Laboratorio de Fisicoqumica II - Variacin de la Solubilidad con la Temperatura

universidad nacional mayor de san marcosFACULTAD DE QUMICA, INGENIERA QUMICA E INGENIERA AGROINDUSTRIALE.A.P. DE INGENIERA QUMICADEPARTAMENTO DE FISICOQUMICA

ASIGNATURA: Laboratorio de Fisicoqumica II PRACTICA N11: Variacin de la Solubilidad con la Temperatura CODIGO DEL LABORATORIO:LU-08Hr-FQI(A) HORARIO: 8:00am-11:00am PROFESOR: Torres Daz, Francisco FECHA DE REALIZACIN: 27/04/15 FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 04/05/2015 ALUMNOS: Espinoza Ramos, Mara Claudia 13070199 Ortega Arica, Diego1307

NDICE

NDICE2

INTRODUCCIN3

RESUMEN4

PRINCIPIOS TERICOS5

DETALLES EXPERIMENTALES 7

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS8

CLCULOS11

ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS13

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES14

BIBLIOGRAFA15

APNDICE 16

INTRODUCCIN

Uno de los ms simples casos de equilibrio es el de una solucin saturada en contacto con un exceso de soluto; las molculas dejan el slido y pasan a la solucin a la misma velocidad con la que las molculas de la solucin son depositadas en el slido. El trmino de solubilidad se refiere a la medida, en alguna escala arbitrariamente elegida, de la concentracin del soluto en la solucin saturada. Aqu se usa la escala de concentracin molal y la solubilidad se vuelve igual a la molalidad ms del soluto en la solucin.El calor diferencial de solucin es el calor de solucin de un mol de soluto en una cantidad de volumen de solucin tan grande, que la adicin de un mol ms de soluto no cambia la concentracin apreciablemente. El calor diferencial de solucin depende de la concentracin de la solucin ,y se puede determinar muy bien mediante una grfica que relacione la molalidad y la temperatura.

RESUMEN

La prctica de laboratorio tiene como objetivo el estudio de la variacin de la solubilidad del cido benzoico en agua destilada en funcin de la temperatura y la determinacin experimental del calor diferencial de solucin cuando esta saturada. Antes de empezar la prctica, tomamos en cuenta las condiciones de trabajo:Presin=756 mmHg Temperatura=22C HR= 98%La experiencia se inici saturando una solucin con 1g de cido benzoico en agua destilada (200 ml),llevndolo hasta la disolucin completa; siendo esta nuestra muestra matriz; de ah sacamos 25 ml de la solucin y lo derivamos a un tubo de prueba 10 ml (cada uno en un respectivo tiempo y temperatura) donde se mantuvieron a la temperatura de trabajo :35,30,25,20,15 c mediante una chaqueta de aire, en un bao de temperatura ,y despus sin perder tiempo y tratando de mantener constante la temperatura de trabajo, antes pesando el erlenmeyer donde se va a depositar la solucin a la temperatura, y nuevamente pesndolo con la solucin se les proceda a valorar. Los resultados obtenidos fueron buenos, encontrndose bastante congruencia entre las grficas y datos tericos y experimentales. Los valores encontrados para el calor diferencial de solucin experimental y su porcentaje de error fueron de 11223.90 J/mol y 6.07% respectivamente. Finalmente se lleg a la conclusin de que mediante el anlisis de la variacin de la solubilidad de una sustancia con la temperatura es posible hallar el calor diferencial de la misma.

