantidad de soluto que se disol$er. en cierto disol$ente a una temeratura esecífica! e dice que dos líquidos son miscibles si son comletamente solubles entre sí en todas roorciones! %odemos redecir que los comuestos i"nicos ser.n
muc:o m.s solubles en disol$entes olares, que en disol$entes no olares! Debido a que las mol8culas de los disol$entes no olares carecen de un momento diolar, no ueden sol$atar! ol$ataci"n es el roceso mediante el cual un ion o una mol8cula se rodea or mol8culas del disol$ente, distribuidas de una forma esecífica E;isten dos formas de definir a la solubilidad de una sustancia, or un lado, est. la solubilidad molar, que es el n/mero de moles de soluto en un litro de una disoluci"n saturada 6molB*7, y como solubilidad, que es el n/mero de gramos de soluto en un litro de una disoluci"n saturada 6gB*7, ambas e;resiones se refieren a la concentraci"n en disoluciones saturadas a una temeratura determinada 6que suele ser >54C7! 6C:ang, >3<37 C#*OR DE DIO*UCIÓN En la gran mayoría de los casos, la disoluci"n de un soluto en un disol$ente roduce cambios de calor que ueden medirse! # resi"n constante el cambio de calor es igual al cambio de entalía! El calor de disoluci"n, o entalía de disoluci"n, es el calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se disuel$e en cierta cantidad de disol$ente #%*IC#CIONE # *# IN)ENIER# U9IC# Desde el unto de $ista de la ingeniería química resulta de gran imortancia saber, que en gran cantidad de las industrias químicas utili-an amliamente la transferencia de calor en sus rocesos! %ero si bien es cierto que la termoquímica establece las bases te"ricas del maneo del calor en las reacciones químicas, desde el unto de $ista e;erimental, la calorimetría nos ermite cuantificar qu8 tanto
calor como una forma de la energía
absorbida o desrendida est. resente en una reacci"n! Determinar esta energía resente en una reacci"n es osible bao dos condiciones termodin.micasF ya sea a resi"n constante, o a $olumen constante! 69oreno, >3<57 *a osibilidad de determinar los ar.metros termodin.micos y cin8ticos de un roceso químico :a atraído la atenci"n delos ingenieros químicos con el fin de anali-ar, modelar otimi-ar y simular los rocesos de roductos químicos con la ayuda de un calorímetro de
reacci"n, ofreciendo la caacidad ara medir temeratura, cambio de entalía y cuantitati$amente cambios de resi"n! 6'os8 Eli E! )on-.le- D!7 *a e$aoraci"n es uno de los rinciales m8todos utili-ados en la industria química ara la concentraci"n de disoluciones acuosas! Normalmente imlica la searaci"n de agua de una disoluci"n mediante de la ebullici"n de la misma en un reciiente adecuado, el e$aorador, con searaci"n del $aor! 69etcalfe,
3 4C %ol$o, gr.nulos Color blanco Inodoro 1igrosc"ico No inflamable e debe almacenar en un .rea fresca, seca y bien $entilada! Contenedores altamente sellados! 9antener aleado de fuentes de calor y :umedad 'UTIHIC#CIÓN Con la finalidad de alicar los conocimientos de la asignatura de fisicoquímica de manera r.ctica, se lle$ar. a cabo la e;erimentaci"n adecuada, bao una metodología laneada! Esto ara determinar de manera e;erimental el calor de disoluci"n del carbonato de sodio y $erlo desde un anorama amlio, a ni$el industrial y la manera en que se uede aro$ec:ar el calor liberado de una disoluci"n!
Metodología.
Calor de disoluci"n del Carbonato de sodio! %esar 3!@A2< g de carbonato de sodio Registrar la temeratura ambiente! #notar el cambio de temeratura!
#gregar el agua al calorímetro!
#0adir la muestra de carbonato de sodio! Cerrar y agitar el calorímetro durante G3s! Obtener la ele$aci"n de la temeratura y titular con .cido! Higura 34C durante G3min!, dear reosar or >2:rs, esar en la balan-a analítica la cantidad de @!A2< g de carbonato de sodio! %or consiguiente se calent" J5m* de agua destilada a 34C en el cual se de" enfriar :asta una temeratura de 534C osteriormente se a0adi" esta cantidad de agua destilada en el calorímetro en el cual se registr" el cambio de la temeratura :asta 234C or tratarse de una temeratura que aumenta la solubilidad del carbonato de sodio, ara agregar @!A2<g del mismo en el calorímetro y cerrarlo erfectamente! Desde ese instante se registr" el cambio de la temeratura al mismo tiemo agitar el calorímetro ara disol$er el carbonato de sodio! Este roceso se reali-" durante G3s, una $e- disuelto! El carbonato de sodio fue
Anotar el cambio de temperatura
estandari-ado con .cido sulf/rico ara conocer la cantidad de carbonato de sodio disuelto en el roceso anteriormente mencionado or medio de c.lculos de normalidad!
