22 de octubre de 2014
SOLUBILIDAD Y TERMODINÁMICA Jonathan Coronel 4-774-2110; Yezabel González 9-737-2151 Profesor: Manuel Dixon
Resumen Se llevó a cabo la realización del experimento de solubilidad y termodinámica el cual se reemplazó el KNO3 por el NaNO 3 debido a que no había, se pesó 20g de NaNO 3 se le adiciono 15mL de agua se llevó a baño maría hasta disolver, se retiró y se midió la temperatura una vez presenciado la formación de cristales, de igual manera se midió el volumen, tomando 6 muestras del procedimiento, obteniendo así un resultado f inal de ΔS(J/mol -K): 189,92 ± 0,34 pudiendo así realizar la gráfica. Cada paso nos permite verificar si hubo errores al realizar las muestras y como esto afecta los resultados. Es posible asociar la constante de solubilidad con la energía libre de Gibbs, que es una Marco Teórico función de estado extensiva que da la condición de equilibrio y de espontaneidad Solubilidad es una medida de la capacidad de para una reacción química, por medio de la disolverse de una sig. Ecuación: ΔG = - RTlnK. determinada sustancia determinada sustancia (soluto) (soluto) en un Donde R es la constante universal de los determinado medio (solvente). (solvente) . Implícitamente gases y T es la temperatura expresada en se corresponde con la máxima cantidad de Kelvin. Recordando que si ΔG<0 se favorece soluto que se puede disolver en una cantidad la formación de productos (es espontanea) y si determinada de solvente a una temperatura es mayor a 0, entonces se favorece la fija. Puede expresarse en unidades formación de reactivos. (2) de concentración: de concentración: molaridad, molaridad, fracción molar, etc. Si en una disolución no se puede disolver En química hay tres grandes conceptos más soluto decimos que la disolución basados en la idea de la entropía: está saturada. En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese 1. Estados Intramoleculares (Grados de máximo y pasan a denominarse libertad ) como soluciones sobresaturadas. Por el Cuanto más grados de libertad contrario si la disolución admite aún más soluto tenga una molécula (cuanto más la molécula decimos que se encuentra insaturada. La se pueda mover en el espacio, mayor será el solubilidad de una sustancia depende de la grado de desorden y, consecuentemente, naturaleza del disolvente y del soluto, así como mayor la entropía) de la temperatura la temperatura y la presión la presión del sistema, es Existen tres maneras por las que decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación. agua, hidratación. (1)
una molécula se puede mover en el espacio y cada
una
tiene
su
nombre:
rotación
=
movimiento alrededor un eje, vibración = movimiento intramolecular de dos átomos unidos en relación uno del otro y traslación =
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movimiento de una molécula de un lugar a
otro.
entropía) << líquidos << gases
2.
Estructuras
materia
sólida
(menos (mayor
entropía). (3)
Intermoleculares
A menudo se crean estructuras
nuevas cuando las moléculas interaccionan
Fase experimental
una con otra mediante la formación de enlaces no covalentes
Pesar 20g de NaNO 3
Esto tiende a reducir el grado de
Se transfiere a un vaso quimico el cual se le adiciona 15mL de agua.
desorden (y por tanto de entropía) del sistema ya que cualquier tipo de asociación entre las
Se lleva a baño maria hasta que se disuelva el nitrato de sodio.
moléculas estabiliza el movimiento de ambas y
Retirarlo del baño y medir la temperatura una vez formado los cristales.
disminuye las posibilidades de distribución azarosa 3.
En otro vaso se medira el volumen.
Número de posibilidades Cuantas más moléculas estén
presentes
hay
posibilidades
un
mayor
número
de
para
distribuir
las
diferentes
Adicionar 5mL de agua nuevamente a la solucion ya preparada. Llevarlo a baño maria , nuevamente medir la temperatura en presencia de cristales.
moléculas en el espacio, lo que significa un
Medir nuevamente el volumen y seguir adicionando 5mL de agua.
mayor grado de desorden de acuerdo a la estadística.
Repetir este procedimiento 6 veces.
De igual manera, si hay una
Una ves terminado realizar calculos
mayor cantidad de espacio disponible para distribuir
las
moléculas,
la
cantidad
de
Realizar la grafica.
desorden se incrementa por la misma razón.
