REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS DIVISIÓN DE ESTUDIOS BÁSICOS SECTORIALES

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

SOLUBILIDAD DEL ACIDO BENZOICO Y DETERMINACIÓN DE SU CALOR DE SOLUCIÓN

Presentado por:Br. Ana K. Omaña G.

CI.: 20.861.946

Maracaibo, enero de 2011

- 2 -

RESUMEN

En el presente informe se reporta la determinación experimental del calor de solución y el

estudio de la variación de la solubilidad del acido benzoico en función de la temperatura.

Empleando el método de valoración, se utilizó una solución de NaOH como titulante

tomando alícuotas del acido a diferentes temperaturas desde 70-30 ºC. Los resultados

obtenidos para el calor de solución experimental y su porcentaje de error fueron de 14,135

kJ/K y 51,95 % respectivamente. Las relaciones de las solubilidades vs. las temperaturas

señaladas, se demuestra una reacción de naturaleza endotérmica.

INTRODUCCIÓN

Todo proceso de disolución lleva asociado un valor de energía (calor) que puede liberarse

en el proceso ocasionando un aumento de la temperatura. También podría absorberse; en

este caso provocaría una disminución

Cuando la disolución tiene lugar en condiciones de presión constante, a esa energía

absorbida o liberada, se la denomina calor de disolución o entalpía de disolución, ∆H Disolución

Durante el proceso, el sistema absorbe energía (calor) se dice que es endotérmico y viene

caracterizado por un valor de ∆H Disolución positivo. Cuando la energía se libera, el proceso

es exotérmico y el signo de ∆H Disolución es negativo1

Solubilidad, temperatura y ∆H Disolución

La relación matemática que existe entre la solubilidad y la temperatura, queda reflejada en

una función que engloba a la entalpía de disolución:

d lnS/ Dt =∆H Disolución RT (1)

Donde,

s = solubilidad

T = temperatura

R = constante de los gases ideales

- 3 -

Integrando y suponiendo que ∆H Disolución es un valor constante que no depende de la

temperatura se llega a:2

∫dln S=∫∆H Disolución /RT2. dT lnS= -H Disolución/ R. 1/T+C (2)

Los objetivos generales de esta experiencia es determinar la solubilidad del acido benzoico

como una función de la temperatura, evaluar a partir de una grafica ln S vs 1/T el calor de

dilución e identificar la naturaleza exotérmica o endotérmica del proceso.

PARTE EXPERIMENTAL

Se armó un baño de agua termotatizado, controlando su temperatura a 70 ºC. Se vertió 500

ml de agua destilada en un vaso de precipitado y se colocó en la plancha de calentamiento.

Se peso 4 gramos de acido benzoico y se disolvió en un Erlenmeyer de 500ml con agua

destilada previamente hervida. Se llevó la solución madre al termostato, en donde se dejó

un cierto tiempo para estabilizar la temperatura de la solución madre a la temperatura del

baño. Se tomó tres nuestras de 10ml de la solución madre rápidamente y se vertió en

Erlenmeyers de 125ml, asegurándose de que la muestra tomada no contuviera acido

benzoico sólido. Se lavó la pipeta volumétrica con agua caliente, agregándola al

Erlenmeyer. Se titulo las muestras con una solución de NaOH 0.1M (previamente

estandarizada), agregándole la fenolftaleína como indicador.Se repitió el procedimiento a

temperaturas de 60, 50, 40 y 30 ºC.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Estandarización del NaOH

1) Moles (KHC8H4O4) = 0,3298g/204,22g/mol »»»» Moles (KHC8H4O4)=0,001615mol=moles NaOH

Moles (NaOH)= 0,001615mol/0.0,0163L »»»» Moles (NaOH)= 0,0991mol/L

2) Moles KHC8H4O4=0,3067g /204,22g/mol »»»» Moles (KHC8H4O4)= 0,001502mol=moles NaOH

Moles (NaOH)= 0,001502mol/0,0145L »»»» Moles (NaOH)= 0,1036mol/L

3) Moles KHC8H4O4=0,3088g/204,22g/mol »»»» Moles KHC8H4O4= 0,001512mol=moles NaOH

Moles (NaOH)= 0,001512mol/0,0148L »»»» Moles (NaOH= 0,1022mol/L

- 4 -

El promedio de las concentraciones de NaOH obtenidas se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 1. Resultados experimentales del NaOH

Masa del KHC8H4O4 Volumen gastado NaOH Molaridad NaOH0,3298 g 16,3 ml 0,0991 M0,3067 g 14,5 ml 0,1036 M0,3088 g 14,8 ml 0,1022 M

x: = 0,101 M

Determinación de la solubilidad experimental del acido benzoico

Mediante el volumen gastado de NaOH se obtuvieron las siguientes solubilidades a diferentes temperaturas:

S(70ºC) = 0,101 M x 10,0ml = 0,101 mol/l 10 ml

S(60ºC) = 0,101M x 9,5ml = 0,0960 mol/l 10 ml

S(50ºC) = 0,101M x 7,9ml = 0,0798 mol/l 10 ml

S(40ºC) = 0,101M x 6,4ml = 0,0646 mol/l 10 ml

S(30ºC) = 0,101M x 5,4ml = 0,0545 mol/l 10 ml

Tabla 2. Datos del acido benzoico obtenidos experimentalmente

Muestras Volumen valorado NaOH

(ml)

x: Solubilidad mol/L

70 ◦C 10,1; 10; 10 10,0 0,10160 ◦C 9,6; 9,5; 9,5 9,5 0,096050 ◦C 7,7; 8,5; 7,4 7,9 0,079840 ◦C 6,6; 6,5; 6,2 6,4 0,064630 ◦C 5,6; 5,1; 5,4 5,4 0,0545

En la tabla 2 se puede observar un incremento de la concentración del acido benzoico en la solución, a medida que aumenta la temperatura. De ello se deduce que existe una relación directamente proporcional entre la temperatura y la solubilidad del acido

- 5 -

benzoico, lo cual es congruente con el hecho de que la solubilidad de los compuestos orgánicos generalmente aumenta con la temperatura.

Tabla 3. Datos para la representación grafica

T (◦C) T (◦K) Solubilidad mol/L Ln S 1/T (◦K)70 343 0,101 -2,2926 0,00291560 333 0,0960 -2,3434 0,003003

50 323 0,0798 -2,5282 0,003096

40 313 0,0646 -2,7395 0,003195

30 303 0,0545 -2,9095 0,003300

En la tabla 3 se muestran los datos teóricos y experimentales de LnS Vs 1/T (ºK), que se utilizaron para elaborar las graficas 1 y 2 respectivamente.

Tabla 4. Solubilidad tabulada del acido benzoico

T (◦K) Solubilidad mol/L Ln S

343 ………. ----------

333 0,09460 -2,3581

323 0,06346 -2,7574

313 0,04545 -3,0911

303 0,03357 -3,3941

293 0,02375 -3,7402

Grafica 1. S vs. T

- 6 -

0,0545

0,0646

0,0798

0,0960,101

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

300 320 340 360

T(ºK)

So

lub

ilid

ad

mo

l/L

Serie1

Lineal (Serie1)

En la grafica 1, todos los puntos a excepción de dos, forman una línea recta, lo cual

evidencia la relación lineal entre LnS vs. T. Se dedujo que la solubilidad del acido

benzoico es directamente proporcional a la temperatura.

Gráfica 2. LnS Vs 1/T (ºK)

- 7 -

-2,9095-2,7395

-2,5282-2,3434-2,2926

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,0028 0,0029 0,003 0,0031 0,0032 0,0033 0,0034

T(ºK)

Ln

S Serie1

Lineal (Serie1)

En la grafica 2, se observa un comportamiento lineal de los puntos aunque uno de ellos no caen dentro de la recta. Tal hecho se atribuyo principalmente a errores al momento de la titulación de las muestras y a la variación de temperatura que sufrieron las mismas durante tal proceso, lo cual pudo producir la precipitación del ácido.

Determinación del calor de solución (∆Hdis)

y = -1700,164. x + 2,707

- 8 -

Si m = - ∆Hdis / R, se obtiene que

∆Hdis = - m . R

∆Hdis = - (-1700,164). 8.314 J/mol K = 14135,16 J/mol = 14,135 kJ/mol ∆Hdis > 0

Observando que se obtuvo ∆Hdis mayor a 0 se consideró el proceso como endotérmico.

Cálculos estadísticos

Utilizando el valor de ∆Hdis teórico (29423.2 J/mol) se obtiene

Error absoluto = xL - Xreal

Error absoluto = 14135,16 J/mol – 29423,2 J/mol = -15288,04 J/mol

Error relativo = Ea x 100 = -15288,04 J/mol x 100 = 51,95 %

xL real 29423,2 J/mol

CONCLUSIONES

La solubilidad de una sustancia depende fuertemente de la temperatura.

Dado que el calor de la solución fue mayor que 0, la reacción fue endotérmica.

Los resultados obtenidos para el calor de solución y su porcentaje de error fueron

de14,135 kJ/K y 51,95 %.

En la gráfica experimental hay valores que no se ajustan a una recta debido a que las

concentraciones a una temperatura dada no están muy cercanas.

Es posible hallar el calor de solución de una sustancia mediante el análisis de su

solubilidad a diferentes temperaturas con una grafica de LnS vs. 1/T

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Raymond. C; 2002, Colombia 7ma Edición, Editorial McGraw-Hill. Pág.: 673.

- 9 -

2. Levine Iran, 2004, Fisicoquímica, Volumen 1, 5ta edición, Madrid, España, Editorial McGraw-Hill, 454.

ANEXOS

Tabla 1. Datos para el cálculo de la pendiente

b = y – mx

b = - 2,565 – (-1700,164) 3,101 × 10-3

b = - 2,565 + 5,272 = 2,707

y = m. x + b

y = -1700,164. x + 2,707

Ln S 1/T(ºK)

-2,293 2,915 x 10-3

-2,343 3,003 x 10-3

-2,538 3,096 x 10-3

-2,733 3,195 x 10-3

-2,919 3,300 x 10-3

y = -2,565 x = 3,101 x 10-3

- 10 -