Determinación del calor diferencial de solución Solubilidad del ácido benzoico

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PRÁCTICA 7: Determinación del calor diferencial de solución. Solubilidad del ácido
benzoico.
Resumen
En esta práctica se realizó un
procedimiento para determinar el calor
diferencial de una solución de ácido
benzoico mediante la diferencia de
temperatura en cada proceso. Por este
motivo, se calentó una solución de ácido
benzoico 0,6M hasta los 80°C (353,15 k).
Prosiguiendo, se realizó una titulación
empleando hidróxido de sodio 0,5M; los
resultados se registraron en la tabla 1. Se
realizaron dos procedimientos por cada
temperatura, tomando como referencia que
la temperatura fue tomada en intervalos de
diez unidades desde 80 hasta 40°C (353,15
hasta 313,15 k). De la misma manera, cabe
resaltar que para estos procedimientos
mencionados anteriormente se agregaron
dos gotas de fenolftaleína el cuál actuó
como agente indicador en el proceso.
Finalmente, se realizaron los cálculos
correspondientes para encontrar la
concentración de las soluciones luego de
las titulaciones, el calor diferencial de
solución y se realizaron gráficas que
evidencian de mejor manera lo obtenido en
la práctica. Igualmente, se compararon los
datos obtenidos con los datos teóricos y se
determinó que al realizar el porcentaje de
error empleando el promedio de las
mediciones obtenidas en las diferentes
temperaturas, se obtuvo un porcentaje de
error del 0,99%. Lo anterior demuestra una
gran confiabilidad en los procedimientos y
datos registrados en el laboratorio.
Introducción
El calor diferencial de solución puede
interpretarse como la variación de entalpía
resultante de la disolución de 1 mol del
componente considerado (soluto o
solvente), en una "cantidad muy grande"
(en el límite en una cantidad infinita) de
solución de la concentración especificada.
La condición "cantidad muy grande de
solución" es importante ya que de esta
manera la adición de 1 mol del
componente no cambia significativamente
la concentración de la solución (Gomez,
1966)
La solubilidad de un soluto se define como
la cantidad máxima de este soluto que
puede disolverse en cierto volumen de
disolvente. Este valor depende de la
estructura química del soluto y del
disolvente así como también de las
condiciones de presión y temperatura a las
que esté la solución (Garritz, 2005)
El ácido benzoico es un ácido débil, el cual
se disocia formando iones hidronio y iones
benzoato los cuales permanecen en
equilibrio con las moléculas de ácido
acético.El ácido benzoico es poco soluble
en agua debido a la limitante que plantea
su constante de disociación a una
temperatura y presión determinadas
(Sepúlveda, 2015).
Marco teórico
El calor de solución o entalpía de solución
es el calor que se absorbe o se desprende
durante el proceso de disolución de cierta
cantidad del soluto en el solvente, bajo la
condición de presión constante. Cuando
una reacción química tiene lugar, se
requiere de energía tanto para formar como
para romper enlaces que permiten la
formación de nuevas sustancias. La
energía que fluye para que estos procesos
tengan lugar es el calor, y la termoquímica
es la rama de la ciencia que se encarga de
estudiarlos. (Zapata, n.d.)
El ácido benzoico es un ácido carboxílico
aromático que tiene un grupo carboxilo
unido a un anillo fenílico. En condiciones
normales se trata de un sólido incoloro con
un ligero olor característico. Es poco
soluble en agua fría pero tiene buena
solubilidad en agua caliente o disolventes
orgánicos. (quimica.es, n.d.)
