Variacion de La Solubilidad Con La Temperatura.

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

I. RESU RESUME MEN. N. El presente informe tiene como objetivo determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de un soluto ligeramente soluble, y al calcular el calor diferencial de la solución cuando esta saturada. El Laboratorio se encontraba a las siguientes condiciones: Una presión atmosférica de 756 mmHg, a una temperatura de 23ºC y un porcentaje de humedad de 96%. Par ara a pode oder realiz lizar nues nuesttro ross cálcu álcullos os,, prime rimera ram mente nte determinamos determinamos la normalidad normalidad corregida corregida del NaOH siendo esta esta de 0.1245 N. Con este dato se hallo el numero de equivalentes del ácido benzoico, para luego poder calcular el peso de ácido benzoico presente en la sol olu ución a las temperaturas de 20 y 25 °C ; Tomando dos muestras por cada temperatura, temperatura, siendo los resultados 0.03193 g, 0.03345 g , 0.03877 0.03877 g y 0.03498respectiva 0.03498respectivamente. mente. Luego por diferencia hallamos el peso de agua en la solución, poster posterior iormen mente te deter determin minam amos os la concen concentr traci ación ón molal molal del soluto (Ac Benzoico), pero como se tomo dos muestras por cada temperatura se saco un promedio de las dos siendo esta para 20 °C de 0.0264035 mol/Kg. y pa para 25 de °C 0.030705 mol/Kg. Con los datos de molalidad y temperatura se construyo el gráfico de Ln ms vs 1/T 1/T y se hallo hallo el calo calorr difer diferen enci cial al de la solución teóricamente y experimentalmente siendo estos: ΔHteorico = 6029.82 cal/mol y ΔHexperimental = 5276.72 cal/mol . Enco Encont ntrá ránd ndos ose e un er erro rorr expe experi rime ment ntal al del del 12.5 12.5%. %.Lo Lo cual cual podemos observar que esta en un rango aceptable. Podemos concluir en que la solubilidad aumenta conforme aume aument nta a la temp temper erat atur ura a or orig igin inan ando do much muchas as vece vecess que líqu líquid idos os lige ligera rame ment nte e so solu lubl bles es se co conv nvie iert rtan an en líqu líquid idos os miscibles a una temperatura a la apropiada. Una recomendación importante es al momento de pipetear la solución es aconsejable cambiar el algodón del filtro que se encuentra en la pipeta para evitar que el sólido se acumule en este. Laboratorio de Fisicoquímica II – Variación de la Solubilidad con la Temperatura. 1


II.

INTRODUCCION.

Reacuérdese que la solubilidad se define como la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura especifica. La temperatura afecta ala solubilidad en la mayoría de las sustancias. En este informe se examinara, la variación de la solubilidad de los sólidos y la temperatura. En la mayoría de los casos, aunque no en todos, la solubilidad de una sustancia sólida aumenta con la temperatura. Sin embargo, no hay correlación clara entre el signo del ΔHdisolución (variación de energía de la disolución). y la variación de la solubilidad con la temperatura. Por ejemplo, el proceso de disolución del CaCl 2 es exotérmico y el del NH4NO3 es endotérmico. Pero la solubilidad de ambos compuestos aumenta con la temperatura. La solubilidad de un sólido se expresa como el peso disuelto en 100g de solvente. Las solubilidades de las sales hidratadas son establecidas como los pesos de la sal anhidra disueltos en 100g de agua. En general el efecto de la temperatura sobre la solubilidad debe determinarse de forma experimental. De este modo el objetivo de esta práctica es determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de un soluto ligeramente soluble, y calcular el calor diferencial de la solución cuando esta saturada.

Laboratorio de Fisicoquímica II – Variación de la Solubilidad con la Temperatura. 2


III.

TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS. CONDICIONES DE LABORATORIO

PRESION TEMPERATURA % HUMEDAD

756 mmHg 23 ºC 96 %

Tabla1: Pesos Moleculares de los Compuestos Utilizados y Normalidad Teórica del NaOH. PM Biftalato de Potasio. PM Ácido benzoico Normalidad Teo. del NaOH

204.23 g/mol 122.12 g/mol 0.1 N

Tabla 2: Calculo de la Normalidad del NaOH Valorado con el Biftalato de Potasio. W Biftalato de Potasio Volumen del Biftalato Volumen Gastado de NaOH Normalidad corregida de NaOH