T#&*#
%RO9EDIO DE *# TE9%ER#TUR# #9&IENTE+
(24 + 26 + 25 + 24 + 24 + 24 ) 6
M >2!>53 4C
T#&*#
Na>CO@ K 1>O2
Na>O2 K CO> K 1>O LL! 6R<7
PARA LA TITULACIÓN
Tabla !Estandari-aci"n del carbonato de sodio con .cido sulf/rico
%ara la determinaci"n de la normalidad+ C< (< M C> (>LL 6Ec! <7, desear C>
C> M
(0.949 N )∗(3 mL )
= 0.5694 N
C> M
C 1∗V 1 V 2
DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCIÓN DEL CARBONATO DE SODIO
%eso del carbonato rearado+ @!A2< g
Temeratura ambiente+ >2!>54C
REGISTRO DE TEMPERATURA
Temeratura antes de me-clar+ 234C
T corregido < M T al a0adir Na>CO@ = Temeratura ambiente M 23!33 = >2!53M <5!J5 4C
%eso disuelto en J5 m* + >!>5 g cal °mol
Calor esecifico del carbonato de sodio + >!G2
Calor requerido ara ele$ar >!>5 g desde la temeratura ambiente de >2! >53 4C :asta 23 4C
( 15.75 ° C ) (2.25 g )( 1 mol )( 26.84 cal ) 106 g
°mol
1000
Constante del calorímetro+ 3!<@G
M 3!33A Pcal LLL!! 6Ec! @7
kcal K
T corregido > M Temeratura al me-clar ? Temeratura antes de me-clar M 2@ 4C ? 234C M @ 4C
Calor total+ 63!<@G
Calor or mol +
kcal K 7 6 @ Q7 K 63!33A Pcal 7M 3!2>@ Pcal LL!! 6Ec! 27
(0.423 kcal )(
106 g 1 mol
2.259 g
)
M
kcal mol
LL!! 6Ec! 57
%#R# E* (#*OR TEÓRICO DE* C#*OR I TODO E 1U&IER# DIUE*TO+ kcal mol 2.259 g deCarbonato desodio 19.84
@!A2< g de Carbonato de odio 6
Kcal 7 M @2!< mol
PORCENTAJE DE ERROR Valor Teórico −Valor experimental x 100 LLLL! 6Ec! 7 Valor Teórico
34.61
−19.84
34.61
x 100= 42.67
DISCUSIÓN #l anali-ar los resultados obtenidos en la resente r.ctica, lle$ada a cabo con una metodología laneada 6HI)UR# !7, se udo obtener la concentraci"n real 6Con la Ec! <7 de la ya mencionada disoluci"n y con ello, la masa de carbonato de sodio que realmente se disol$i" 6Ec! >7! e obser$a que a esar de someter la disoluci"n a temeratura tal, que :ubiera una mayor disoluci"n del Carbonato de sodio 6De 23 4C a 25 4C7, :ubo diferencia entre lo que se rear" y lo que se
disol$i" 6Ec! >7! #:ora bien, todos estos c.lculos lle$ados a cabo fueron recursores ara la determinaci"n del calor de disoluci"n del comuesto estudiado, y que al alicarse sobre la Ec! 5 nos diera la cantidad de calor liberado or mol del comuesto! %or /ltimo, se determin" un calor te"rico liberado or el carbonato de sodio, si 8ste se :ubiese disuelto todoF este dato nos sir$i" ara calcular el orcentae de error de la e;erimentaci"n 6Ec! 7 el cual fue menos de la mitad, sabiendo que se disol$i" oco m.s de la mitad del carbonato de sodio rearado! # ni$el industrial, esto nos da una auta ara $er que en un roceso de transformaci"n de calor, no todo se $a a aro$ec:ar, lo cual nos generar. cierta energía libre, $ulgarmente conocida como deserdicio de energía, lo cual tambi8n se deber. a la eficiencia de una m.quina t8rmica dada! Es decir, no todo lo que se quiera transformar en calor, ser. aro$ec:ado como tal, sino que :abr.n ciertas 8rdidas, lo cual se traduce tambi8n, en 8rdidas econ"micas, lo cual tambi8n deende de la otimi-aci"n que se lle$e a cabo re$iamente, y de eso, nos encargamos los ingenieros químicos!
CONCLUSIONES *a temeratura influye en la solubilidad! • • •
•
En el carbonato de sodio la temeratura en la cual aumenta su solubilidad es a 234C! *a disoluci"n total ermitir. conocer el calor liberado! No toda la cantidad de soluto se disuel$e, e;iste una diferencia entre la masa inicial y la que en realidad se disol$i"! #lgunos errores en la r.ctica+ no utili-ar el material adecuado en la r.ctica, medir incorrectamente los reacti$os, no obser$ar el cambio de temeratura en el roceso!
&ibliografía C:ang, R! 6>3<37! Química. C:ina+ 9c)ra=1ill!
'os8 Eli E! )on-.le- D!, *! *! 6s!f!7! Calorimetría adiabática y sus aplicaciones. Recuerado
el
<<
de
9ar-o
de
>3<,
de
:tts+BB!cenam!m;Bsm>3<3BinfoBcartelesBsm>3<3=c@G!df 9etcalfe, '! 63<57! Ciencia Básica Experimental para estudiantes de Ingeniería Química! Recuerado el << de 9ar-o de >3<, de :tt+BBciencia=basica=
e;erimental!netBsolucion!:tm
