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1 I. INTRODUCCIÓN: CALOR DE DISOLUCIÓN Es la energía necesaria para disolver una sustancia hasta la saturación. Si la atracción soluto-disolvente es mayor que la atracción disolvente-disolvente y que la atracción soluto-soluto, el proceso de disolución será favorable, o exotérmico (ΔH disolución < 0). Si la interacción soluto-disolvente es más débil que las interacciones disolvente-disolvente y soluto-soluto, el proceso de disolución será endotérmico (ΔH disolución > 0). No hay una correlación clara entre el signo de ΔH disolución y la variación de la solubilidad con la temperatura. Sin embargo, Mortimer señala que las solubilidades de sustancias que absorben calor cuando se disuelven en soluciones casi saturadas, aumentan con el aumento de la temperatura. La mayoría de los compuestos iónicos se comportan de esta forma. La entalpía de solución de muchos compuestos iónicos en soluciones que son infinitamente diluidas, son exotérmicas. Los mismos compuestos, sin embargo, generalmente se disuelven en soluciones casi saturadas con absorción de energía. Cuando un soluto se disuelve en una solución casi saturada, la entalpía de hidratación es menor que cuando se disuelve en una solución muy diluida. La variación de la solubilidad se mide mediante una curva de solubilidad, y se realiza a través de la medición de la cantidad de soluto que satura una cantidad de solvente a distintas temperaturas. Estas curvas hacen posible saber a simple vista si la solubilidad aumenta o disminuye con la temperatura y poder calcular la cantidad de solvente necesaria para disolver completamente una cantidad de soluto a determinada temperatura. SOLUBILIDAD Solubilidad es la concentración de la disolución saturada a una temperatura determinada. La solubilidad de un soluto sólido en un disolvente determinado suele aumentar al elevar la temperatura, de manera que podremos disolver más cantidad de soluto si aumentamos

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1I. INTRODUCCIÓN:

CALOR DE DISOLUCIÓN

Es la energía necesaria para disolver una sustancia hasta la saturación. Si la atracción soluto-disolvente es mayor que la atracción disolvente-disolvente y que la atracción soluto-soluto, el proceso de disolución será favorable, o exotérmico (ΔH disolución < 0). Si la interacción soluto-disolvente es más débil que las interacciones disolvente-disolvente y soluto-soluto, el proceso de disolución será endotérmico (ΔH disolución > 0). No hay una correlación clara entre el signo de ΔH disolución y la variación de la solubilidad con la temperatura. Sin embargo, Mortimer señala que las solubilidades de sustancias que absorben calor cuando se disuelven en soluciones casi saturadas, aumentan con el aumento de la temperatura. La mayoría de los compuestos iónicos se comportan de esta forma. La entalpía de solución de muchos compuestos iónicos en soluciones que son infinitamente diluidas, son exotérmicas. Los mismos compuestos, sin embargo, generalmente se disuelven en soluciones casi saturadas con absorción de energía. Cuando un soluto se disuelve en una solución casi saturada, la entalpía de hidratación es menor que cuando se disuelve en una solución muy diluida.

La variación de la solubilidad se mide mediante una curva de solubilidad, y se realiza a través de la medición de la cantidad de soluto que satura una cantidad de solvente a distintas temperaturas.

Estas curvas hacen posible saber a simple vista si la solubilidad aumenta o disminuye con la temperatura y poder calcular la cantidad de solvente necesaria para disolver completamente una cantidad de soluto a determinada temperatura.

SOLUBILIDAD

Solubilidad es la concentración de la disolución saturada a una temperatura determinada. La solubilidad de un soluto sólido en un disolvente determinado suele aumentar al elevar la temperatura, de manera que podremos disolver más cantidad de soluto si aumentamos la temperatura de la mezcla. Por el contrario, cuando se trata de gases, su solubilidad en un disolvente suele aumentar al disminuir la temperatura. También tendremos que decir que disolución es toda mezcla de dos o más sustancias que forman otra sustancia homogénea a nivel molecular.

