FISICOQUIMICA IILaboratorio N 11LFQIILU13

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(UNIVERSIDAD DEL PER, DECANA DE AMRICA)FACULTAD DE QUMICA, INGENIERA QUMICA E INGENIERA AGROINDUSTRIALESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA QUMICA

DEPARTAMENTO ACADMICO DE FISICOQUMICA

PrcticaVariacin de la solubilidad con la temperatura

IntegrantesManrique Bustamante, Guinette Pamela 09070106 Traslavia Farfan, Julia Fanny 09070117

ProfesorIng. Alejandro Yarango Rojas.

Fecha de realizacin25/04/11

Fecha de entrega02/05/11

INDICE

Resumen 1 Introduccin2 Principios Tericos3 Procedimiento experimental5 Tablas de datos y resultados7 Ejemplo de clculos11 Grficas15

Discusin de resultados17 Conclusiones 18

Recomendaciones19 Bibliografa20 Cuestionario21

RESUMEN

La presente prctica de laboratorio se realiz con la finalidad de determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de un soluto ligeramente soluble, y calcular el calor diferencial de la solucin (cido benzoico- agua) cuando est saturada.Las condiciones de laboratorio a las cuales se trabajaron fueron 756 mmHg de presin, 23C de temperatura y 94% de humedad relativa. El primer paso a realizar es la valoracin de la solucin de NaOH con biftalato de potasio, siendo el valor de la normalidad corregida 0.0943 N. El soluto utilizado fue cido benzoico (0.7508g) se prepara una solucin con agua, dicha solucin es llevada a calentamiento para lograr su saturacin. Se toma una muestra, se coloca en un tubo de prueba y ste en una chaqueta de aire, luego mediante un bao es llevado a la temperatura indicada; se toman dos muestras para cada temperatura, siendo stas: 25C, 20C, 15C y 10C. Despus de haber llegado a la temperatura deseada son valoradas con la solucin NaOH de normalidad corregida.Con los datos registrados, se obtienen las siguientes molalidades: 0.0270, 0.0233, 0.0187 y 0.0176 mol de cido Benzoico/Kg de H2O. Luego se construye la grfica log ms vs. 1/T con la finalidad de hallar el calor diferencial de la solucin (pendiente de la recta), el valor obtenido fue de: 24.60 KJ. Se construye tambin una grfica con los datos tericos siendo el diferencial: 24.35 KJ. El porcentaje de error obtenido fue de 1.03%, ms adelante discutiremos la causa de este error.Se puede concluir que la solubilidad y la temperatura guardan una relacin directamente proporcional, esto es, la solubilidad del cido benzoico en agua aumenta conforme aumenta la temperatura.Como principal recomendacin podemos mencionar que la valoracin del NaOH as como las titulaciones de las muestras de la solucin cido benzoico agua deben realizarse con sumo cuidado para as poder obtener buenos resultados, asimismo tambin deben realizarse rpidamente para as mantener la temperatura durante la titulacin.

INTRODUCCION

La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto. El mtodo ms empleado para hacer que el soluto se disuelva en diferentes tipos de soluciones es calentar la muestra. La solubilidad de la mayor parte de los solutos slidos en agua aumenta al incrementarse la temperatura de la disolucin, se dice que en la mayor parte de los solutos ya que existen excepciones a esta regla, sin embargo no hay una demostracin clara de relacin entre el signo de la variacin de la entalpa de solucin y la variacin de la solubilidad con la temperatura.

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 rendimientos 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. Como puede verse el aprendizaje y comprensin de la variacin de la solubilidad con la temperatura constituye una gran herramienta para todo qumico que se desempee en el sector industrial o cientfico.

PRINCIPIOS TERICOS

Solubilidad La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. La 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 influyen en este equilibrio, cambiando as la solubilidad.La solubilidad tambin depende en gran medida de la presencia de otras especies disueltas en el disolvente, por ejemplo, complejos metlicos en los lquidos. La solubilidad depender tambin del exceso o defecto de un in comn en la solucin, un fenmeno conocido como el efecto del in comn. En menor medida, la solubilidad depender de la fuerza inica de las soluciones. Los dos ltimos efectos pueden cuantificarse utilizando la ecuacin de equilibrio de solubilidad.La solubilidad de un soluto en un disolvente dado normalmente depende de la temperatura. Para muchos slidos disueltos en el agua lquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 C. En el agua lquida a altas temperaturas (por ejemplo, que, en vsperas de la temperatura crtica), la solubilidad de los solutos inicos tiende a disminuir debido a la cambio de las propiedades y la estructura del agua lquida, el reducir los resultados de la constante dielctrica de un disolvente menos polar.Los solutos gaseosos muestran un comportamiento ms complejo con la temperatura. Como se eleva la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mnimo que est por debajo de 120 C para la mayora de gases), pero ms solubles en disolventes orgnicos. Relacin solubilidad- TemperaturaCuando 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:AB(s) AB(ac)Para este proceso la constante de equilibrio:.(1)Donde:,

La variacin de K con la temperatura a presin constante, viene dado por:(2)Donde es el cambio estndar de entalpa para el proceso de solucin.La variacin de K implica por tanto un cambio en y . Relacionando (1) y (2), cuando el coeficiente de actividad, para el soluto, cambia ligeramente con la concentracin cercana a la saturacin, tenemos:

E 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.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Primero se procede a lavar todo el material de vidrio y secarlo en la estufa.