0.300 g 0.01 L 0.118 L 0.1245 N

Tabla 3: Datos Obtenidos en el Experimento. T ºC

W Erlenmeyer Vacio

W Erlenmeyer + Solución

20 20 25 25

77.9046 g 74.2779 g 83.2235 g 92.4380 g

87.7492 g 84.7810 g 93.1078 g 102.2946 g

Volumen gastado deNaOH 2.10 ml 2.20 ml 2.55 ml 2.30 ml



Tabla 4: Determinación del Peso de la Solución, el Numero de Equivalentes y el peso del Ácido Benzoico, para cada Temperatura. T ºC 20 20 25 25

W Sol= (W Erlenmeyer + Sol) –(W Erlenmeyer Vacio) 9.8446 g 10.5031 g 9.8843 g 9.8566 g

#Eq ácido Benzoico 0.0002615 0.0002739 0.0003175 0.0002864

W Ácido Benzoico 0.03193 g 0.03345 g 0.03877 g 0.03498 g

Tabla 5: Determinación del Peso del Agua en la Solución y la Concentración molal del Ácido Benzoico. W Agua = W Sol – W Ac Benzoico 9.813 g 10.47 g 9.846 g 9.822 g

Molalidad del Ac Benzoico 0.026645 m 0.026162 m 0.032244 m 0.029163 m

Tabla 6: Datos teóricos de Molalidad y temperatura para Construir el grafico Ln ms Vs 1/T y encontrar el ΔH (Calor Diferencial de Disolución Teórico) TºC 20 25

TK 1/T Molalidad Lnms 293.15 0.003411 0.048 -3.03655 298.15 0.003354 0.057 -2.86470 ΔH Calor Diferencial de Disolución Teórico 6029.82 cal/mol <> 25.23 KJ/mol



Tabla 7: Datos Experimentales de la Molalidad y Temperatura para Construir el grafico Ln ms Vs 1/T y encontrar el ΔH (Calor Diferencial de Disolución Experimental) T ºC 20 25

TK 1/T Molalidad Prom. Lnms 293.15 0.003411 0.0264035 -3.63426 298.15 0.003354 0.030705 -3.48333 ΔH Calor Diferencial de disolución Experimental 5276.72 cal/mol <> 22.08 KJ/mol

Tabla 8: Calculo del porcentaje de error del Calor Diferencial de Disolución ( ΔH ) Error Experimental ( E ex % ) 12.5 %



IV.

EJEMPLO DE CALCULOS.

Se Trabajo la solución de ácido benzoico a 20ºC y 25ºC y se tomaron dos muestras a una sola temperatura por lo tanto en los cálculos para graficar la molalidad se tomo el promedio de estas dos (ver tabla 5 y 7) y se realizaron los cálculos a estas temperaturas. Calculo de la Normalidad Corregida del NaOH. Para hallar la normalidad corregida valoramos la solución de NaOH con biftalato de Potasio, usando fenolftaleina como indicador. 1)

Datos Teóricos: PM de Biftalato de Potasio Normalidad teórica del NaOH P.Eq-Biftalato de Potasio P.Eq- Ac Benzoico Datos Experimentales: W Biftalato de potasio Volumen Gastado del NaOH Sabemos que: # Eq - g NaOH =

#

= 204,23 g/mol = 0.1 N =204.23 g/Eq = 122.12 g/Eq = 0.300 g = 11.8 ml = 0.0118 L Eq - g Biftalato de potasio

V NaOH x Ncorre NaOH = W biftalato de K / P Eq-Biftalato de K Reemplazando: Ncorre NaOH = 0.300/204.23 x 0.0118 = 0.1245 N



Calculo del peso de la Solución, el Numero de Equivalentes y el Peso del Ac Ácido Benzoico, para cada Temperatura. Calculo del Peso de la Solución de Ac Benzoico a 20ºC. W1 Erlenmeyer vacio. = 77.9046 g W1 Erlenmeyer + Sol. = 87.7492 g W2 Erelnmeyer Vacio = 74.2779 g W2 Erlenmeyer +Sol. = 84.7810 g

2)

W Sol= W Erlenmeyer + W1 Sol W1 Sol W2 Sol W2 Sol

Sol - W Erlenmeyer vacio = 87.7492 – 77.9046 g = 9.8446 g = 84.7810 – 74.2779 g = 10.5031 g