La cristalización es la técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Esta operación se utiliza con

2frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas. Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.

SOLUBILIDAD DE LOS SÓLIDOS

La dependencia de la solubilidad de un sólido respecto de la temperatura varía de manera considerable, y dicha variación proporciona una forma para obtener sustancias puras a partir de mezclas. La precipitación selectiva es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades, pues se puede pasar del punto de saturación en la solución con respecto a uno de los solutos y obligarlo a precipitar, dejando el otro soluto en solución.

Este método funciona mejor si el compuesto que se va a purificar tiene una curva con una fuerte pendiente, es decir, si es mucho más soluble a altas temperaturas que a temperaturas bajas. De otra manera, una gran parte del compuesto permanecerá disuelto a medida que se enfría la disolución. La precipitación selectiva también funciona si la cantidad de impurezas en la disolución es relativamente pequeña.

FORMULA UTILIZADA:

Para el cálculo del calor de disolución, se empleó la siguiente ecuación, de la cual se realizó una gráfica cuya pendiente multiplicada por el valor de R nos dio como resultado el calor de disolucirón.

Lnms=− ΔHºds

R ( 1T )+C

3II. DETALLES EXPERIMENTALES:

Se lavó y se secó en la estufa todos los materiales de vidrio. Seguidamente en el Erlenmeyer de 250 mL limpio, se colocó 0.75 g de ácido benzoico y se adicionó 150 mL de agua destilada. Se calentó el sistema preparado con agitación constante hasta que se disolvió completamente evitando el sobrecalentamiento. Luego de la solución preparada (solución sobresaturada), se midió 25 mL y se colocó en un tubo de prueba. También se armó el equipo que se muestra en la figura N°1 (ir a apéndice) y se introdujo en un baño de temperatura inferior en unos 2-3 °C de la temperatura a la cual se midió la solubilidad de la muestra que fue de 25°C, se mantuvo la muestra en agitación de 2 a 3 minutos a la temperatura a la cual se trabajó, manteniendo el equipo en el baño adecuado. Luego se sacó con la pipeta 2 muestras sucesivas de 10 mL y se vertió dentro de erlenmeyers limpios y secos, previamente pesados y se pesó nuevamente. Se valoró las muestras de los erlenmeyers con la solución de NaOH 0.2 N previamente valorada con biftalato de potasio, usando fenolftaleína como indicador. finalmente se repitió todo el procedimiento para las temperaturas de 20, 15 y 10°C.

III. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS:

TABLAS EXPERIMENTALES

4Tabla N°1 (Masas de los erlenmeyers vacíos)

Tabla N°2

T(°C) Erlenmeyers

Masa del Erlenmeyer

más solución(g)

Volumen gastado de

NaOH 0.1793N(mL)

25 1 111.3894 1.72 71.6109 1.6

20 5 102.7106 1.56 108.5357 1.5

15 7 85.7694 1.28 106.3305 1.1

10 3 112.5115 1.04 87.2325 1.0

TABLAS TEÓRICAS:

Tabla N°3 *

Nº Erlenmeyer

Masa(g)

1 101.47382 61.60313 102.56524 77.30855 92.71506 98.49967 75.85818 96.3757

T(°C) Molalidad(m)

Ln(m)

0 0.01392 -4.274410 0.01720 -4.062820 0.02376 -3.739825 0.02826 -3.566330 0.03359 -3.393540 0.04545 -3.091150 0.06348 -2.757060 0.09460 -2.358180 0.22240 -1.5033

100 0.48120 -0.7315

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Tabla N° 4 *

* Solubilidad de ácido benzoico en agua (Tabla N°3) y calor diferencial de disolución del ácido benzoico (Tabla N°4). FUENTE: Solubilities of Organic Compounds, Vol. 2,A. Seidell Van Nostrand, N. York, 1941.