PRINCIPIOS TERICOS

Qu es la solubilidad?La solubilidad es la mxima cantidad de un soluto que se puede disolver en determinada cantidad de un disolvente a una temperatura especfica. La temperatura afecta la solubilidad de la mayor parte de las sustancias.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA SOLUBILIDADSolubilidad de los slidos y la temperatura.En la mayor parte de los casos la solubilidad de una sustancia solida aumenta con la temperatura. Aunque no se explica claro el signo de Hdisol y la variacin de la solubilidad con respecto de la temperatura. Ej el proceso de disolucin de CaCl2 es exotrmico mientras que el proceso de NH4NO3 es endotrmico. Pero la solubilidad de ambos compuestos aumenta al incrementarse la temperatura.Qu es calor diferencial de solucin ?Es el calor absorbido cuando 1 mol del slido es disuelto en una solucin que est prcticamente saturada.Cuando un soluto difcilmente soluble, se agita con agua, hasta que la solucin se satura, el equilibrio establecido entre la fase slida y el soluto esta dado:

En el cual la constante de equilibrio est dada por:

Aqu a2 representa la actividad del soluto en la solucin saturada y a2* la actividad del soluto solido puro. La eleccin convencional de un estado estndar para el ultimo es el propio soluto puro a la temperatura y presin involucradas, por lo que a2* es igual a la unidad. La actividad a2 est relacionada con la molalidad m del soluto a travs del coeficiente , una funcin de T, P y la composicin la cual se aproxima a la unidad a medida que m se aproxima a cero. Luego

Donde el subndice indica que la relacin se aplica a la solucin saturada. El smbolo [a2]m=ms denota el valor de la actividad para la solucin saturada.La variacin de K con la temperatura a presin constante se refleja en un cambio en ms, y adems en , que es afectado por las variaciones de temperatura y concentracin de la solucin. La ecuacin de Vant Hoff requiere que

Donde es la entalpia estndar para el proceso de solucin. Esta cantidad no debera ser confundida con ningn calor real de solucin experimentalmente medible.; este puede ser determinado indirectamente, sin embargo, teniendo en cuntalos efectos de la temperatura y la concentracin en , hay resultados para presin constante

Aqu es el calor diferencial de solucin a saturacin a la presin y temperatura dadas. Para los casos en los que el coeficiente de actividad para el soluto solo cambia ligeramente con la concentracin en las cercanas de la saturacin, el trmino entre corchetes a la izquierda de la ecuacin se convierte en la unidad y

En esta aproximacin, entonces, el calor diferencial de solucin a la saturacin puede ser calculado a una temperatura T. Integrando la ecuacin (3) en forma indefinida, y considerando despreciable la variacin de la entalpa de disolucin con la temperatura , una suposicin que en general es mejor para solutos no electrolticos que para los electrolticos, se obtiene

El calor de solucinque interesa aqu es el calor absorbido cuando 1 mol de solido se disuelve en una solucin que ya est prcticamente saturada.

DETALLES EXPERIMENTALES

A) MATERIALES Y REACTIVOS:1. Materiales: 6 matraces Erlenmeyer de 150 mL y uno de 250 mL; 1 tubo de prueba mediano,1 tubo de dimetro grande (chaqueta), 1 agitador metlico, 1 termmetro, 1 bureta, 2 pipetas aforadas de 10 mL, tubos pequeos de jebe, algodn y una probeta de 25 mL.2. Reactivos: Acido benzoico, agua destilada, solucin de NaOH aprox. 0.1N y fenolftalena.

B) PROCEDIMIENTO:a) Lave y seque en la estufa todo el material de vidrio.b) En el Erlenmeyer de 250 ml limpio, coloque 1g de cido benzoico y adicione 200 ml de agua destilada.c) Caliente el sistema preparado en b) con agitacin constante hasta disolucin completa. Evite sobrecalentamiento.d) De la solucin preparada en c) (solucin sobresaturada), mida 25 ml y coloque en el tubo de prueba.e) Arme el equipo que se muestra en la fig. (1) e introduzca en un bao de temperatura inferior en unos 2-3c a la temperatura a la cual va a medir la solubilidad de la muestra (25c).f) Mantenga la muestra en agitacin por espacio de 2 a 3 minutos a la temperatura a la cual se est trabajando, manteniendo el equipo en el bao adecuado. Luego saque con la pipeta 2 muestras sucesivas de 10 ml y virtalas dentro de erlenmeyer limpios y secos, previamente pesados. Pese nuevamente con la solucin. g) Valore las muestras con biftalato de potasio, usando la fenolftalena como indicador.h) Repita todo el procedimiento para 35, 30, 25, 20,15 C.

