RESUMEN

El objetivo principal de esta prctica es determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de la solucin del acido benzoico y el calor diferencial de dicha solucin cuando se encuentra saturada, trabajando a condiciones de laboratorio las cuales fueron 760mmHg a una temperatura de 20 C, humedad relativa 94%.Para lograr nuestro objetivo, se mide la masa de distintos matraces cuando se encuentran vacios y cuando contienen soluciones de acido benzoico a distintas temperaturas (permitiendo as calcular la masa de la solucin), titulndose dos soluciones de acido benzoico a 25C con NaOH (Las cuales se extraen de un tubo de prueba introducida en una chaqueta a un bao de alrededor de 22C),logrando as calcular el nmero de equivalentes gramo y por consecuencia la molalidad del acido benzoico a las temperaturas observadas; se anotan los volmenes gastados respectivamente, repitindose el procedimiento anterior bajo las temperaturas de 20,15 y 10C.Estos resultados nos permitirn obtener una grfica Ln(m) Vs.1/T(K) , permitiendo observar experimentalmente la forma cmo varia la solubilidad con la disminucin de la temperatura.Por otro lado el porcentaje de error obtenido para el calor de disolucin del acido benzoico fue bastante bajo 0.1047%lo que permite concluir que el procedimiento llevado a cabo se realizo de manera correcta obteniendo as un valor bastante aproximado al valor terico.

UNMSM-FQIQ Laboratorio 11: Variacin de la solubilidad con la T

1TABLA DE CONTENIDO

Introduccin..1Principios tericos.2Detalles experimentales..5Tabulacin de datos y resultados experimentales...6Ejemplos de clculos.10Anlisis y discusin de resultados...14Conclusiones y recomendaciones.15Bibliografa16Apndice.17

INTRODUCCIN

La solubilidad no es estrictamente una propiedad coligativa (ya que varia con la identidad del soluto), pero podemos estimarla utilizando las mismas tcnicas. Cuando un soluto solido entra en contacto con un solvente, se disuelve hasta que la solucin se satura. La saturacin es un estado de equilibrio; el soluto no disuelto esta en equilibrio.

El anlisis de la solubilidad de la sustancia en un solvente determinado y a una temperatura y presin dadas es muy importante a nivel industrial. Es as que el conocimiento de la solubilidad de una sustancia se utiliza para llevar a cabo procesos industriales a temperaturas por debajo de las cuales no serian posibles o se obtendran un rendimiento muy bajos y baja calidad del producto. Adems de ello este concepto se utiliza en sectores tales como el de la investigacin cientfica en el que, por ejemplo, hay sntesis que se deben llevar a cabo con ciertos solventes y a determinadas temperaturas de tal manera que todos los reactantes permanezcan en solucin. Es as como la compresin de la variacin de la solubilidad con la temperatura constituye una gran herramienta para todo qumico que se desempea en el sector industrial o cientfico.

PRINCIPIOS TERICOSUno de los ms simples casos de equilibrio es el de la solucin a la misma velocidad con la que 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 termino solubilidad a la medida, en alguna escala arbitrariamente elegida, de la concentracin, 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 del soluto en la solucin.El proceso mencionado se puede expresar como:

En el cual la constante de equilibrio est dada por:

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

Donde el subndice indica la relacin se aplica a la solucin saturada.El smbolo denota el valor de la actividad para la solucin satura.La variacin de con la temperatura a presin constante se refleja en un cambio en , 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 cuanta los efectos de la temperatura y la concentracin , hay resultados para la presin constante.

Donde es el calor diferencial de solucin saturada a la presin y temperatura dadas. Para los casos en lo que el coeficiente de actividad para el soluto solo cambia ligeramente la concentracin en las cercanas de la saturacin, el termino entre corchetes a la izquierda de la ecuacin se convierte 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 entalpia de disolucin con la temperatura, una suposicin que en general es mejor para solutos no electrolticos, se obtiene

Mientras que la integral evaluada entre dos temperaturas conduce a :

El calor de solucin que interesa aqu es absorbida cuando 1 mol de solido se disuelve en una solucin que ya esta prcticamente saturada. Este se diferencia el calor de solucin a dilucin infinita, que es el calor de solucin frecuentemente dado en tablas.