Calculo del Numero de Equivalentes del Ac Benzoico a 20ºC. V1 gastado de NaOH = 2.10 ml =0.0021 L V2 gastado de NaOH = 2.20 ml =0.0022 L Se obtiene de la siguiente igualdad: # Eq.- g. Ac. Benzoico = # Eq.- g. NaOH # Eq.- g. HBZ = Ncorre NaOH x Vgastado NaOH # Eq1.- g. HBZ = 0.1245 N x 0.0021 L # Eq1.- g. HBZ = 0.0002615 Eq-g # Eq2.-g HBZ = 0.1245 N x 0.0022 L # Eq2.-g HBZ = 0.0002739 Eq-g Calculo del peso de ácido Benzoico a 20ºC Sabemos que: # Eq.- g. Ac Benzoico = W HBZ / P. eq. – HBZ Despejando tenemos que:



W HBZ W1HBZ W1HBZ W2 HBZ W2 HBZ 3)

= = = = =

Eq - g HBZ x P. eq. - HBZ 0.0002615 eq x 122.12 g /eq 0.03193 g 0.0002739 eq x 122.12 g/eq 0.03345 g #

Calculo del Peso del Agua en la Solución y la molalidad del Ac. Benzoico.

Calculo del Peso del Agua de la Solución a 20ºC Se determina por: W H2O = W Sol - W HBZ W1 H2O = (9.8446 - 0.03193) g W1H2O = 9.813 g. = 0.009813 kg W2H2O = (10.5031-0.03345) g W2H2O = 10.47 g = 0.01047kg Calculo del Numero de moles de Ácido Benzoico a 20ºC. Sabemos que: Moles HBZ = W HBZ / P.M HBZ moles1 HBZ = 0.03193 g / 122.12 g/mol moles1HBZ = 0.0002615 mol moles2HBZ = 0.03345 g / 122.12 g/mol moles2HBZ = 0.000274 mol Calculo de la molalidad (m) del Ácido Benzoico a 20ºC. Sabemos que: m = moles HBZ /Peso en Kg de H 2O m1 = 0.0002615 mol / 0.009813Kg m1 = 0.026645 mol / kg m2 = 0.000274 mol / 0.01047kg m2 = 0.026162 mol/kg De la misma manera se realiza los cálculos para la temperatura de 25ºC y los resultados obtenidos se observan en las tablas.



Calculo del Calor Diferencial de la Disolución (ΔH), (Teórico y Experimental), y el Porcentaje de Error. Sabemos que: 4)

1  = − ∆ H    + C R  T  º

Lnms

ds

Donde: ∆Hºds = Calor diferencial de la disolución. R = 2 cal/ mol K. Lnms = Logaritmo natural de la molaliddad de la disolución. 1/T = inversa de la temperatura en grados absolutos (K). C = Constante. Al construir la gráfica Ln ms Vs 1/T, podemos aproximarla mediante una ecuación lineal de la forma: y

Bx + A

=

Entonces comparando se tiene que: B= -∆Hºds / R

A= C = cte.

Calculo de la Pendiente y el ΔHºds con los Datos Teóricos. 1/T 0.003411 0.003354

Lnms -3.03655 -2.86470

Entonces: B= -3014.91 = -ΔHºds / 2 cal/mol K Se Obtiene: ΔHºds Teorica= 6029.82 cal/mol (4.184 J/cal) 25.23 KJ/mol

(1KJ/1000 J) =



Calculo de la Pendiente y el ΔHº ds con los Datos experimentales. Como tomamos dos muestras a la misma temperatura tomamos el promedio de estas para poder graficarlas. Molalidad del Ac Benzoico 0.026645 m 0.026162 m 0.032244 m 0.029163 m Las molalidades resultante fueron: 0.0264035 y 0.030705 que al tomarles su logaritmo natural se obtienen los datos de la siguiente tabla 1/T 0.003411 0.003354

Lnms -3.63426 -3.48333

Entonces: B= -2638.36 = -ΔHºds / 2 cal/mol K Se Obtiene: ΔHºds experiemntal= 5276.72 cal/mol (4.184 J/cal) (1KJ/1000 J) = 22.08 KJ/mol Calculo del Error Experimental: (Valor Teórico – Valor Experimental / Valor Teórico) X 100 Reemplazando: (25.23 – 22.08) / 25.23 = 12.5 %



V. •

•

•

•

•

DISCUSION DE RESULTADOS.

