Labo Fiqui II Solubilidad

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA II

INDICE

pág. I. INTRODUCCION

2II. RESUMEN

3III. PRINCIPIOS TEORICOS

4IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

7V. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS

8VI. CALCULOS

11VII. DISCUSION DE RESULTADOS

14VIII. CONCLUSIONES

15IX. RECOMENDACIONES

16X. BIBLOGRAFIA

17XI. APENDICE

18

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 1


INTRODUCCIÓN

La solubilidad, es una de las características más importantes de una

sustancia, la temperatura afecta a la solubilidad en la mayoría de las

sustancias; como es el caso de las industrias de medicamentos, se tiene que

conocer, cuanto es el límite que se puede colocar de un soluto determinado

en un solvente adecuado, sin que este no de problemas de precipitación.

Por otro lado en el comportamiento de las sales, responsables de la dureza

del agua; la variación de la solubilidad con la temperatura, determina la

posibilidad de formación de depósitos e incrustaciones sobre las superficies

metálicas calientes.

Por ello es muy importante conocer los límites de solubilidad de cada

compuesto, ya que esta característica implica en la calidad y rendimiento del

producto.



RESUMEN

El objetivo de la práctica fue la determinación experimental del calor diferencial de solución y el estudio de la variación de la solubilidad del ácido benzoico respecto a la temperatura. Las condiciones del laboratorio fueron 760 mmHg, 28°C y con 98% de humedad.

El principio teórico fundamental es el concepto de solubilidad

Solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse de una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (disolvente). Implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente, a determinadas condiciones de temperatura, e incluso presión (en caso de un soluto gaseoso).

Se obtuvo un calor diferencial de solución=

Se obtuvo un error experimental de

%e=9768.95− ¿9768.95

¿

Se llegó a la conclusión de que mediante el análisis de la variación de la solubilidad de una sustancia con la temperatura es posible hallar el calor diferencial de la misma.

Recomendamos tener bastante cuidado al momento de titular la solución con el NaOH ya que un exceso de volumen del hidróxido de sodio podría dar resultados erróneos.


https://es.wikipedia.org/wiki/Disolvente

https://es.wikipedia.org/wiki/Soluto

https://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia


PRINCIPIOS TEÓRICOS

Solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse de una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (disolvente). Implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente, a determinadas condiciones de temperatura.

Por lo general, la solubilidad varía con la temperatura. En la mayoría de las sustancias, un incremento de la temperatura causa un aumento de la solubilidad. Al aumentar la temperatura, se incrementa la energía de movimiento (cinética) de las partículas de soluto y solvente, con lo que las fuerzas intermoleculares se debilitan. De esta forma, se establecen interacciones entre sus partículas y las de solvente, favoreciendo la mezcla.

Uno de los más simples casos de equilibrio es el de una solución saturada en contacto con un exceso de soluto; las moléculas dejan el sólido y pasan a la solución a la misma velocidad con la que las moléculas de la solución son depositadas en el sólido. El termino Id solubilidad se refiere a la medida, en alguna escala arbitrariamente elegida, de la concentración del soluto en la solución saturada. Aquí se usa la escala de concentración molal y la solubilidad se vuelve igual a la molalidad m s del soluto en la solución. El proceso mencionado se puede expresar como:

AB(S) AB(AC)

En el cual la constante de equilibrio está dada por:

Aquí a2 representa la actividad del soluto en la solución saturada y a2¿ la

actividad del soluto sólido puro. La elección convencional de un estado estándar para el ultimo es el propio soluto puro a la temperatura y presión involucradas, por lo que a2

¿es igual a la unidad. La actividad a2 está relacionada con la molalidad m del soluto a través del coeficiente γ, una


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función de T, P y la composición la cual se aproxima a la unidad a medida que m se aproxima a cero. Luego:

Donde el subíndice indica que la relación se aplica a la solución saturada. El símbolo [a2]m=ms denota el valor de la actividad a2 para la solución saturada.

La variación de K con la temperatura a presión constante se refleja en un cambio en ms, y además en γs, que es afectado por las variaciones de temperatura y concentración de la solución. La ecuación de Van´t Hoff requiere que:

Donde ΔH° es la entalpia estándar para el proceso de solución. Esta cantidad no debería ser confundida con ningún calor real de solución experimentalmente medible.; este puede ser determinado indirectamente, sin embargo, teniendo en cuéntalos efectos de la temperatura y la concentración en γS, hay resultados para presión constante

Aquí [ΔHDS]m=ms es el calor diferencial de solución a saturación a la presión y temperatura dadas. Para los casos en los que el coeficiente de actividad γ para el soluto solo cambia ligeramente con la concentración en las cercanías de la saturación, el término entre corchetes a la izquierda de la ecuación se convierte en la unidad y



En esta aproximación, entonces, el calor diferencial de solución a la saturación puede ser calculado a una temperatura T. Integrando la ecuación (3) en forma indefinida, y considerando despreciable la variación de la entalpía de disolución con la temperatura , una suposición que en general es mejor para solutos no electrolíticos que para los electrolíticos, se obtiene

Mientras que la integral evaluada entre dos temperaturas conduce a

El calor de solución que interesa aquí es el calor absorbido cuando 1 mol de solido se disuelve en una solución que ya está prácticamente saturada. Este se diferencia del calor de solución a dilución infinita, que es el calor de solución frecuentemente dado en tablas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALUNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS 6


1. Lave y seque en la estufa todo el material de vidrio.

2. En el Erlenmeyer de 250 mL limpio, coloque 0.75 g de ácido benzoico y adicione 150 mL de agua destilada.

3. Caliente lentamente la mezcla preparada en (2) hasta disolución completa. Evite el sobrecalentamiento. De la solución preparada en (3), mida 25 mL y coloque en el tubo de prueba.

4. Arme el equipo e introduzca en un baño de temperatura inferior en unos 2-3°C a la temperatura a la cual va a medir la solubilidad de la muestra (30°C)

5. Mantenga la muestra en agitación por espacio de 2-3 minutos a la cual se esté trabajando, manteniendo el equipo en el baño adecuado. Luego saque con la pipeta 2 muestras sucesivas de 10 mL y viértalas dentro de erlenmeyers limpios y secos, previamente pesados. Pese nuevamente.

6. Valore las muestras de los erlenmeyers con la solución de NaOH previamente valorada con biftalato de potasio, usando fenolftaleína como indicador.

7. Repita todo el procedimiento desde (4), para las temperaturas de 25, 20,15°C.

Tabulación de datos y resultados



1) TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES

TABLA N°1.1: Condiciones del laboratorio

P (mmHg) T(°C) %HR

756 24 98

TABLA N°1.2: Normalidad de la solución de NaOH

Wbifaltato(g) VNaOH(ml) NNaOH(#Eq/L)

0.1757 9.6 0.09

TABLA N°1.3: Temperatura, pesos de los Erlenmeyer y volumen de NaOH en las titulaciones

Temperatura(°C) WErlenmeyer(g) WErlenmeyer+muestra(g) Volumen de NaOH(mL)

30 94.7747 104.6291 3.730 93.3623 103.2960 3.525 83.0483 92.8851 3.225 99.3983 109.3441 2.920 102.2193 112.0989 3.520 94.8263 104.9075 2.615 80.0138 89.8255 2.215 94.6157 104.3940 2.2

TABLA N°1.4: promedios de los datos que presentan la misma temperatura

Temperatura(°C) WErlenmeyer(g) WErlenmeyer+muestra(g) Volumen de NaOH(mL)

30 94.0685 103.9626 3.625 91.2233 101.1146 3.1



20 94.8263 104.9075 2.615 87.3148 97.1098 2.2

2) TABLAS DE DATOS TEÓRICOS

TABLA N°2.1: Calor diferencial de solución del ácido benzoico en agua

ΔH°DS(J/mol)9768.95

3) TABLAS DE RESULTADOS

TABLA N°3.1: Peso de la solución, número de equivalentes y peso del ácido benzoico

Temperatura(°C) Peso de la solución(g)

#Eq-g del ácido benzoico en la

solución(Eq-g/L x10-4)

Peso del ácido benzoico (g)

30 9.8941 3.240 0.039625 9.8913 2.745 0.033520 10.0812 2.340 0.028615 9.7950 1.980 0.0242

TABLA N°3.2: Peso del agua en la solución y molalidad del ácido benzoico

Temperatura(°C) Peso del agua(g) Molalidad(mol/Kg H2O)30 9.8545 0.032925 9.8578 0.027820 10.0526 0.023315 9.7708 0.0203

TABLA N°3.3: Logaritmo de la molalidad e inversa de la temperatura

Log m 1/T (K-1 x 10-3)



-1.483 3.299-1.556 3.354-1.633 3.411-1.693 3.470

TABLA N°3.4: Calor diferencial de la solución experimental

ΔH°DS(J/mol)

TABLA N°3.5: Porcentaje de error del calor diferencial de solución

Porcentaje de error (%)

Cálculos

Primero se hallara la normalidad corregida del NaOH utilizando los datos de la tabla 1.2 neutralizando con biftalato de potasio.

V NaOH . N NaOH=¿ Eq−g



V NaOH . N NaOH=wbiftalato

Peqbiftalato

V NaOH .0 .1N= 0.1757 g204.22g/mol

V NaOH=8.6mL

Ahora hallaremos el factor de corrección para la normalidad del NaOH.

Fc=V teorico

V experimental

Fc=8.6mL9.6mL

=0.9

N exp=0.9∗0.1=0.09N

Usando los datos de la tabla 1.3 se hallara los promedios de los datos obtenidos en la práctica.

Para T=30°C

W vacio=94.7747+93.3623

2=94.0685g

W lleno=104.6291+103.2960

2=103.9626 g

V NaOH=3.7+3.52

=3.6mL

Para t=25°C

W vacio=83.0483+99.3983

2=91.2233 g

W lleno=92.8851+109.3441

2=101.1146g

V NaOH=3.2+2.92

=3.05mL

Para T=20°C solo se utilizó un dato

Para T=15°C



W vacio=80.0138+94.6157

2=87.3148 g

W lleno=89.8255+104.3940

2=97.1098 g

V NaOH=2.2+2.22

=2.2mL

Ahora se hallara la masa del ácido y agua también se encontrara la molalidad de la solución.

T=30°C

W sol=W lleno−W vacio

W sol=103.9626−94.0686=9.8941g

¿ Eqacido=N∗V=0.09∗3.6∗10−3

#Eq=3.24*10−4

#Eq=N*V N=M*θ

Para el ácido benzoico θ=1

#Eq= M*V

#Eq= n/V *V

#Eq = n =# moles

n=3.24 ¿10−4

W acido=n∗PM

W acido=3.24∗10−4 g∗122.12 g/mol=0.0396 g

W agua=W sol−W acido

W agua=9.8941−0.0396=9.8545g

m= 3.24 ¿10−4mol9.8545∗10−3 kg

=0.0329molal

Para T=25°C

W sol=W lleno−W vacio



W sol=101.1146−91.2233=9.8913 g

¿Eqacido=N∗V=0.09∗3.05∗10−3

#Eq=2.745*10−4

#Eq = n =# moles

n=2.745 ¿10−4

W acido=n∗PM

W acido=2.745∗10−4g∗122.12g /mol=0.0335g

W agua=W sol−W acido

W agua=9.8913−0.0335=9.8578g

m=2.745 ¿10−4mol

9.8578∗10−3kg=0.0278molal

Para T=20 y 15 el procedimiento es semejante y se completa la tabla 3.2

Mediante los datos de la tabla 3.3 se hallara el calor diferencial de solución mediante la gráfica (ver apéndice).

%e=9768.95− ¿9768.95

¿

DISCUCIÓN DE RESULTADOS

Los resultados obtenidos de la práctica, permiten obtener un aceptable comportamiento en la gráfica al igual que el calor diferencial experimental, siendo este …. a diferencia del valor teórico ….. , presentando así un porcentaje de error de ….; esto se debe a un mal manejo en la titulación, sobretodo en la titulación del NaOH con una muestra de la solución de ácido benzoico a la temperatura de 20°C, por ello se anuló dichos datos.



Del análisis de la gráfica experimental log m vs 1/T se observa una tendencia creciente por lo que se dedujo que la solubilidad del ácido benzoico es directamente proporcional a la temperatura, también se observa que hay algunos puntos que se encuentran ligeramente fuera de la recta, se debe a pequeños errores al momento de extraer la solución saturada de ácido benzoico.

CONCLUSIONES

La solubilidad del ácido benzoico en agua es directamente

proporcional a la temperatura.

La solubilidad de una sustancia depende fuertemente de la

temperatura.

Es posible hallar el calor diferencial de solución de una sustancia

mediante el análisis de su solubilidad a diferentes temperaturas con

una gráfica Log m vs 1/T.



A medida de ir disminuyendo la temperatura de la solución se

necesitaba cada vez menos volumen de titulación de hidróxido de

sodio.

Recomendaciones

Al momento de titular tener bastante cuidado y precaución ya que si

hacemos algo incorrecto como medir mal el volumen de hidróxido esto

conllevara a obtener datos erróneos.

Lavar bien los instrumentos a utilizar y ponerlos en la estufa para

limpiarlos de cualquier impureza que contenga para que no interfiera

en la realización de la práctica.

Al momento de tomar las muestras en la solución de ácido y agua

tratar de que no pase restos de solido a ala pipeta que será llevado a



los Erlenmeyer ya que esto implicara cierto error al momento de los

cálculos.

Siempre al entrar al laboratorio ponerse el implemento necesario para

su seguridad así como la bata, guantes, lentes de protección y utilizar

los compuestos con precaución.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.ecured.cu/Solubilidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad

Atkins P. "Fisicoquímica" 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo

Interamericano, México, 1986, pág: 204 – 205.

Castellan G. "Fisicoquímica" 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo

Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144, 312-313;324


http://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidad

http://www.ecured.cu/Solubilidad


CUESTIONARIO

1.-Defina solución saturada.

La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que se trata de una solución saturada. En una solución saturada se establece un equilibrio dinámico entre el soluto no disuelto y la solución, tal que partículas del soluto no disuelto pasan a la solución a la misma velocidad que partículas del soluto disuelto pasan a la fase sólida.

2.- ¿Qué relación existe entre el calor diferencial de disolución, la temperatura y las características de la sustancia?

La solubilidad depende de la temperatura, en la mayor parte de los casos la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura; por otro lado el calor diferencial es el cambio de calor asociado al proceso de dilución. Si cierto


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proceso de dilución es endotérmico y la solución se diluye con posterioridad, la misma solución absorbe más calor de los alrededores. Lo contrario ocurre en un proceso exotérmico de disolución: se libera más calor si se agrega más disolvente, para diluir la disolución.

3.- En la ecuación que relaciona la concentración de la solución saturada con la temperatura. Fundamente el uso de la concentración molal.

Se usa la concentración molal ya que es la fórmula que nos relaciona el número de moles del soluto y el peso del solvente (H2O) en kilogramos.

Esta relación se adecua más en los problemas de solubilidades, relacionando el soluto y solvente a la vez.


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