DETALLES EXPERIMENTALESMateriales8 erlenmeyers de 125 mL, 1 erlenmeyer de 250 mL, 1 tubo de prueba mediano, 1 tubo de dimetro grande (chaqueta), 1 agitador metlico, 1 termmetro, 1 bureta, pipetas aforadas 10 mL, pequeos tubos de jebe, algodn probeta de 25mLReactivosAcido benzoico, agua destilada, solucin de NaOH=0.1N, indicador fenolftalenaPROCEDIMIENTOEn un erlenmeyer de 250 mL, se coloca 0.75g de acido benzoico adicionando inmediatamente 150mL de agua destilada, poniendo a calentar dicho matraz con agitacin constante hasta observar que todo el slido se disuelva, por consiguiente se retira 25 mL de la solucin al tubo de prueba, introduciendo este ultimo a la chaqueta que se encuentra en un bao de 22 C, el tubo de prueba se debe encontrar a una temperatura de alrededor de 25 C , manteniendo bajo agitacin constante , a partir de los 25C se retira 10mL con dos pipetas distintas del tubo de prueba, colocando cada volumen en un matraz( a los que ya anteriormente se midi su masa), llevndolo a pesar, inmediatamente despus se aade gotas de fenolftalena a las soluciones extradas titulndolas con NaOH0.1N ( este valor se corrige valorando la solucin con biftalato antes de realizar las titulaciones a las diversas soluciones de acido benzoico a distintas temperaturas), anotando los volmenes gastados por el hidrxido en la titulacin, este mismo procedimiento se realiza bajo las temperaturas de 20,15 y 10C utilizando para cada una de ellas un par de erlenmeyers.

TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES

TABLA N1: Condiciones experimentales de laboratorioTEMPERATURAPRESION ATMOSFERICA (mmHg)

2075695

DATOS TERICOS TABLA N2: Datos tericos para la grafica N1

300.0032980.03359-3.3935

250.0033540.02826-3.5663

200.0034100.02376-3.7398

100.0035310.01720-4.0628

TABLA N3: Datos tericos para el cido benzoico

C (constante de Grfica N1)Masa molecular

)

5690.7686.043122.121.987

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA N4: Datos experimentales obtenidos en la experiencia

Matraz

25194.9337104.987410.05373.25

25293.0164102.93659.92013.15

203102.3237112.28579.96202.9

204100.2647110.603410.33872.8

15582.267592.07619.80862.25

15697.1237107.167010.04332.3

10776.855086.63439.77932.1

10876.661583.32469.66312.0

TABLA N5: Datos calculados a partir de la tabla anterior (N4)

Matraz

25110.05370.03603410.01772.9510.02945

29.92010.0349279.88522.8600.02894

2039.96200.0321559.92982.6330.02652

410.33870.03104610.30762.5420.02466

1559.80860.0249489.78362.0430.02088

610.04330.02550210.01782.0880.02084

1079.77930.0232859.75602.0970.01954

89.66310.0221769.64091.8160.01884

TABLA N6: Datos calculados para la grfica experimental

Matraz

10.02905-3.5251252980.0033557

20.02894-3.5425

30.02652-3.6298202930.0034129

40.02466-3.7026

50.02088-3.8689152880.0034722

60.02084-3.8709

70.01954-3.9353102830.0035336

80.01884-3.9713

TABLA N7: Datos obtenidos a partir de la tabla N6 para la grafica N2

252980.0033557-3.5358

202930.0034129-3.7026

152880.0034722-3.8699

TABLA N8: Calor de disolucin obtenido experimentalmente

C (constante de Grafica N2)

5696.7296.085

PORCENTAJES DE ERROR TABLA N9:

%E

5696.7295690.7680.1047

EJEMPLOS DE CLCULOSa) Con los datos de f) y g) (indicaciones de gua) determine el peso de la solucin, el numero de equivalentes y el peso de acido benzoico presente en la solucin, para cada temperatura.

*El peso de la solucin de acido benzoico se determina restando el matraz + tapn + solucin de acido benzoico menos el matraz con tapn vacio, el clculo se procede de la siguiente manera:

Para T=25Matraz 1

As sucesivamente se realizan los clculos para los siete matraces restantes, dichos valores obtenidos se encuentran en la Tabla N 5*Determinacin del nmero de equivalentes

Para T=25Matraz 1Tenemos: reemplazando

Los dems datos calculados se encuentran tabulados en la tabla N5

*Determinacin de la masa del acido benzoicoEl clculo de la masa de acido benzoico en la solucin se calcula mediante la siguiente frmula:

Para T=25Matraz 1

reemplazando

Los dems datos calculados se encuentran tabulados en la tabla N5

b) Por diferencia halle el peso de agua en la solucin y luego determine la concentracin molal del soluto

*Determinacin del peso del agua en las diferentes soluciones de cido benzoico

Para T=25Matraz 1

Los restantes datos calculados se encuentran tabulados en la tabla N5

*Determinacin de la concentracin molal del acido benzoico en las diferentes soluciones

Para T=25Matraz 1

Los restantes datos calculados se encuentran tabulados en la tabla N5

c) Con los datos de m y temperatura, construya el grfico ln(m) Vs. 1/T y halle el calor diferencial de solucin. Analice sus resultados. (Apndice-pgina.)