Al Hallar la normalidad corregida del NaOH, se obtuvo un valor muy cercano al valor teórico, lo cual nos indica que esta en un rango apreciable. Con la normalidad corregida se calculo el numero de equivalentes y con este dato el peso de ácido benzoico presente en la solución a las diferentes temperaturas respectivamente. Se puede observar que conforme disminuye la temperatura el peso de ácido benzoico disminuye en la solución esto se debe a que el ácido benzoico es mas soluble a una temperatura elevada. Este experimento afirma lo que teóricamente se ha estudiado En la mayoría de los casos, aunque no en todos la solubilidad de una sustancia sólida aumenta con la temperatura. Los errores cometidos, se pueden deber a diversos factores como la mala pesada en las muestras sólidas y en los erlenmeyer, al momento de pipetear la solución de ácido benzoico se pudieron absorber cristales a pesar del filtro colocado en la pipeta, otro motivo pudo haber sido que al empezar a disolver el ácido benzoico agitándose la solución con una bagueta, perdió un poco de muestra la cual se adhirió a las paredes de la bagueta. Pero estos errores cometidos pueden superarse a través de la experiencia. El valor teórico de ΔH obtenido con las molalidades teóricas a las temperaturas ya conocidas es parecida al encontrado experimentalmente variando en un mínimo porcentaje.



VI. • •

•

•

•

•

•

•

COCLUSIONES.

En la mayoría de los casos, pero no en todos, la solubilidad de una sustancia sólida aumenta con la temperatura. El aumento de solubilidad conforme se eleva la temperatura , muchas veces origina que líquidos ligeramente solubles se conviertan en líquidos miscibles a una temperatura alta apropiada. La solubilidad de los sólidos, en un liquido dado, depende de la naturaleza del sólido y del solvente y la temperatura . Los sólidos apreciablemente se disuelven solo en solventes polares, particularmente el agua. La solubilidad de un sólido en un liquido es siempre limitada y el limite para un mismo solvente es diferente según las distintas sustancias dependiendo fundamentalmente de la temperatura. La variación calorica ΔH ds es solo el balance de variaciones energéticas mucho mayores, puede ser positiva o negativa, sim embargo no hay una correlación clara entre el signo del ΔHds y la variación de la solubilidad con la temperatura. En general la solubilidad es la concentración de soluto en una disolución saturada. Se comprobó experimentalmente que a medida que la temperatura disminuye la solubilidad también disminuye en el ácido benzoico.



VII.

RECOMENDACIONES.

•

Lavar y secar en la estufa todo el material de vidrio.

•

Evitar las perdida de reactivo (Ac Benzoico) ya sea en las paredes del erlenmeyer o al momento disolverlo introduciendo la bagueta.

•

Cuando el sólido se ha disuelto totalmente para no perder tiempo esperando que baje la temperatura y medir la solubilidad se recomienda llevar el erlenmeyer a baños de agua fría, observándose siempre la temperatura a la cual quieres probar la solubilidad.

•

Al momento de pipetear la solución es aconsejable cambiar el algodón del filtro que se encuentra en la pipeta para evitar que el sólido se acumule en este.

•

El ácido benzoico se debe disolver en agua destilada previamente calentada, ya que la solubilidad de este es mayor en caliente.



VIII. APENDICE. 1.-Defina solución Saturada. Se denomina así a la máxima cantidad de soluto que puede ser disuelta en una cantidad determinada de disolvente (solvente). 2.- ¿ Que relación existe entre el calor diferencial de disolución, la temperatura y las características de la sustancia? El calor diferencial es el cambio de calor asociado al proceso de dilución. Si cierto proceso de dilución es endotérmico y la solución se diluye con posterioridad, la misma solución absorbe mas calor de los alrededores. Lo contrario ocurre en un proceso exotérmico de disolución: se libera mas calor si se agrega mas disolvente, para diluir la disolución. 3.- En la ecuación que relaciona la concentración de la solución saturada con la temperatura. Fundamente el uso de la concentración molal. Se usa la concentración molal ya que es la única formula que nos relaciona ala ves el numero de moles del soluto y el peso del solvente (H2O) en kilogramos. Esta relación se adecua mas en los problemas de solubilidades por relacionar soluto y solvente a la ves.



IX. BIBLIOGRAFIA Fisicoquímica

Ponz Muzzo, Gaston Sexta edición Editorial Universo

Fundamentos de Fisicoquímica

Maron - Prutton Editorial Limusa México - 1984

Tratado de Química Física

Samuel Glasstone, Editorial Madrid SéptimaEdición - 1979


Variacion de La Solubilidad Con La Temperatura.

Recommend Documents