2. Luego se valora la solucin de NaOH con biftalato de potasio, para obtener su normalidad corregida.

3. En un erlenmeyer de 250 ml. limpio, colocar 0.75 g de cido benzoico y adicionar 250ml. de agua.

4. El sistema se lleva a calentamiento con agitacin constante hasta disolucin completa, evitando el sobrecalentamiento.

5. De la solucin preparada (solucin sobresaturada), se miden 25ml. y se coloca en el tubo de prueba.

6. Armar el equipo como se muestra en la figura. El bao debe estar a una temperatura inferior en unos 2-3 C a la temperatura a la cual se va a medir la solubilidad de la muestra (25C).

7. Se debe de mantener la agitacin constante hasta que la muestra llegue a la temperatura a la cual se va a medir. Luego se extrae con la pipeta dos muestras de 10 mL. esto se hace poniendo en la pipeta un tubo de jebe que contiene algodn, funcionando como un filtro para que no puedan pasar las partculas de cido benzoico que se van formando al descender la temperatura, se vierten en dos erlenmeyers limpios y secos, previamente pesados. Pesar nuevamente.

8. Valorar las muestras de los erlenmeyers con la solucin de NaOH con normalidad corregida.

9. Repetir el procedimiento desde el paso nmero 5, para ras de 20,15 y 10C.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Condiciones del laboratorio

Presin756 mmHg

Temperatura24C

% Humedad97%

Tabla N 1: Valoracin del NaOH 0.1 N

W BHK (gr)Vgast. NaOH (ml)P.E.BHK (gr/eq)NNaOH (corregida) (eq/L)

10.6204.220.0943

Tabla N 2: Valoracin de las muestras.Temperatura(C)Muestra (N)Werlenmeyer(g)Werlenmeyer+Ac.Benzoico(g)Vgastado NaOH(ml)

25173.006582.90333.0

299.5108109.47643.1

20359.358769.28862.5

4100.8690110.75892.6

15573.006582.90212.3

699.5108109.39802.1

10759.358769.16462.0

873.006582,81051.9

Tabla N 4 : Resultados obtenidos

T (C)MuestraWsol (gr)#eq Ac. Benzico (gr) x 10-4W Ac. Benzico (gr)W H2O (Kg) x10-3n Ac. Benzico x10-4m (n/Kg)

2519.89682.8290.03459.86232.82500.0286

2529.96562.9230.03569.9302.91150.0293

2039.92992.3570.02889.90112.35830.0238

2049.88992.4520.02999.8602.44840.0248

1559.89562.1690.02659.86912.16990.0219

1569.88721.9800.02429.8631.98160.0200

1079.80591.8860.02309.78291.88330.0192

1089.80401.7920.02189.78221.78510.0182

Tabla N 5 : Datos obtenidosT (C)T (K)mpromedio (moles/Kg)

252980.02895

202930.0243

152880.02195

102830.0187

Tabla N 6 : Datos a utilizar para realizar la grfica N 1

Ln m

3.36-3.542

3.41-3.717

3.47-3.818

3.53-3,979

Tabla N 7 : Datos tericos

T (C)T (K)Molalidad

10283.20.01720

20293.20.02376

25298.20.02826

Solubilidad de Ac. Benzico en Agua ( Solubilities of Organic Compounds. Vol 2,A, Seidell Van Nostrand N. York 1941)

Tabla N 8 : Datos a utilizar para realizar la grfica N 2

Ln m

3.53-4.063

3.41-3.740

3.36-3.566

Tabla N 9 : Datos obtenidos de las grficas

Pendiente (Grfica N 1 Experimental)-2.47cal/mol

Pendiente (Grfica N 2 Terico)-2.88cal/mol

Tabla N 10 : Calores de disolucin y % de error

HDS TEORICO (cal/mol)4.90

HDS EXPERIMENTAL (cal/mol)5.73

% DE ERROR14.48

CLCULOS

A. Valoracin de la solucin de NaOH con biftalato de potasio. Para un volumen de 10mL. de NaOH (Vterico=10 mL.)

Hallamos el factor de correccin:

Hallamos la normalidad corregida:

B. Con los datos obtenidos de 7 y 8 determinar el peso de la solucin, el nmero de equivalentes y el peso de cido benzoico presente en la solucin, para cada temperatura.

Clculos para la muestra N1

Hallando el peso de la solucin:

Hallando el nmero de equivalentes del cido benzoico:

Hallando el peso del cido benzoico:

1 Manual del Ingeniero Qumico, Perry, Editorial Mc Graw Hill, 177

De la misma forma calculamos el peso de la solucin, el nmero de equivalentes y el peso de cido benzoico para cada muestra. Ver tabla N4.

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

Hallando el peso de agua en la solucin:

Hallando la concentracin molal del soluto. Primero hallamos el nmero el nmero de moles del cido benzoico:

Hallamos la molalidad

De la misma forma calculamos peso de agua en la solucin y la concentracin molal del soluto. Ver tabla N4.

D. Con los datos de m y temperatura, construya el grfico ln ms vs. 1/T y halle el calor diferencial de la solucin.

Clculo de la pendiente en la grfica N 1 (experimental):

Igualando la pendiente a la ecuacin:

Donde R = 8.314 J/(mol - K)

DISCUSIN DE RESULTADOS

0. Al Hallar la normalidad corregida del NaOH, se obtuvo un valor muy cercano al valor terico, lo cual nos indica que esta en un rango apreciable.0. Con la normalidad corregida se calculo el numero 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 mas soluble a una temperatura elevada.0. Este experimento afirma lo que tericamente se ha estudiado En la mayora de los casos, aunque no en todos la solubilidad de una sustancia slida aumenta con la temperatura.0. 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.0. El valor terico de H obtenido con las molalidades tericas a las temperaturas ya conocidas es parecida al encontrado experimentalmente variando en un mnimo porcentaje.

CONCLUSIONES

0. En la mayora de los casos, pero no en todos, la solubilidad de una sustancia slida aumenta con la temperatura. 0. El aumento de solubilidad conforme se eleva la temperatura , muchas veces origina que lquidos ligeramente solubles se conviertan en lquidos miscibles a una temperatura alta apropiada.0. La solubilidad de los slidos, en un liquido dado, depende de la naturaleza del slido y del solvente y la temperatura .0. Los slidos apreciablemente se disuelven solo en solventes polares, particularmente el agua.0. La solubilidad de un slido en un liquido es siempre limitada y el limite para un mismo solvente es diferente segn las distintas sustancias dependiendo fundamentalmente de la temperatura.0. La variacin calorica Hds es solo el balance de variaciones energticas mucho mayores, puede ser positiva o negativa, sim embargo no hay una correlacin clara entre el signo del Hds y la variacin de la solubilidad con la temperatura.0. En general la solubilidad es la concentracin de soluto en una disolucin saturada.0. Se comprob experimentalmente que a medida que la temperatura disminuye la solubilidad tambin disminuye en el cido benzoico.

RECOMENDACIONES

Todo el material de vidrio debe ser lavado y pasar al secado en la estufa.

Pesar en la balanza adecuadamente el cido benzoico y el biftalato de potasio, evitar prdidas en la pesada. Al extraer la muestra de cido benzoico se debe hacer rpidamente para evitar el cambio de la temperatura a la cual se desea medir la solubilidad de la muestra.

Al momento de pipetear la solucin es aconsejable utilizar algodn en un tubo de caucho y ste introducirlo en la punta de la pipeta para as al extraer solo lquido de la muestra ya que al ir disminuyendo al temperatura el acido benzoico se va precipitando. Cambiar el algodn contantemente para evitar que el slido (precipitado) se acumule en ste.

BIBLIOGRAFA

Jhon Perry, EEUU, 1987, Manual del Ingeniero Qumico, 3ra EdicinEditorial Mc Graw Hill Book, CompanyPgina 177, Tomo I

Castellan G., Fisicoqumica, 2da. Edicin Editorial Fondo Educativo Interamericano Pg. 106, 144.

Solubilities of Organic Compounds, Vol. 2 Seidell Van Nostrand, N. York, 1941.

CUESTIONARIODefina una solucin saturada.Una solucin saturada es aquella que tiene un equilibrio dinmico entre el solvente y el soluto a temperatura y presin dadas. Si se eleva la temperatura habr mayor capacidad del solvente de disolver el soluto. Cuando una solucin est saturada, esta ya no es capaz de disolver ms soluto y si se agrega ms de ste, aparecer como un precipitado, es decir en estado slido. Un ejemplo de solucin saturada es una solucin de 37.5 gramos de NaCl (sal comn) en 100 gramos de agua a 0C.

Qu relacin existe entre el calor diferencial de disolucin, la temperatura y las caractersticas de la sustancia?En las soluciones regulares el calor diferencial de solucin resulta ser independiente de la temperatura, dependiendo exclusivamente de las caractersticas de la sustancia, en este caso la concentracin expresada como molalidad. stas determinan si el proceso de solucin es exotrmico donde el calor diferencial de la solucin es negativo o si es endotrmico donde es positivo.

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

Para disoluciones de slidos o gases en un lquido, los potenciales qumicos de los solutos suelen expresarse en trminos de molalidades. La molalidad del soluto i es mi = ni.nA.MA . La divisin del numerador y el denominador por ntot. da mi = xi.xA.MA y xi = mi.xA.MA . 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 limite 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 esa 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 .