Laboratorio 6.

Calor diferencial de solucin

Objetivo Determinar la solubilidad del cido oxlico a diferentes temperaturas. Calcular el

calor diferencial de la solucin saturada.

Teora Uno de los casos ms simples de equilibrio es el de una solucin saturada en

contacto con un exceso de soluto. En este equilibrio las molculas viajan del

slido a la solucin con la misma velocidad a la que las molculas en la solucin

pasan al slido. La concentracin que del soluto que se encuentra en esa

solucin saturada se denomina la solubilidad del soluto la cual usa una escala

arbitraria. En ste experimento utilizaremos la escala molal, la solubilidad ser la

molalidad (ms) del soluto en la solucin saturada.

Podemos establecer la constante para dicho equilibrio la cual es:

*2

2

aaK = ( 6-1)

Donde, a2 representa la actividad del soluto en la solucin saturada y a2* la

actividad del soluto puro. La alternativa para el estado estndar el el soluto puro

a la temperatura y presin que est envuelto, haciendo a2* igual a uno. La

actividad a2 se relaciona a la molalidad, m, del soluto por promedios del

coeficiente de actividad , funcin de T, P y composicin.

Luego K = [a2] m = ms = s ms, donde el subscrito s indica que la relacin aplica

a la solucin saturada. El cambio en de la temperatura a Kelvin a presin

constante refleja un cambio en ms, y por lo tanto un cambio en s el cual afecta

ambas variaciones en la temperatura y concentracin de la solucin. La

ecuacin de vant Hoff requiere que:

20ln

RTH

TK

p

=

( 6-2)

Donde Ho es el cambio en entalpa de la solucin. Esta cantidad no debe ser

confundida con cualquier calor medible experimentalmente de la solucin; ste

debe ser determinado indirectamente.

Tomando en cuenta el efecto de la temperatura y la concentracin en s el

resultado para presin constante es:

[ ]

2,,

lnlnln1

RTH

dTmd

ms

s

mmDSs

mmPT

=

=

=

+ ( 6-3)

Donde [HDS]m=ms es el calor diferencial de la solucin con saturacin a

temperatura y presin dada. Para los casos en el cual el coeficiente de actividad

para el soluto cambie poco con concentracin en el vecino intermediario de

saturacin, el trmino de la izquierda de la ecuacin viene a ser:

[ ]

2ln

RTH

dTmd smmDSs == ( 6-4)

En sta aproximacin, el calor diferencial de la solucin saturada puede ser

calculado a una temperatura dada, multiplicando por R la pendiente de la grfica

de ln ms vs 1/T. El calor de la solucin la cual estamos considerando es el calor

absorbido cuando 1 mol del slido es disuelto en una solucin que est

prcticamente saturada. ste difiere del calor de la solucin en una dilucin

infinita la cual el calor de la solucin se encuentra en tablas, por una cantidad

equivalente al calor de dilucin de saturacin a dilucin infinita.

Procedimiento

1. Estandarizacin de NaOH 0.5 M con Ftalato cido de potasio (KHP) utilizando

fenolftaleina como indicador.

a. Pese aproximadamente 0.200 gramos de Ftalato cido de potasio,

colquelos en un matraz erlenmeyer.

b. Agregue 10 mL de agua destilada

c. Valore con NaOH 0.5 M

d. Determine la concentracin real del hidrxido de sodio utilizando la siguiente

ecuacin estequiometrica

NaOH(aq) + C6H4C2HO4K C6H4C2O4KNa + H2O(l)

2. Determinacin de la solubilidad de cido oxlico

En el laboratorio usted encontrara el siguiente montaje:

Solucion saturada de Borax

Controlador de temperatura

Figure 6-1. Montaje experimental

o La solubilidad del cido oxlico se determinar a 35, 25, 15, y 5 oC. o Prepare un solucin saturada de cido oxlico, aadiendo un exceso de

los cristales a una temperatura alta y enfriando la solucin para que el

material disuelto se cristalice.

o Calien hasta alcanzar ra de 35 oC. o Espere 15 minutos hasta que la soo Tome dos muestras de 5 mL

separadas las cuales han sido prev

o Pese la solucin en la botella. o Transfiera cuantitativamente la so

mL.

o Aada fenolftalena como indicestandarizado.

o Baje la temperatura del bao a 25 o Repita el procedimiento del pas

temperaturas. la temperatute la solucin lucin alcance el equilibrio.

y colquelas en botellas de pesada

iamente pesadas.

lucin a un matraz Erlenmeyer de 250

ador y titule con NaOH 0.5 M

oC aadiendo agua fra.

o 4 en adelante y con las dems

Clculos

Determinacin de la concentracin real del NaOH (M)

VNaOH (mL)VNaOH (L)=1000

1 mol2. Moles de KHP= gramos de KHP (PM)204.23 g

3. Moles de NaOH= Moles de KHPMoles NaOH 34. Molaridad NaOH (M)=V NaOH (L) 1

=

Exprese la molaridad como el promedio.

Solubilidad

Peso molecular acido benzoico = 122.048 g/mol

VNaOH (mL)5.VNaOH (L)=1000

6. Peso de la solucin (Ws) = (Peso botellita con tapa + Muestra) - (Peso

botellita vaca con tapa)

7. Moles de acido benzoico = VNaOH gastado(L) x Molaridad (promedio)

(NaOH)

8. Gramos de acido benzoico = moles del acido benzoico x PM (122.048 g/mol)

9. Peso del agua (g) = Peso de la solucin Peso del acido benzoico

peso del agua (g) 910. Peso agua (Kg) = 1000 1000

=

moles (acido benzoico) 711. Molalidad =Kg de agua 10

=

T (K) = C + 273.15

Haga los clculos para todas sus muestras y tablelos

# Muestr

a

V NaOH gastado (L)

Peso de la

solucin (g)

Moles de acido

benzoico

Gramos de acido benzoico

Peso del agua

Molalidad

(m)

1

2

3

4

5

6

7

8

Para la construccin de la grafica experimental

Exprese la temperatura en grados Kelvin. Construye una Tabla de la siguiente

forma.

Temperatura (K) Molalidad (m)

1/T ln m

Grafique lnm (Eje x) Vs 1/T(K) (Eje y) para todos los 8 valores. Esto nos sirve

para hallar el calor diferencial de solucin ( lnsH ) haciendo uso de la pendiente. Utilice la siguiente ecuacin:

ln 1ln m tansH cons teR T

= +

Nota: Si su muestra es acido oxlico recuerde que :

Acido Oxalico = H2C2O4

PM= 90.04 g/mol, por lo tanto,

Gramos de ac. oxlico = moles de ac. oxlico x PM (90.04 g/mol)

VNaOH gastado(L) x Molaridad (NaOH)Moles de acido oxalico = 2

Haga los dems clculos de la misma forma como se hace para acido benzoico.

Para la construccin de la grafica terica de Acido benzoico

Utilizando los valores de solubilidades del acido benzoico en agua y la densidad

del agua a diferentes temperaturas. Determine el calor diferencial terico.

Temperatura (C) Densidad agua (g/mL)

Solubilidad del acido benzoico

(g/100mL)

10 0.999 0.21

20 0.998 0.29

30 0.9956 0.42

Por ejemplo para los valores a 10 C

0.21 . 1 1000 1 .( )100 0.999 1 122.048g ac benzoico mL g agua mol ac benzoicomolalidad Acidobenzoico x x x

mL g agua Kg agua g=

Haga lo mismo con sus dems datos y construya la siguiente tabla.

Temperatura (K) Molalidad (m)

1/T ln m

Determine el calor diferencial de solucin con la ecuacin siguiente:

ln 1ln m tansH cons teR T

= +

Compare el valor experimental con el valor terico.

Para la construccin de la grafica terica de Acido Oxlico

Utilizando los valores de solubilidades del acido oxalico en agua y la densidad

del agua a diferentes temperaturas. Determine el calor diferencial terico.

Temperatura (C) Solubilidad del acido benzoico

(g/100g)

10 6.08

20 9.52

30 14.23

40 21.52

Por ejemplo para los valores a 10 C

6.08 . 1000 1 .( . Oxalico) 0.6752 / 100 1 90.04g ac oxalico g agua mol ac oxalicomolalidad Ac x x moles kg agua

g Kg agua g= =

Haga lo mismo con sus dems datos y construya la siguiente tabla.

Temperatura (K) Molalidad (m)

1/T ln m

Determine el calor diferencial de solucin con la ecuacin siguiente:

ln 1ln m tansH cons teR T

= +

Compare el valor experimental con el valor terico.

Referencias

A. Seidell and W. F. Linke, "Supplement to Solubilities of Inorganic and Organic Compounds," 3d ed., vol. III, D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, N.J., 1952.

A. Seidell, "Solubilities of Inorganic and Metal Organic Compounds," 3d ed. vol. I, D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, N.J., 1940.

A. Seidell, "Solubilities of Organic Compounds," 3d ed., vol. II, D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, N.J., 1941.

A. T. Williamson, Trans. Faraday Soc., 40: 421 (1944).

J. H. Hildebrand and R. L. Scott, "Solubilities of Nonelectrolytes," Reinhold Publishing Corporation, New York, 1950.

W. J. Mader, R. D. Mold, and M. J. Mold in A. Weissberger (ed.), "Technique of Organic Chemistry," vol. 1, "Physical Methods of Organic Chemistry," 3d ed., pt. 1, chap. 11, Interscience Publishers, Ins., New York, 1959.