calculos . lab.11 final

Informe de Laboratorio de Fisicoquímica IIUNMSM

INDICE

I. INTRODUCCION………………………………………………….. …………….Pág. 2

II. RESUMEN……………………………………………………………………………… Pág. 3

III. PRINCIPIOS TEORICOS………………………………….……………….. Pág. 4

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………..…………………Pág. 6

V. TABULACION DE DATOS…………………………………..………... ..Pág. 7

VI. CALCULOS………………………………………………………………………….... .Pág. 11

VII. DISCUSION DE RESULTADOS…………………………………………Pág. 16

VIII. CONCLUSIONES……………………………………………………………………. ..Pág. 18

IX. RECOMENDACIONES…………………………………………………………..Pág. 18

X. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………....Pág. 19

XI. APENDICE………………………………….…………………………………………Pág. 20


I.Introducción

El análisis de la solubilidad de una sustancia en un solvente determinado y a una temperatura y presión dadas es muy importante a nivel industrial. Es así que 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 obtendrían rendimientos muy bajos y baja calidad del producto. Además de ello este concepto se utiliza en sectores tales como el de la investigación científica en el que, por ejemplo, hay síntesis que se deben llevar a cabo con ciertos solventes y a determinadas temperaturas de tal manera que todos los reactantes permanezcan en solución. Como puede verse el aprendizaje y comprensión de la variación de la solubilidad con la temperatura constituye una gran herramienta para todo químico que se desempeñe en el sector industrial o científico.


II. Resumen

La presente practica titulada “Variación de la solubilidad con la T°” que bajo las condiciones de presión: P=756 mmHg; temperatura: T=23C° Humedad relativa; H=96; tuvo como objetivo analizar un soluto ligeramente soluble y determinar el efecto de la temperatura en su solubilidad, también hallar el calor diferencial de la solución cuando está saturada.

Para el análisis de la variación de la solubilidad realizaremos la disolución de ácido benzoico(0,75g) en agua y de la cual se extrae 25 ml para llevarlo a una temperatura determinada hasta obtener una saturación a esta temperatura, luego retiramos un volumen de la solución a esta temperatura y colocamos un erlenmeyer previamente pesado, la diferencia es el peso de la solución ,esta se valora con NaOH 0,094 N (previamente valorado con biftalato de potasio), y calculamos el # de equivalentes, peso del soluto, Kg de agua y la molalidad; luego calculamos log(m) y 1/T de los datos experimentales y teóricos como muestra la tabla y graficamos para obtener la pendiente y consecuentemente el Calor diferencial de disolución, que es el cambio de entalpía de la solución(gráfico). D H experimental es 4592,85 cal/mol y el % de error con respecto al teórico es 2,%.Podemos concluir que la solubilidad depende de la temperatura en función directa, también de la naturaleza del soluto disuelto, y que el cambio de entalpía está asociado con el proceso en que el soluto se disuelve en un solvente.

Finalmente 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.

Se recomienda trabajar con temperaturas bajas, tomar para cálculos la molalidad ya que no depende del volumen, y realizar una regresión lineal para los datos.

III. Principios Teóricos

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 solido y pasan a la solución a la misma velocidad con

http://www.monografias.com/trabajos28/nociones-regresion-lineal/nociones-regresion-lineal.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/mafu/mafu.shtml


la que las moléculas de la solución son depositadas en el solido. 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 ms del soluto en la solución. El proceso mencionado se puede expresar como:

En el cual la constante de equilibrio esta dada por:

K=a2a2

¿

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

soluto solido 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 esta relacionada con la molalidad m del soluto a través del coeficiente γ, una función de T, P y la composición la cual se aproxima a la unidad a medida que m se aproxima a cero. Luego

K= [a2 ]×m=γs×ms

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 γ s, que es afectado por las variaciones de temperatura y concentración de la solución. La ecuación de Van’t Hoff requiere que

( ∂ lnK∂T )P

= ∆Hº

RT2(1)

Donde ∆ H º 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 γ s, hay resultados para presión constante

[1+( ∂ ln γ∂ lnm )T ,P ,m=ms

] d lnmsdT=

[∆ H DS ]m=ms

RT 2(2)

Aquí [∆ H DS ]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

d lnmsdT

=[∆ HDS ]m=m s

RT2(3)

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

lnms=− [∆ HDS ]m=ms

RT+C(4)

Mientras que la integral evaluada entre dos temperaturas conduce a

ln (m¿¿ s (T 2)/ms (T 1))=− [∆ HDS ]m=ms

R ( 1T2− 1T1 )(4.1)¿

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

IV.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Lavar ,y secar

bientodo material de vidrio(en la

estufa).

Coloque 0,75g de

ac. benzoico en

el erlenmeyer(250 ml) y agregue

aproximadamente

150ml de agua

destilada.

Caliente el sistema con

agitación constante

hasta disolución

completa(evite

sobrecalentar).

Extraer 25 ml de la

disolucion y armar el equipo.

Introduzca en el baño

de temperatura

menor en unos 3 °C a

la temperatura

a la cual medimos la solubilidad

(25°C)

Agitar la muestra por 2-3 minutos, manteniendo constante

la temperatura y en el baño adecuado.Luego saque 2

muestras de 10ml y viértalas

dentro de erlenmeyers

limpios y secos,

previamente pesados.Pes

e otra vez

Valore las muestras

de los erlenmeyes

r con la solución de

NaOH hasta

coloracion grosella.

Repetir todo el

procedim iento a

20°C , 15°C , 10°C .


V. TABULACION DE DATOS

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA Nº1

W Biftalato V NaOH N NaOH (#Eq-g/L)0,2235 11ml 0,0995

Temperatura (ºC)

W Erlenmeyer(g)

W Erlenmeyer + muestra

(g)

Volumen gastado de

NaOH(ml)

25 98,9189 108,854 2,8

92,1291 102,3527 2,9

20 99,0878 108,9868 2,5

77,7444 87,6189 2,6

15 98,5630 108,4463 2,1

96,1257 106,0298 2,1

10 98,9186 108,7826 1,8

92,1291 102,0067 1.8

DATOS TEORICOS

P (mmHg) 756T (°C) 23

% Humedad Relativa 96


Temperatura (ºC)

Molalidad (mol/KgH2O)

25 0,0282520 0,0237515 0,0204710 0,01720

V.CÁLCULOS

a) Con los datos de la Tabla N°1, determinamos:

A 25 ºC:


Para la 1ra muestra: W solución = 108,854g - 98,9189 g = 9,9355 g

# Eq-g Ac. Benzoico = N NaOH x V NaOH

# Eq-g Ac. Benzoico = 0,0995 x 2,8x10-3

# Eq-g Ac. Benzoico = 0,27857x10-3

W Ac. Benzoico = # Eq-g Ac. Benzoico x M Ac. Benzoico

W Ac. Benzoico = 33,985 x 10-3 g

Para la 2da muestra: W solución = 102,3527g - 92,1291 g =10,2236 g



# Eq-g Ac. Benzoico = 0,28853 x10-3



A 20 ºC:

Para la 3ra muestra: W solución = 108,98688 g - 98,0878 g = 9,899 g





W Ac. Benzoico = 31,5614 x 10-3 g

Para la 4ta muestra: W solución = 87,6189 g - 77,744 g = 9,98745 g






W Ac. Benzoico = 30,3475 x 10-3 g

A 15 ºC:

Para la 5ta muestra: W solución = 108,4463g - 98,5630 g = 9,8833 g






Para la 6ta muestra: W solución = 108,0298 g – 96,1257 g = 9,9041 g






A 10 ºC:

Para la 7 ma muestra: W solución = 108,7826 g - 98,9186 g = 9,864

g






W Ac. Benzoico = 21,85x10 -3 g

Para la 8 va muestra: W solución = 102,0067 g - 92,1291 g = 9,8776 g





W Ac. Benzoico = 21,85x10 -3 g

b) Hallando el peso del agua en cada solución y la concentración molal:

A 25 °C

Para la 1ra muestra: W agua = 9,9355 g- 0,033985

W agua = 9,901545 g = 9,901515 x 10-3 Kg

Ac. Benzoico = # Eq-g Ac. Benzoico = 0,27857x10-3

m = 0,27857x10-3/9,901515 x 10-3

m = 0,0281341

Para la 2da muestra: W agua = 10,2236 g- 0,03520

W agua = 10, 1884 g = 1,0188 x 10-2 Kg


Ac. Benzoico = # Eq-g Ac. Benzoico = 0,28853 x10-3

m = 0,28853x10-3/1,0188x10-2

m = 0,028319

A 20 ºC

Para la 3ra muestra: W agua = 9,899 g - 0,0315614

W agua =9,86744 g = 9,8674 x 10-3 Kg


m = 0,2587x10-3/9,8674x10-3

m = 0,026218

Para la 4ta muestra: W agua = 9,8745 g- 0,0303475

W agua =9,844152 g = 9,844152 x 10-3 Kg


m = 0,24875x10-3/9,844152 x 10-3

m = 0,0252688

A 15° C :

Para la 5ta muestra: W agua = 9,8833 g- 0,025492

W agua =9,85786 g = 9,85786 x 10-3 Kg


m = 0,20895x10-3/9,8578x10-3

m = 0,0212


Para la 6ta muestra: W agua = 9, 9041 g- 0,025492

W agua =9,878608 g = 9,8786 x 10-3 Kg


m = 0,208954x10-3/9,878638x10-3

m = 0,021152

A 10ºC

Para la 7ma muestra: W agua = 9, 864 g- 0,02185

W agua =9,84215 g = 9,842 x 10-3 Kg


m = 0,1791x10-3/9,84 x 10-3

m = 0,0182

Para la 8va muestra: W agua = 9, 8776 g- 0,02185

W agua =9,8558 g = 9,8558 x 10-3 Kg


m = 0,1791x10-3/9,8558x 10-3

m = 0,01817

Temperatura (°C)

Molalidad (m)

Log (m) 1/T (1/k)

25 0,0281087 -1,55077 3,354 x 10 -3

0,0282929 -1,5479

20 0,02622 -1,5814 3,4112 x 10 -3

0,02527 -1,5974

15 0,02120 -1,6736 3,4704 x 10 -3


0,02115 -1,6747

10 0,01820 -1,7399 3,5317 x 10 -3

0,01817 -1,7406

Tenemos:

c) Con los datos de la tabla, construimos el gráfico:

3.3 3.35 3.4 3.45 3.5 3.55

-1.800000

-1.750000

-1.700000

-1.650000

-1.600000

-1.550000

-1.500000

-1.450000

curva de tendenciaLinear (curva de tendencia)

1/T (1/K)

Log

(m)

Grafico Log (m) Vs 1/T

De la ecuación:

Log ms2ms1

=HDSo

2,303R(T 2−T1T 1T 2

) Log ms2- Log ms1 = - HDSo

2,303R(1T2

− 1T1

)

De la ecuación, la pendiente de la línea aproximada sería:

b =- HDSo

2,303R

Del gráfico aproximadamente


-1074,367= - HDSo

2,303R

H DSo = 4899,05 cal/mol

XI.APENDICE

Cuestionario

1. Defina solución saturada

Una disolución saturada es la que contiene la mayor concentración de soluto posible en un volumen de disolvente dado y para cierta temperatura.

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

Debido a que el calor diferencial de disolución es el calor de solución de una mol de soluto , esta va a estar ligada a la temperatura y la naturaleza de la sustancias ,con respecto a la naturaleza de las sustancias de soluto y solvente ,la solubilidad es favorecida cuando ambas presentan semejanzas en las propiedades eléctricas y estructurales de soluto y solvente la fuerzas intermoleculares son más intensas ,propiciando la disolución de una en otra ; también la temperatura ejerce su efecto a la solubilidad debido al aumentar esta también aumenta la energía cinética del sistema .

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

ln (m¿¿ s (T 2)/ms (T 1))=− [∆ HDS ]m=ms

R ( 1T2− 1T1 )¿

El uso de la concentración molal es necesario debido a que en un proceso de disolución de un soluto ligeramente soluble, nos permite relacionar la masa de soluto disuelta en el disolvente a determinada temperatura.

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

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3n_saturada


Esto permite relacionar las variaciones de la molalidad a medida que cambia la temperatura, y todo ello nos proporciona los datos suficientes para determinar el calor diferencial de solución.

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