TABLAS DE RESULTADOS:

Erlenmeyer Masa de la solución de

ácido benzoico (g)

Número de Equivalentes

gramos

Masa del ácido

benzoico (g)

Masa del agua (g)

Ln(m) 1/T (K-1)

1 9.9156 0.00030481 0.037223397 9.878376603

-3.478417174 0.00335402

2 10.0078 0.00028688 0.035033786 9.972766214

-3.548551655

5 9.9956 0.00026895 0.032844174 9.962755826

-3.612085943 0.00341122

6 10.0361 0.00026895 0.032844174 10.00325583

-3.616142845

7 9.9113 0.00021516 0.026275339 9.88502466 -3.827396867 0.00347041

Calor diferencial de disolución del ácido benzóico (KJ/mol)

23.0885

61

8 9.9548 0.00019723 0.024085728 9.930714272

-3.919019761

3 9.9463 0.0001793 0.021896116 9.924403884

-4.013694361 0.0035317

4 9.9240 0.0001793 0.021896116 9.902103884

-4.011444845

Table N° 5

Table N°6

IV. EJEMPLO DE CALCULOS:

CALCULO DE LA NORMALIDAD CORREGIDA DEL NAOH:

Para hallar la normalidad corregida valoramos la solución de NaOH con biftalato de Potasio, usando fenolftaleína como indicador.

Datos Teóricos:

PM de Biftalato de Potasio = 204,23 g/mol

Normalidad teórica del NaOH = 0.2 N

P.Eq-Biftalato de Potasio =204.23 g/Eq

Datos Experimentales:

W Biftalato de potasio = 0.1318 g

Volumen Gastado del NaOH = 3.6 ml = 0.0036 L

Experiencia Resultado experimental

(KJ/mol)

Valor Teórico (KJ/mol)

Error Porcentual

(%)1 25.5834 23.0885 10.80582 23.7511 23.0885 2.8698

7Sabemos que: Eq - g NaOH = Eq - g Biftalato de potasio

V NaOH x Ncorre NaOH = W biftalato de K / P Eq-Biftalato de K

Reemplazando: Ncorre NaOH = 0.1318/204.23 x 0.0036

= 0.1793 N

a) Con los datos obtenidos de la experiencia determinar el peso de la solución, el número de equivalentes y el peso del ácido benzoico presente en la solución, para cada temperatura.

Para la Experiencia 1 – Erlenmeyer 1

Hallamos el número de equivalentes gramos:

¿ Eqgácido=¿Eqgbase¿ Eqgácidobenzoico=N NaOH xV NaOH

¿ Eqgácidobenzoico=0.1793N x0.0017 L=0.0003

Y la masa del ácido benzoico:

mácido benzoico=¿Eggácidobenzoico x M ácidobenzoico

mácido benzoico=0.0003 x 122.12 = 0.0372 g

b) Por diferencia halle el peso de agua en la solución y luego determine la concentración molal del soluto.

Para la Experiencia 1 – Erlenmeyer 1:

Hallamos la masa del agua:

merlenmeyer y solución−merlenmeyer=msolución deácido benzoico

111.3894 g−101.4738 g=9.9156 g=msoluciónde ácidobenzoico

msolución deácido benzoico−mácidobenzoico=magua

9.9156 g−0.0372g=9.8783 g=magua

Luego, la concentración Molal:

Molalidad=nácido benzoico

magua

=0.0003x 10009.8783

=0.0309

8c) Con los datos de m y temperatura, construya el gráfico ln m Vs 1/T y

halle el calor diferencial de solución. Analice los resultados para la gráfica Ln(m) vs 1/T(K-1)

Calor diferencial de disolución para la Experiencia 1:

ln (m )=−ΔH solubilidad

R ( 1T )+CGráficamente obtenemos:

−ΔH solubilidad

R=−3077.3 , Donde: R=8.3136 J/mol,

Entonces:

ΔH solubilidad=25.5834KJ /mo l

El porcentaje de error para la Experiencia 1:

%E=25.5834−23.088523.0885

X 100=10.8058%

V. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Mediante los datos experimentales y los cálculos realizados se determinó la concentración molal del soluto (ácido benzoico) presente en la solución, a partir de la cual se generaron dos gráficas de ln(m) Vs 1/T, para la primera experiencia en la cual se puede observar que los puntos son más colineales (gráfica N°2, ir a apéndice) se obtuvo un calor de disolución de 25.5834 KJ/mol, mientras que para la experiencia 2 (gráfica N°2) se obtuvo 23.0885, sin embargo se observa que para esta experiencia los puntos tienen mayor desviación que en la primera, coincidiendo solo en dos puntos. Se calculó también los errores porcentuales respecto al valor teórico 23.0885 KJ/mol, obteniendo 10.8% y 2.8% respectivamente, por exeso, ambos valores son aceptables. Estos errores pudieron ser causados por falta de precisión al medir el volumen gastado del NaOH, también se cometió un error al usar la concentración equivocada del NaOH. Generalmente los datos experimentales fueron buenos.

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10VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

En el caso del ácido benzoico, la solubilidad de este sólido aumenta con la temperatura.

Los sólidos apreciablemente se disuelven solo en solventes polares, particularmente el agua.

La solubilidad de un sólido en un líquido es siempre limitada y el límite para un mismo solvente es diferente según las distintas sustancias dependiendo fundamentalmente de la temperatura.

En general la solubilidad es la concentración de soluto en una disolución saturada.

Evitar la perdida de reactivo (Ac Benzoico) ya sea en las paredes del erlenmeyer o al momento disolverlo introduciendo la bagueta.

Cuando el sólido se ha disuelto totalmente para no perder tiempo esperando que baje la temperatura y medir la solubilidad se recomienda llevar el erlenmeyer a baños de agua fría, observándose siempre la temperatura a la cual quieres probar la solubilidad.

Al momento de pipetear la solución es aconsejable cambiar el algodón del filtro que se encuentra en la pipeta para evitar que el sólido se acumule en este.

El ácido benzoico se debe disolver en agua destilada previamente calentada, ya que la solubilidad de este es mayor en caliente.

11VII. BIBLIOGRAFÍA:

LIBROS:

Gillespie. Humphreys. Baird. Robinson, QUÍMICA, Editorial Reverté, página: 599.

Ponz Muzzo. Gaston, Fisicoquímica , Sexta edición Maron – Prutton, Fundamentos de Fisicoquímica , Editorial Limusa,

México - 1984

INTERNET:

http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/fisicoquimica/tp/benzoico.pdf http://ciencia-basica-experimental.net/solucion.htm http://www.ecured.cu/index.php/Curva_de_solubilidad

VIII. APÉNDICE:

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

12Se usa la concentración molal ya que es la única fórmula que nos relaciona a la vez el número de moles del soluto y el peso del solvente (H2O) en kilogramos. Esta relación se adecua más en los problemas de solubilidades por relacionar soluto y solvente a la vez.

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

El calor diferencial es el cambio de calor asociado al proceso de dilución. Si cierto 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. Indique y explique otros métodos experimentales para la determinación del calor diferencial de solución.

13Figura N°1

GRAFICA N°1 (Experimental)

140.0033 0.00335 0.0034 0.00345 0.0035 0.00355

-4.1

-4

-3.9

-3.8

-3.7

-3.6

-3.5

-3.4

-3.3

-3.2

f(x) = − 3077.33752446144 x + 6.85879791578205R² = 0.993911199554552

Experiencia 1Linear (Experiencia 1)Linear (Experiencia 1)Ajuste Lineal (Experiencia 1)Experiencia 2Ajuste Lineal (Experiencia 2)

1/T(K-1)

Ln(m

)

GRÁFICA N°2 (TEORICO – EXPERIMENTAL comparación)

0.0033 0.00335 0.0034 0.00345 0.0035 0.00355

-4.2

-4

-3.8

-3.6

-3.4

-3.2

-3

Experiencia 1

Ajuste Lineal (Experiencia 1)

Experiencia 2

Ajuste Lineal (Experiencia 2)

Teórico

Ajuste Lineal (Teórico)

1/T(K-1)

Ln(m

)