Resultados
Vol (mL) 28 31 34 37 41
Vol (L) 0.028 0.031 0.034 0.037 0.041
T
T (K)
63 60 58 54 50
336 333 331 327 323
Solubilidad (mol/L) 8.40 7.59 6.92 6.36 5.74
Cuadro1. Resultados experimentales obtenidos.
Kps 70.62 57.61 47.89 40.44 32.93
1/T 0.0030 0.0030 0.0030 0.0031 0.0031
Ln K 4.26 4.05 3.87 3.70 3.49
ΔG(J/mol) -11886.96 -11217.52 -10641.98 -10053.83 -9379.77
ΔH(J/mol) ΔS(J/mol -
K)
52037.22 52037.22 52037.22 52037.22 52037.22
190.25 189.95 189.36 189.88 190.15
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Grafica1. LnK vs 1/T. Las cuales para 336K, 333K, 331K, 327K, 323K, respectivamente, son 70.62, 57.61, 47.89, 40.44 y 32.93. A partir de las constantes de equilibrio o de solubilidad calculados, pudimos obtener ΔG (J/mol), por medio de la
Ln K vs 1/T 5 4 K n L
3 y = -6262x + 22.854 2 1
0 0.00295
0.003
0.00305
0.0031
0.00315
1/T
Prueba ΔS(J/mol -K) 1 190.25 2 189.95 3 189.36 4 189.88 5 190.15 Promedio 189.92 Desviación Estándar 0.34 % de Error 8% Resultado Final 189,92 ± 0,34 Cuadro2. Variación de entropías, promedio y desviación. Discusión Esta experiencia es similar a la de la entalpia de evaporización de vapor de H 2O, sin embargo, en esta experiencia nos basamos más en la solubilidad de un sólido, la recristalización del compuesto y los procesos termodinámicos implicados. Hay que tener en cuenta que no usamos KNO3, más bien usamos NaNO 3. Teniendo en cuenta que no debe de ocurrir algún tipo de cambio puesto que ambos compuestos pertenecen al mismo grupo, si hay variación, será mínima. Primero calculamos la K eq de la reacción para cada temperatura, como muestra el cuadro1.
fórmula => ΔG = - RTlnK. En el cuadro1 Pudimos observar que las energías libres de Gibbs para cada temperatura fueron altas y negativas, por lo tanto, nuestra reacción fue espontánea. Para obtener la ΔH (J/mol), graficamos nuestros valores de la constante de solubilidad (eje Y) y 1/T (eje X) y la pendiente de la gráfica es nuestra ΔH la cual fue de 52037.22 J/mol. Finalmente, para calcular la entropía o ΔS (J/mol-K), por cada temperatura, aplicamos la formula => ΔG = ΔH -T ΔS; Como lo muestra el cuadro 1 y 2. El promedio de ΔS
(J/mol-K) fue de 189.92 con un % de error de = 8%. Resultado final de 189,92 ± 0,34. Nuestro % de error fue bajo, por lo tanto, son aceptables nuestros valores experimentales, y comparándolas con los valores teóricos son muy acertados.
Conclusión La muestra #1 fue eliminada debido a que eran cifras dudosas y el resultado no concordaba siguiendo así con la muestra #2, teniendo así una muestras de 5 en total. La reacción se considera que se encontrara en equilibrio cuando el sólido entra en contacto con una solución saturada justo la condición de cristalización. En un proceso de cristalización hay un decrecimiento de entropía como lo muestra el cuadro1 y 2 y a la vez es un proceso exotérmico. Siempre que nuestros valores para la energía libre de Gibbs sean negativos,
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nos quiere decir, que la reacción fue espontánea. A partir de la constante de solubilidad, podemos calcular las variables termodinámicas G, H y S. Referencias Bibliográficas http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad Visitado el 20 de octubre a las 5:06pm. https://es.scribd.com/doc/43572072/labo ratorio-2-Solubilidad Visitado el 20 de octubre a las 7:09pm. http://es.wikibooks.org/wiki/Bioqu%C3% ADmica/Termodin%C3%A1mica Visitado el 20 de octubre a las 8:35pm.