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS

I. TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALESTabla 1.1 Condiciones Experimentales del laboratorioT (C)P (mmHg)%HR

2275698

Tabla 1.2 Normalidad de la solucin de NaOHWbiftalato (g)VNaOH (mL)NNaOH (#eq/L)

0.10804.00.1322

Tabla 1.3 Peso de los Erlenmeyer y volumen de NaOH para la titulacin de las muestrasTemperatura (C)Werlenmeyer (g)Werlenmeyer+muestra (g)Volumen de NaOH (mL)

3576.148586.07243.2

2061.737771.58642.8

2571.043180.86992.4

2076.148586.00762.2

1561.737771.29751.8

II. TABLAS DE DATOS TEORICOSTabla 2.1 Calor diferencial de solucin del cido benzoico en agua (HDS)HDS (J/mol)

10581.48

III. TABLAS DE RESULTADOSTabla 3.1 Peso de la solucin, numero de equivalente (#Eq-g) y peso del cido benzoico

Temperatura (K)Peso de la solucin (g)#Eq-g del cido benzoico en la solucin (Eq-g/L x104)Peso del cido benzoico(g)

308.159.92394.23040.05166164

303.159.84873.70160.04520394

298.159.82683.17280.03874623

293.159.85912.90840.03551738

288.159.55982.37960.02905968

Tabla 3.2 Peso del agua en la solucin y concentracin molal del cido benzoicoPeso del agua (g)Molalidad (mol/KgH2O)

9.872238360.04285148

9.803496060.03775796

9.788053770.03241502

9.823582620.02960631

9.530740320.02496763

Tabla 3.3 Logaritmo de la molalidad (m) e inversa de la temperatura para los datos experimentalesLog m 1/T (K-1x 103)

-1.36803423.24517281

-1.422991493.29869701

-1.489253653.35401643

-1.528615773.41122292

-1.602622683.47041471

Tabla 3.5 Calor diferencial de solucin experimentalHDS (experimental) (J/mol)

8487.7626

Tabla 3.6 Porcentaje de error del calor diferencial de solucinPorcentaje de error (%)

20

CLCULOS

I. PARA LA TABLA 3.1Clculos para la primera muestra:i) El peso de la solucin estar dado por: (Datos de la tabla1.3)ii) El nmero de equivalentes del cido benzoico ser:

iii) El peso del cido benzoico es:

II. PARA LA TABLA 3.2Clculos para la primera muestrai) El peso del agua es igual al peso de la solucin menos el peso del cido benzoico:

ii) La concentracin molal (m) del cido ser:

III. PARA LAS TABLAS 3.3 Y 3.4i) Para la primera muestra la tabla 3.3

IV. PARA LAS TABLAS 2.1 Y 3.5

i) Para la pendiente del grafico se halla grficamente la pendiente, y a partir de ella se halla el calor diferencial de solucin experimental

V. PARA LA TABLA 3.6

ANLISIS Y DISCUCIN DE RESULTADOS

El trabajo realizado ofreci resultados aceptables en cuanto al comportamiento de la grfica y el calor diferencial de solucin experimentales, determinndose para este ltimo un valor de J/mol y un porcentaje de error de 20%. Del comportamiento de las graficas experimental y terica de log m vs 1/T se demostr que la solubilidad del acido benzoico es directamente proporcional a la temperatura. En la grfica experimental se encontraron puntos que quedaban fuera de la recta y se asumi que eran principalmente el resultado de errores al momento de extraer la solucin saturada de cido benzoico. Se considera a como independiente a la temperatura, lo cual es vlido para solutos no electrolticos. En la tabla 3.2 y 3.3, se hall la molalidad ,su log (m) , la inversa de la temperatura(1/T) ,para poder construir la grfica logm Vs. 1/T ,cuya pendiente multiplicada por la constante de los gases R ,nos de el calor diferencial de la solucin saturada .

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La solubilidad del cido benzoico en agua es directamente proporcional a la temperatura. La solubilidad de una sustancia depende fuertemente de la temperatura. Es posible hallar el calor diferencial de solucin de una sustancia mediante el anlisis de su solubilidad a diferentes temperaturas con una grfica de Log m vs 1/T. No sobrecalentar la solucin, ya que cuando se quiera trabajar con la temperatura de trabajo, va a tomar mucho tiempo en descender, ya que no se puede enfriar bruscamente pues se puede pasar, y que cristalice. Lavar bien los erlenmeyer, y pesarlos completamente secos, para que no vari la masa de la solucin, se puede llevar por un corto tiempo a la estufa. Tener cuidado al titular las soluciones con la base, antes previamente valorada con el biftalato de potasio.

BIBLIOGRAFA

Atherton Seidell, Solubilities of inorganic and organic substances,2da edicin, D. Van Nostrand Company, Estados Unidos, 1919, pg. 133 Maron & prutton Atkins P. "Fisicoqumica" 2da.Edicin. Ed. Fondo Educativo Interamericano,Mxico, 1986, pg: 204 205 Castellan G. "Fisicoqumica" 2da. Edicin. Ed. Fondo Educativo Maron S. Prutton "Fundamentos de Fisicoqumica" 1era. Edicin. Ed. Limusa, Mxico, 1968, pg: 269 272. Pons Muzzo Gastn "Fisicoqumica" 6ta Edicin Ed.Universo, Lima, 1985.pg: 271 274. 272,273,413,418.

APNDICE

CUESTIONARIO1) Defina una solucin saturadaSolucin que contiene la mxima cantidad de soluto que el solvente puede disolver a esa presin y esa temperatura. Si se le agrega ms soluto no lo disuelve: si es un slido en un solvente lquido, el exceso precipita; si es un lquido en solvente lquido, el exceso queda separado del solvente por encima o por debajo segn su densidad relativa; si es un gas en un solvente lquido, el exceso de soluto escapa en forma de burbujas. En una solucin saturada de un slido en un lquido, el proceso de disolucin tiene la misma velocidad que el proceso de precipitacin.2) Explique brevemente de que factores depende la solubilidad de una sustanciaLa solubilidad de una sustancia en otra est determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el disolvente y el soluto, y la variacin de entropa que acompaa a la solvatacin. Factores como la temperatura y la presin alteran tal equilibrio, cambiando as la solubilidad.La solubilidad tambin depende en gran medida de la presencia de otras especies disueltas en el disolvente, como por ejemplo, complejos metlicos en los lquidos. La solubilidad se ve afectada por el efecto del ion comn. En menor medida, la solubilidad depende de la fuerza inica de las soluciones. Los dos ltimos efectos pueden cuantificarse utilizando la ecuacin de equilibrio de solubilidad.3) Indique y explique otros mtodos experimentales para la determinacin del calor diferencial de solucinUna de las tcnicas usadas para ese fin consiste en preparar soluciones de concentracin conocida y determinar la temperatura a la cual la solucin se hace concentrada. El procedimiento para ello sera el siguiente: Se pesa una determinada cantidad de una sustancia y se la disuelve en una pequea cantidad de agua. Como la solucin esta sobresaturada a temperatura ambiente, el sistema se calienta hasta que se disuelva todo el soluto. Luego de ello el sistema se enfra lentamente con agitacin constante hasta que se observe la aparicin de cristales en la solucin. De esa manera al anotar la temperatura a la cual ocurre ello se obtienen datos de la solubilidad de la sustancia a temperaturas de terminadas. Con esos datos se puede elaborar la grfica de Log m vs 1/T para determinar el calor diferencial de solucin. Pgina 16