Variacion de La Solubilidad Con La Temperatura 2

7/24/2019 Variacion de La Solubilidad Con La Temperatura 2

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I. RESUMEN

En esta prctica se estudi la variacin de la solubilidad con la temperatura. Elobjetivo de esta experiencia es determinar el efecto de la temperatura sobre la

solubilidad del cido benzoico ligeramente soluble en agua y calcular el calordiferencial de la solucin de cido benzoico cuando est saturada.

La prctica se realiz bajo las condiciones de laboratorio de P=7!mm"g# $=%&'( y un porcentaje de )umedad relativa *+",- = .

Para determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad del cidobenzoico en agua #se procedi a preparar el sistema comprendido de !.7/g decido benzoico con 0/! ml de agua destilada #el cual se verifica 1ue no estotalmente soluble en agua .Luego se procedi a calentar dic)o sistema# por el

cual se observa 1ue a medida 1ue se aumentaba la temperatura #el cidobenzoico empezaba a disolverse en el agua #llegando a una disolucincompleta.

Para determinar el calor diferencial de solucin de cido benzoico# primero semidi %/ml de la solucin preparada anteriormente y se coloc en el e1uipoexperimental adecuado para esta experiencia. Luego se condicion a lamuestra a una temperatura de %/2( para despu3s extraer dos muestras de 0!ml y sean titulados con la solucin de 4a5" previamente valorada con biftalatode potasio. Este procedimiento tambi3n se realiz llevando a la muestra a la

temperatura de 0!#0/#%!2(.Entonces mediante los clculos apropiados seobtuvo las molalidades del cido benzoico para 0!#0/#%! y %/2(.$eniendo lamolalidades a una cierta temperatura y mediante la grafica log*m- vs 06$ #sepudo obtener el calor diferencial de solucin experimental .Por lo tanto #el calor

diferencial experimental ( HDS. (exp .)) fue de %07.8& j6mol# al comparar

con el con el calor diferencial de solucin terico * HDS(teorico) = 23016.779

j6mol- se obtuvo un porcentaje de error de /.7+ .Este error puede ser debidoa la variacin de temperaturas 1ue sufrieron las muestras para la titulacin #lo

cual pudo producir la precipitacin del acido benzoico #titulando as9 conpe1ue:as part9culas de acido benzoico .

;e concluye 1ue la solubilidad es directamente proporcional con latemperatura .Por


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indicadas en esta prctica y evitar titular una solucin 1ue contengaprecipitado.


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II. INTRODUCCION

El anlisis de la solubilidad de una sustancia en un solvente determinado y auna temperatura y presin dadas es muy importante a nivel industrial. Es as91ue el conocimiento de la solubilidad de una sustancia se utiliza para llevar acabo procesos industriales a temperaturas por debajo de las cuales no ser9anposibles o se obtendr9an rendimientos muy bajos y baja calidad del producto.

dems de ello este concepto se utiliza en sectores tales como el de lainvestigacin cient9fica en el 1ue# por ejemplo# )ay s9ntesis 1ue se deben llevara cabo con ciertos solventes y a determinadas temperaturas de tal manera 1ue

todos los reactantes permanezcan en solucin. (omo puede verse elaprendizaje y comprensin de la variacin de la solubilidad con la temperatura

constituye una gran )erramienta para todo 1u9mico 1ue se desempe:e en elsector industrial o cient9fico.

III. OBJETIVOS

Esta prctica tiene por objetivo determinar el efecto de la temperatura sobre la

solubilidad de un soluto ligeramente soluble# y calcular el calor diferencial de lasolucin cuando est saturada. En este caso el soluto es el cido benzoico 1ueligeramente soluble en agua.


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IV. PRINCIPIOS TERICOS

SOLUBILIDAD

;olubilidad es una medida de lacapacidad de disolverse de unadeterminada sustancia *soluto- enun determinado medio *solvente-.>mpl9citamente se corresponde conla mxima cantidad de soluto 1ue sepuede disolver en una cantidaddeterminada de solvente a unatemperatura fija. Puede expresarseen unidades de concentracin?

molaridad# fraccin molar# etc.

Pueden presentarse dos situacionesen particular para la solubilidad?

;i dos solutos son solubles en un mismo solvente# dependiendo de lascantidades *pe1ue:as- pueden disolverse ambos sin ninguna dificultad# pero engeneral la sustancia de mayor solubilidad desplaza de la solucin a la de menorsolubilidad# ejemplo? al agregar az


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Solucin So"r#saturaa!@Es a1uella en 1ue la cantidad de soluto disuelto esmayor a la 1ue indica su solubilidadA. Este tipo de solucin se reconoceexperimentalmente por su gran @inestabilidadA ya 1ue al agitarla o al agregar unpe1ue:o cristal de soluto *cristal de siembra o semilla de cristal- se provoca la

cristalizacin del exceso de soluto disuelto.

$ACTORES %UE A$ECTAN LA SOLUBILIDAD

La solubilidad de un compuesto en un determinado solvente depende de la

naturaleza 1u9mica del soluto y solvente# la temperatura y la presin.

La natural#&a #l soluto ' #l isol(#nt#. La solubilidad aumenta entresustancias cuyas mol3culas son anlogas en sus propiedades el3ctricas yestructuralmente. (uando existe una similitud en las propiedades el3ctricas delsoluto y solvente# se incrementan las fuerzas intermoleculares# favoreciendo ladisolucin de del soluto en el solvente.

E)#cto # la t#*+#ratura #n la solu"ilia.La temperatura de la solucinafecta la solubilidad de la mayor9a de las sustancias. La figura 8 muestra la

dependencia entre la solubilidad en agua de algunos compuestos inicos y latemperatura. Beneralmente# la solubilidad de la sustancia slida se incrementacon la temperatura.

SOLUCIN SATURADA


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Cno de los ms simples casos de e1uilibrio es el de una solucin saturada encontacto con un exceso de solutoD las mol3culas dejan el solido y pasan a lasolucin a la misma velocidad con la 1ue las mol3culas de la solucin sondepositadas en el solido. El termino >d solubilidad se refiere a la medida# en

alguna escala arbitrariamente elegida# de la concentracin del soluto en lasolucin saturada. 1u9 se usa la escala de concentracin molal y la solubilidadse vuelve igual a la molalidad ms del soluto en la solucin. El procesomencionado se puede expresar como?

AB(S) AB(ac)

En el cual la constante de e1uilibrio est dada por?

K=a2

a2

1u9 a% representa la actividad del soluto en la solucin saturada y a % laactividad del soluto solido puro. La eleccin convencional de un estado estndarpara el ultimo es el propio soluto puro a la temperatura y presin involucradas#por lo 1ue a% es igual a la unidad. La actividad a % esta relacionada con lamolalidad m del soluto a trav3s del coeficiente F# una funcin de $# P y lacomposicin la cual se aproxima a la unidad a medida 1ue m se aproxima acero. Luego

K=[ a2 ] m=s ms

Gonde el sub9ndice indica 1ue la relacin se aplica a la solucin saturada. El

s9mbolo Ha%Im=ms denota el valor de la actividada2 para la solucin saturada.

La variacin de J con la temperatura a presin constante se refleja en un

cambio en ms# y adems en

s

# 1ue es afectado por las variaciones detemperatura y concentracin de la solucin. La ecuacin de Kant "off re1uiere1ue

( lnKT)P= H

R T2(1)


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Gonde H

es la entalpia estndar para el proceso de solucin. Esta

cantidad no deber9a ser confundida con ningntegrando la ecuacin *8- en forma

indefinida# y considerando despreciable la variacin de la entalp9a de disolucincon la temperatura # una suposicin 1ue en general es mejor para solutos noelectrol9ticos 1ue para los electrol9ticos# se obtiene

ln ms=[ HDS ]m=m

s

RT +C(4)

Mientras 1ue la integral evaluada entre dos temperaturas conduce a

m

( s(T2)/ms (T1))=[ HDS ]m=m s

R ( 1T21

T1)(4.1)ln


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El calor de solucin 1ue interesa a1u9 es el calor absorbido cuando 0 mol desolido se disuelve en una solucin 1ue ya est prcticamente saturada. Este sediferencia del calor de solucin a dilucin infinita# 1ue es el calor de solucinfrecuentemente dado en tablas.


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V. DETALLES E,PERIMENTALES

MATERIALES - REACTIVOS!

MATERIALES!

erlemeyers de 0%/ ml# 0 erlemeyer de %/!ml# 0 tubo de prueba mediano# 0tubo de dimetro grande*c)a1ueta-# 0 agitador metlico# 0 termmetro # 0bureta# pipetas aforadas de 0! ml# pe1ue:os tubos de jebe# algodn# probeta de%/ ml.

REACTIVOS!

cido benzoico# agua destilada# solucin de 4a5"= !#04# indicadorfenolftale9na.

PROCEDIMIENTO!

a- Lave y se1ue en la estufa todo el material de vidrio.b- Estandarizar la solucin de 4a5" con biftalato de potasio.

c- En el Erlenmeyer de %/! ml limpio# colo1ue !.7/ g de acido benzoico yadicione =0/! ml de agua destilada.

d- (aliente el sistema preparado en b- con agitacin constante )astadisolucin completa. Evite sobrecalentamiento.

e- Ge la solucin preparada en c- *solucin sobresaturada-# mida %/ ml ycolo1ue en el tubo de prueba.


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f- rme ele1uipo eintrodusca

en un ba:o de temperatura inferior en unos%N82( a la temperatura a la cual va a medir lasolubilidad de la muestra *%/2(-.

g- Mantenga la muestra en agitacin constante por espacio de % a 8minutos a la temperatura a la cual se esta trabajando# manteniendo ele1uipo en el ba:o adecuado. Luego sa1ue con la pipeta % muestrassucesivas de 0! ml y viertalas dentro de los erlenmeyers limpios y secos#previamente pesados.Pese nuevamente.

)- Kalore las muestras de los erlenmeyers con la solucin de 4a5"previamente valorada con biftalato de potasio # usando fenolftale9nacomo indicador.


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i- ,epita todo el procedimiento desde d- para las temperaturas %!#0/#

0!2(.

VI. TABLA DE DATOS

/ DATOS E,PERIMENTALES

TABLA A.! CONDICIONES AMBIENTALES


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$EMPE,$C, *2(- P,E;>O4 $M5;Q,>(*mm"g-

"CMEGG ,EL$>K *+-

%& 7/

TABLA .0! DATOS DE LA VALORACIN DEL NaO1

$emperatura *2(- RELE,MESE,*g-

RELE,MESE, T ;5LC(>O4*g-

Kolumen gastadode 4a5" *ml-

%/ ./0! ./&! %.80!!.7%! 00!./!8/ %.&

%! .&& ./%&7 %.!0!!.& 0!. %.0

0/ /.80! .8& 0../80 0!.&!0! 0.0! /.8&8 .8& 0./

./!8 0!.&0& 0./Masa*g- del biftalato de potasio !.0%%Kolumen*ml- gastado de 4a5" /.0

TABLA .2 ! DATOS PARA DETERMINAR EL CALOR DI$ERENCIAL DELA SOLUCI3N SATURADA DE 4CIDO BEN5OICO


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0/ DATOS TEORICOS !

TABLA 0.! MASA MOLECULAR6

M/DEL BI$TALATO DE POTASIO -

ACIDO BEN5OICO

M del biftalato de potasio *g6mol- %!&.%%

M del cido benzoico *g6mol- 0%%.0%

TABLA 0.0 !CALOR DE DISOCIACION6 HDS / DE LA SOLUCIN DE

4CIDO BEN5OICO HDS 6cal7*ol/ /!0

2/ RESULTADOS E,PERIMENTALES

TABLA 2.! MASA DE LA SOLUCION - DE SUS COMPONENTES 64CIDOBEN5OICO 8A9UA/

$emperatura *2(- R;5LC(>54*g-

RU(>G5 VE4W5>(5*g-

RBC*g-

%/ . !.! 880& .//.80/ !.!8&/ ./

%! .78 !.!%% .&7/.!88& !.!8!% .!!80

0/ .7 !.!%78 ./0.87 !.!%78 .0!/

0! .&8 !.!%0% .%7.//0 !.!%0% .88/


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TABLA 2.0 ! MOLALIDAD - E%UIVALENTE 9RAMO 6:E;u


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TABLA 2.>! LO9ARITMO DE LA MOLALIDAD E INVERSA DE LATEMPERATURA PROMEDIO PARA LA 9RA$ICA 7T VS Lo=6*/

06$HJN0I

Log*m-

!.!!88/& N0./&/!.!!8&00 N0./!!.!!8&7! N0.&&!.!!8/8% N0.7/!

?/ PORCENTAJE DE ERROR

TABLA ?.! PORCENTAJE DE ERROR DEL CALOR DI$ERENCIAL DE LASOLUCIN DE 4CIDO BEN5OICO

(L5, G>E,E4(>L GE ;5LC(>54

* HDS -

+E,,5,

HDS *[6mol- $EO,>(5 EZPE,>ME4$L/!0 /00.// %!.8+


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VII. C4LCULOS

A/ DETERMINACIN DE LA NORMALIDAD DEL NaO1

,eemplazando los datos de la tabla 0.% S %.% en la ecuacin *0 - se obtiene

la normalidad del 4a5" * NNaOH - ?

Wi!talatoMi! . /"

=NNaOH.#NaOH \..*0-

0.1229

204.22 /1=NNaOH.(5$ 10

3)

NNaOH=0.118N

B/ DETERMINACIN DE LA MASA DE LA SOLUCIN - DE SUSCOMPONENTES 64CIDO BEN5OICO O4=./&! g #por el cual mediantela resta entre los dos datos se obtiene la masa de la solucin *R ;5LC(>O4 -?

R;5LC(>O4 =RELE,MESE, T ;5LC(>O4N RELE,MESE, =./&!gN./0!g =. g

B.0/ #t#r*inacin # la *asa #l cio "#n&oico? reemplazando la

NNaOH=0.118N y los datos de la tabla 0.8N %.% en la ecuacin *%- se obtiene

la masa del cido benzoico?


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Wac .en%oicoMac .en%oico. /"

=NNaOH. #NaOH ........*%-

Wac. en%oico122.12/1=0.118 (2.3$103)

Wac .en%oico=0.03314 &

B.2/#t#r*inacin # la *asa #l a=ua! se obtiene mediante la diferencia

entre el R;5LC(>O4yWac .en%oico

WAGUA = WSOLUCIN - RU(>G5 VE4W5>(5 = .g N!.!880&g =.// g

C/ DETERMINACIN DEL MOLALIDAD - NMERO DE E%UIVALENTES6:E;u


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Molalidad=moles (ac .en%oico )

+ a&)a(&) * * ..(4 )

Molalidad=

0.2714 mmol

9.8565m& =0.02754mol/ &

D/ DETERMINACIN DEL CALOR DI$ERENCIAL

HDS

/

E,PERIMENTAL DE LA SOLUCIN DE 4CIDO BEN5OICO;e obtiene mediante la ecuacin */- y realizando el m3todo de m9nimoscuadrados en la tabla 8.&

;ea la ecuacin */-?

log (m )= HDS

2.303R(1T)+C

Gonde?

M=molalidad $*J- =temperatura ,*[6mol-= constante universal

Por el m3todo de m9nimos cuadrados se tiene la ecuacin y=x TV

Gonde? = HDS2.303R # V =( # S=

log (m ) # Z=1

T

=4 (0.02249 )(0.01377 ) (6.529 )

4 (4.7400$105 )(0.01377 )2 =1132.

%


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=(4.7400$105 )(6.529 )(0.01377 ) (0.02249 )

4 (4.7400$105 )(0.01377 )2

=%.%&Entonces?

HDS2.303R =N008%.%# despejando?

HDS = (2.303 ) (1.987207 ) (1132.2 )=5181.556 cal/mol

Por lo tanto la ecuacin es

log (m )=1132.8(1T)+2.266

E/ PORCENTAJE DE ERROR DEL CALOR DI$ERENCIAL DE SOLUCIN 6

HDS /

+error = HDS(te-rico ) HDS ( e$erimental)

HDS(te-rico) $ 100

/error=

65015181.5566501

0100=20.3


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VIII. DISCUSIN DE RESULTADOS

Gurante la estandarizacin del 4a5"# se determin la concentracin corregidadel 4a5" 1ue es !.00 4. Este valor ayudo a obtener molalidades msprecisos y exactos 1ue llevaron a calcular un calor diferencial cercano alterico

(uando se prepara el sistema *acido benzoico con agua-# al principio seobserva 1ue el cido benzoico no se disuelve fcilmente en el agua# por lo 1uese procedi a calentar dic)o sistema preparado# el cual se observa 1ue el acidobenzoico se empieza a disolver en el agua llegando a una disolucin completa.Esto demuestra 1ue la solubilidad es directamente proporcional a latemperatura. $ambi3n de la tabla 8.% se observa 1ue las molalidades del cidobenzoico aumentan cuando la temperatura va incrementndose# esto verifica larelacin directa entre la solubilidad y la temperatura.

(on los datos experimentales se obtuvo la grfica log *m- vs 06$ cuya

pendiente fue de HDS/2.03R # por el cual se obtuvo el calor diferencial de

solucin experimental ( HDS .(exp .)) 1ue fue de %0.% j6mol. l comparar el

HDS .(exp .)=21678.394

j6mol con el calor diferencial de solucin terico * HDS(teorico) = 23016.779 j6mol- se obtuvo un porcentaje de error de

/.7+ . Este error puede ser debido a la variacin de temperaturas 1uesufrieron las muestras para la titulacin# lo cual pudo producir la precipitacindel cido benzoico# titulando as9 con pe1ue:as part9culas de cido benzoico.


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I,. CONCLUSIONES

La solubilidad del cido benzoico en agua es directamente proporcional a

la temperatura.

El calor diferencial de solucin de una sustancia se obtiene mediante el

anlisis de su solubilidad a diferentes temperaturasEl calor diferencial de disolucin se obtiene mediante la pendiente de la

grfica log *m- vs 06$Ge los datos obtenidos de la prctica se concluye 1ue el calor diferencial

de disolucin es de 21678.394 j6mol#el cual este valor tiene muc)a

aproximacin al valor terico

,. BIBLIO9RA$A

t)erton ;eidell# @;olubilities of inorganic and organic substancesA#%da

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http://olydan.iespana.es/quimsolucion.htmhttp://olydan.iespana.es/quimsolucion.htm


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,I. 9R4$ICOS

9R4$ICA LO96*/ VS 7T


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APENDICE

CUESTIONARIO

/ D#)ina una solucin saturaa

Es a1uella solucin 1ue contiene una cantidad mayor de soluto 1ue eldisolvente pueda disolver# pero al aumentar la temperatura se puede aumentarla solubilidad. $ambi3n es la solucin 1ue contiene la mxima cantidad desoluto 1ue el solvente puede disolver a esa presin y esa temperatura. ;i se leagrega ms soluto no lo disuelve? si es un slido en un solvente l91uido# elexceso precipitaD si es un l91uido en solvente l91uido# el exceso 1ueda separadodel solvente por encima o por debajo seg


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observe la aparicin de cristales en la solucin. Ge esa manera al anotar latemperatura a la cual ocurre ello se obtienen datos de la solubilidad de lasustancia a temperaturas de terminadas. (on esos datos se puede elaborar lagrfica de Log m vs 06$ para determinar el calor diferencial de solucin.

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