De la grfica 1 Experimental (Apndice)

Determinando

De la grfica 2 Terica (Apndice)

Determinando

d) Calculo de porcentaje de error del calor de disolucin del acido benzoico

ANLISIS DE RESULTADOS

En esta parte experimental el valor determinado del calor diferencial en la grafica Ln(m) Vs. 1/T es siendo dicho valor muy aproximado al valor terico el cual es , la obtencin del valor experimental se realiza haciendo una regresin lineal y eliminando aquellos puntos como -3.9353, -3.9713 ,-3.6298 que son parte del eje X (ln(m)) , mientras que los que son parte de la recta se promediaron como son -3.5251, -3.5425, -3.8689, -3.8709 que corresponden a las temperaturas de 25 y 15C respectivamente y pertenecen al eje X (ln(m)), observndose as una recta casi perfecta como la que se visualiza en la grafica N2, por lo que el error porcentual obtenido es de 0.1047%.

CONCLUSIONES

La solubilidad del acido benzoico aumenta mientras se eleva la temperatura, esto se comprueba por la disolucin total con aumenta de la temperatura. La parcial solubilidad del acido benzoico en agua se debe a que tiene una parte hidrofobia (el anillo aromtico), impidiendo as que se disuelva totalmente en agua, mientras que la cierta disolucin de dicho cido se debe a que posee el grupo carbonilo, los cuales por la presencia de los oxgenos en las estructuras permitirn formar puentes de hidrogeno con agua.

RECOMENDACIONES

La pipeta que succiona la solucin de acido benzoico en el tubo de muestra a una determinada temperatura debe de encontrarse cubierto por un tubo que contiene algodn, para evitar que en la expulsin del liquido al matraz, este contenga residuos slidos de cido benzoico no disuelto.

BIBLIOGRAFA

http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/fisicoquimica/tp/benzoico.pdf Solubilities of organic Compounds Vol. 2 A. Seidell Van Nostrand, N. York. 1941

APNDICE

CUESTIONARIO1.-En la ecuacin que relaciona la concentracin de la solucin saturada con la temperatura. Fundamente el uso de la concentracin molal.

2.-Qu relacin existe entre el calor diferencial de disolucin, la temperatura y las caractersticas de la sustancia?Cuando un slido o un gas disuelve un lquido, o cuando se mezclan dos lquidos cuyas molculas son muy diferentes, se verifica un decremento en las fuerzas de atraccin entre las molculas de las sustancias originales, as como la existencia de nuevas fuerzas entre las molculas vecinas de la mezcla o disolucin producto. Estos procesos se ven acompaados por la absorcin o desprendimiento neto de energa de lo que resultan diferencias en la energa interna y la entalpia entre los componentes puros y la mezcla. Este cambio de entalpia se denomina calor de disolucin.Una manera de determinar el calor de disolucin es mediante solubilidades, donde la ecuacin de Clausius- Clapeyron es utilizada:Donde

:Logaritmo natural de la solubilidad expresada en mol/L: Diferencial de la temperatura: Calor de disolucin: Constante universal de los gases : Temperatura Al integrar la ecuacin 1 se obtiene

La cual tiene forma de una lnea recta, entonces si se tabula 1/T Vs. Lns y los datos se representan grficamente, es posible obtener como parte de la pendiente.

3.-Indique y explique otros mtodos experimentales para la determinacin del calor diferencial de la solucin.

La Calorimetra de barrido diferencial es una tcnica termo analtica en la que la diferencia de calor entre una muestra y una referencia es medida como una funcin de la temperatura. La muestra y la referencia son mantenidas aproximadamente a la misma temperatura a travs de un experimento Generalmente, el programa de temperatura para un anlisis DSC es diseado de tal modo que la temperatura del portador de muestra aumenta linealmente como funcin del tiempo. La muestra de referencia debera tener una capacidad calorfica bien definida en el intervalo de temperaturas en que vaya a tener lugar el barrido. El principio bsico subyacente a esta tcnica es que, cuando la muestra experimenta una transformacin fsica tal como una transicin de fase, se necesitar que fluya ms (o menos) calor a la muestra que a la referencia para mantener ambas a la misma temperatura. El que fluya ms o menos calor a la muestra depende de si el proceso es exotrmico o endotrmico. Una 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.

GRFICAS

GRAFICA N1

Donde :

GRAFICA N2

Donde: