I. RESUMEN

Elobjetivode la prctica es determinar la variacin de la solubilidad por efecto de la temperatura, y calcular el calor diferencial de la solucin experimental y tericamente.El trabajoconsiste en la disolucin de un peso de cido benzoico (0.75 g) en agua a una temperatura aproximadamente 60C de la cual se extrae 25 ml para llevarlo a una temperatura determinada hasta obtener una saturacin a esta temperatura, luego retiramos un volumen de la solucin a esta temperatura y colocamos un Erlenmeyer previamente pesado, la diferencia es el peso de la solucin , esta se valora con una solucin de NaOH 0,119N (previamente valorada con Biftalato de Potasio), y calculamos el nmero de equivalentes, peso del soluto, Kg de agua y la molalidad; luego calculamos log(m) y 1/T de los datos experimentales y tericos y graficamos para obtener la pendiente y consecuentemente DH, que es el cambio de entalpa de la solucin. DH experimental es 7528.16 J/mol y el % de error con respecto al terico (J/mol) es 24,56%.Podemos concluir que la solubilidad depende de la temperatura enfuncindirecta, como tambin de la naturaleza del soluto disuelto, y que el cambio de entalpa est asociado con el proceso en que el soluto se disuelve en un solvente.

II. OBJETIVOS

Determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de un soluto ligeramente soluble. Calcular el calor diferencial de la solucin cuando est saturada.

III. FUNDAMENTO TERICO

Cuando un soluto difcilmente soluble, se agita con agua hasta que se satura la solucin, el equilibrio establecido entre la fase slida y el soluto en solucin est dado por:

Para este proceso la constante de equilibrio es:

En la ecuacin (), = 1, por convencin.La constante de equilibrio () se denomina constante del producto de solubilidad o simplemente producto de solubilidad. La actividad se relaciona con la molalidad () del soluto mediante el coeficiente de actividad , el cual, a su vez es funcin de T, P y la composicin.La ecuacin () deviene en:

La variacin de con la temperatura a presin constante, viene dada por:

Donde es el cambio estndar de entalpa para el proceso de solucin.La variacin de implica por tanto un cambio en y .Tomando logaritmo a la ecuacin (), derivndola con respecto a T, luego multiplicando y dividiendo la expresin por (, e igualndola con () se obtiene:

Donde es el calor diferencial de solucin cuando est saturada a la T y P dadas.

Cuando el coeficiente de actividad , para el soluto, cambia ligeramente con la concentracin cercana a la saturacin, el trmino entre corchetes que va a la izquierda de la ecuacin () se convierte en la unidad, luego:

Integrando esta expresin, se tiene:

En la cual se considera a como independiente de la temperatura, lo cual es vlido generalmente para solutos no electrolticos.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Se procedi a titular la solucin de NaOH con biftalato de potasio, usndose 0.0997g del ltimo y encontrndose un valor de 0,1191 N para la normalidad de la solucin.2. En el Erlenmeyer de 250 mL se colocaron 0.75 g de cido benzoico y se adicionaron 150 mL de agua destilada. El sistema se calent hasta la disolucin total del cido benzoico, evitando el sobrecalentamiento.3. Luego de ello se extrajeron 25 mL de la solucin y se colocaron en un tubo de prueba. 4. El nuevo sistema se coloc en la chaqueta de aire y se introdujo en un bao de agua. El sistema se llev a 25o C y se mantuvo a esa temperatura con agitacin constante durante aproximadamente 2 minutos, realizando constantemente mediciones de temperatura.5. Enseguida se extrajeron dos muestras de 10 mL con las pipetas aforadas, colocando en la punta de estas un trozo de jebe y un algodn para evitar el paso de cristales de cido benzoico no disuelto.

6. Las muestras se colocaron en dos matraces de 125 mL previamente pesados y se volvieron a pesar luego de ello. Finalmente las muestras se titularon con la solucin de NaOH valorada al inicio del experimento.7. El mismo procedimiento se realiz para temperaturas de 20, 15 y 10 oC.

V. CLCULOS Y RESULTADOS

1. Calculemos la normalidad de la solucin de NaOH, valorando con biftalato de potasio usando como indicador fenolftalena. Datos:

Hallemos la normalidad de NaOH:

Tabla N5.1: Normalidad de la solucin de NaOH

0.09974.10.119

1

2. Determinemos el peso de la solucin Usamos la siguiente tabla:

Tabla N5.2: Peso de los Erlenmeyer y volumen de NaOH para la titulacin de las muestrasTemperatura (C) (g) (g)Volumen de NaOH (mL)

2592.8402102.72671.7

59.363569.25932.5

2089.669999.54292.1

77.801687.66952.1

15100.8767110.76391.7

89.849699.76431.7

1080.594490.50021.5

73.011282.89201.5

Hallemos el peso de la primera solucin a 25 C:

As sucesivamente calculamos el peso de la segunda solucin a 25C, las soluciones de 20C, 15C, 10C, los resultados los presentamos en la siguiente tabla:

Tabla N5.3: Peso de las soluciones y volumen de NaOH para la titulacin de las muestrasTemperatura (C) (g)Volumen de NaOH (mL)

259.88651.7

9.89582.5

209.87302.1

9.86792.1

159.88721.7

9.91471.7

109.90581.5

9.88081.5

3. Determinemos el nmero de equivalentes y el peso de cido benzoico que hay en cada solucin Para la primera solucin de 25C:

Ahora, calculemos el peso de cido benzoico:

As sucesivamente calculamos el nmero de equivalentes gramos y el peso del cido benzoico en la segunda solucin de 25C, las soluciones de 20C, 15C y 10C, lo presentamos en la siguiente tabla:Tabla N5.4: Peso de la solucin, numero de equivalentes y peso del cido benzoicoTemperatura (C)Peso de la solucin(g)#Eq-g del cido benzoico en la solucinPeso cido benzoico(g)

259.88652.023x10-40.0247

9.89582.975x10-40.0363

209.87302.499x10-40.0305

9.86792.499x10-40.0305

159.88722.023x10-40.0247

9.91472.023x10-40.0247

109.90581.785x10-40.0218

9.88081.785x10-40.0218

4. Halemos el peso del agua y la concentracin molal (m) del soluto En la primera solucin a 25C

As sucesivamente calculamos los resultados para la segunda solucin a 25C, las soluciones de 20C, 15C y 10C,lo presentamos en la siguiente tabla:

Tabla N5.5: Peso del agua en la solucin y concentracin molal del cido BenzoicoTemperatura (C)Peso del agua en la solucin (g)Molalidad del c. Benzoico (mol/KgH2O)

259.86180.0205

9.85950.0302

209.84250.0254

9.83740.0254

159.86250.0205

9.89000.0205

109.88400.0181

9.85900.0181

5. Luego, con los datos de m y temperatura, construya el grfico Log (ms) vs 1/T y hallamos el calor diferencial de solucin. Como tomamos dos muestras a la misma temperatura, tomamos el promedio de estas para poder graficarlas

Tabla N5.6: Promedio de la molalidad del c. Benzoico vs la temperaturaTemperatura (K)Molalidad c. Benzoico (mol/KgH2O)

298.150.0254

293.150.0254

288.150.0205

283.150.0181

Construyamos el grfico Log(ms) vs 1/TTabla N5.7: Log(ms) vs 1/T1/T (K-1)Log(ms)(1/T)*(log(ms))(1/T)2

0,00335402-1,59516628-0,005350211,12494x10-5

0,00341122-1,59516628-0,005441471,16364 x10-5

0,00347041-1,68824614-0,005858911,20438 x10-5

0,0035317-1,74232143-0,006153351,24729 x10-5

= 0,01376735 = -6,6209001 = -0,2280395 = 4,74025 x10-5

Utilizando la frmula de regresin lineal por mnimos cuadrados:

La ecuacin de la recta seria

Comparando con la ecuacin: , obtenemos:

Comparando con el valor terico:

Grfica N5.1: Log (ms) vs. 1/T

VI. CONCLUSIONES

Podemos concluir que la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. El calor diferencial experimental de la solucin es J/mol. Al comparar el calor diferencial experimental con el terico obtuvimos un error de 24.56%.

VII. DISCUSIN DE RESULTADOS

Al hallar la normalidad corregida del NaOH, se obtuvo un valor muy cercano al valor terico, lo cual nos indica que est en un rango apreciable.

Con la normalidad corregida se calcul el nmero de equivalentes y con este dato el peso de cido benzoico presente en la solucin a las diferentes temperaturas respectivamente. Se puede observar que conforme disminuye la temperatura el peso de cido benzoico disminuye en la solucin esto se debe a que el cido benzoico es ms soluble a una temperatura elevada. Los errores cometidos, se pueden deber a diversos factores como la mala pesada en las muestras slidas y en los Erlenmeyer, al momento de pipetear la solucin de cido benzoico se pudieron absorber cristales a pesar del filtro colocado en la pipeta, otro motivo pudo haber sido que al empezar a disolver el cido benzoico agitndose la solucin con una bagueta, perdi un poco de muestra la cual se adhiri a las paredes de la bagueta. Pero estos errores cometidos pueden superarse a travs de la experiencia.

VIII. ANEXOS

CUESTIONARIO:

1. 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. Qu relacin existe entre el calor diferencial de disolucin, la temperatura y las caractersticas de la sustancia?El grado en que una sustancia disolver en otra vara grandemente con las diferentes sustancias, y depende de la naturaleza del soluto y del solvente, de la temperatura y de la presin. En general el efecto de la presin sobre la solubilidad es pequeo, a menos que se consideren gases. No obstante, el efecto de la temperatura suele ser muy pronunciado. El sentido en el que la solubilidad de una sustancia en un disolvente cambia con la temperatura, depende del calor de solucin. Si una sustancia se disuelve hasta la saturacin con generacin de calor, la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. El efecto de la temperatura es muy pronunciado y su direccin depende del calor de la solucin. Si una sustancia se disuelve hasta la saturacin con desprendimiento de calor, la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura.Por lo contrario, si una sustancia se disuelve con absorcin de calor, la solubilidad se incrementa cuando se eleva la temperatura.En general, los compuestos de carcter qumico anlogo, son ms fcilmente solubles entre s que los de carcter diferente.Esto explica ya que las sustancias guardan un agrupamiento no muy distinto de aquel de las sustancias puras y ambos se toleran entre s en solucin.

3. En la ecuacin que relaciona la concentracin de la solucin saturada con la temperatura, fundamente el uso de la concentracin molal.Hallamos esta relacin de la manera siguiente:La molalidad depende nicamente de la relacin del peso entre el soluto y disolvente, puesto que el volumen de una solucin cambia a medida que vara la temperatura.Por eso se usa la concentracin molal de una solucin, que es la relacin entre el nmero de moles del soluto en kilogramo de disolvente, esto se calcula conociendo el % de composicin.

Para disoluciones de slidos o gases en un lquido, los potenciales qumicos de los solutos suelen expresarse en trminos de molalidades. La expresin para se convierte en:

Donde para mantener las ecuaciones dimensionalmente correctas, el argumento del logaritmo se ha multiplicado y dividido por , donde se define como . Solamente podemos tomar el logaritmo de una cantidad adimensional. La cantidad es adimensional.

Por ejemplo, para H2O.

Definimos ahora y como:

,

Con estas definiciones se convierte en

,

Cuando ,para

Donde el comportamiento lmite de se deduce de . La motivacin para adoptar las definiciones de es obtener una expresin en funcin de xi. Llamamos al coeficiente de actividad en la escala de molalidades del soluto i y al potencial qumico del estado normal de i en la escala de molalidades. Dado que en es funcin solamente de T y P. es funcin solamente de T y P.Cul es el estado normal en la escala de molalidades?

Tomando en igual a , vemos que este estado normal tiene . Tomaremos como la molalidad del estado normal (tal y como implica la definicin de para 1 mol/kg) y, por tanto, debemos tener en el estado normal. El estado normal del soluto es, por tanto, el estado ficticio (a la T y P de la disolucin) con y .

Este estado involucra una extrapolacin del comportamiento de la disolucin diluida ideal (en la que ) a una molalidad de 1 mol/kg.

Usando se obtienen las siguientes propiedades para el estado normal del soluto:

, , ,

Aunque se usa para cada soluto, para el disolvente se emplea la escala de fracciones molares:

, , Cuando

Los potenciales qumicos de los solutos se expresan en ocasiones en trminos e concentraciones molares, ci, en lugar de molalidades, de la siguiente forma:

,para

Cuando ,

Ecuaciones que tienen la misma forma que y .