Resultados
Titulaciones
Procedimiento 1 2
Titulación NaOH (mL)
(1) 353,15 k 6,5 6,5
(2) 343,15 k 7,0 7,0
(3) 333,15 k 7,2 7,2
(4) 323,15 k 7,3 7,4
(5) 313,15 k 6,5 5,3
Tabla 1. Resultados de las titulaciones de
ácido benzoico a diferentes temperaturas
Gráfica 1. Temperatura vs Volumen de
NaOH (crecimiento proporcional - 4
primeros datos)
Gráfica 2. Temperatura vs Volumen de
NaOH (crecimiento completo- todos los
datos)
Concentraciones
𝐻
2
𝑂 = 200 𝑚𝐿
Á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑖𝑐𝑜 = 1, 501 𝑔
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟
Á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑜𝑖𝑐𝑜
= 122, 12 𝑔
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 0,01229 𝑚𝑜𝑙0,2 𝐿 = 0, 06 𝑀
(𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑑𝑖𝑜):
0, 5 𝑀
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟
𝐻𝑖𝑑𝑟ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑑𝑖𝑜
= 39, 99 𝑔
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡
𝑁𝑎𝑂𝐻
= 0, 5 𝑚𝑜𝑙 * 39,99 𝑔1 𝑚𝑜𝑙
= 19, 9 𝑔
2. Concentración de las soluciones
saturadas
𝐶
1
𝑉
1
= 𝐶
2
𝑉
2
𝐶
2
=
𝐶
1
𝑉
1
𝑉
2
353, 15𝐾 (𝑚
1
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0065 𝐿 = 7, 692𝑀
353, 15𝐾(𝑚
2
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0065 𝐿 = 7, 692𝑀
343, 15𝐾 (𝑚
1
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,007 𝐿 = 7, 143𝑀
343, 15𝐾 (𝑚
2
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,007 𝐿 = 7, 143𝑀
333, 15𝐾 (𝑚
1
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0072 𝐿 = 6, 944𝑀
333, 15𝐾 (𝑚
2
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0072 𝐿 = 6, 944𝑀
323, 15𝐾 (𝑚
1
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0073 𝐿 = 6, 849𝑀
323, 15𝐾 (𝑚
2
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,00735 𝐿 = 6, 756𝑀
313, 15𝐾 (𝑚
1
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0065 𝐿 = 7, 692𝑀
313, 15𝐾 (𝑚
2
): 𝐶
2
= (0,05𝑀)(1 𝐿)0,0053 𝐿 = 9, 434 𝑀
3. Determinación de ∆𝐻
𝑙𝑛
𝑆
2
𝑆
1
= ∆𝐻𝑅 (
1
𝑇
2
− 1𝑇
1
)
∆𝐻 =
𝑙𝑛 𝑆
2
𝑙𝑛 𝑆
1
*𝑅
( 1𝑇
2
− 1𝑇
1
)
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(1)
=
𝑙𝑛 353,15 𝑘
𝑙𝑛 298,15 𝑘 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
353,15𝑘
= 3903, 129
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(2)
=
𝑙𝑛 343,15 𝑘
𝑙𝑛 298,15 𝑘 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
343,15𝑘
= 4612, 712
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(3)
=
𝑙𝑛 333,15 𝑘
𝑙𝑛 298,15 𝑘 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
333,15𝑘
= 5728, 633
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(4)
=
𝑙𝑛 323.15 𝑘
𝑙𝑛 298,15 𝑘 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
323,15𝑘
= 7738, 535
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(5)
=
𝑙𝑛 313.15 𝑘
𝑙𝑛 298,15 𝑘 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
313,15𝑘
= 12430, 444
ln(s) 1/T
1,02971361 1/353,15 = 0,0028
1,02467197 1/343,15 = 0,0029
1,01948122 1/333,15 = 0,0030
1,01413226 1/323,15 = 0,0031
1,00861514 1/313,15 =0,0032
Tabla 2. Tabla de valores de ln(s) y 1/T
para la gráfica.
Gráfica 3. ln(s) vs 1/T
4. Calor diferencial
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓
=
𝑙𝑛
𝑚
2
𝑚
1
 * 𝑅
1
𝑇
2
− 1𝑇
1
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(1)
=
𝑙𝑛 7,692 𝑀
𝑙𝑛 7,692 𝑀 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
353,15𝑘
= 3790, 500
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(2)
=
𝑙𝑛 7,143 𝑀
𝑙𝑛 7,143 𝑀 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
343,15𝑘
= 4501, 648
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(3)
=
𝑙𝑛 6,944 𝑀
𝑙𝑛6,944 𝑀 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
333,15𝑘
= 5619, 165
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(4)
=
𝑙𝑛 6.849 𝑀
𝑙𝑛 6,756 𝑀 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
323,15𝑘
= 7685, 304
∆𝐻
𝐷𝑖𝑓(5)
=
𝑙𝑛 7.692 𝑀
𝑙𝑛 9,434 𝑀 *1,98
𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙 𝑘
1
298,15𝑘 −
1
313,15𝑘
= 11230, 275
ln(s) 1/T
1,02971361 353,15 = 0,0028
1,02467197 343,15 = 0,0029
1,01948122 333,15 = 0,0030
1,01413226 323,15
1,00861514 313,15
Tabla 3. Tabla de valores de para laΔ𝐻
gráfica.
Gráfica 4. Δ𝐻 𝑣𝑠 𝑇.
5. Porcentaje de error calor diferencial del
ácido benzoico
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 𝑒𝑥𝑝−𝑡𝑒𝑜𝑡𝑒𝑜
|| || * 100
(1)%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3790,500 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
|| ||
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 41, 69 %
(2)%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (4501,648 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
|| ||
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 30, 75 %
(3)%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (5619,165 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
|| ||
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 13, 56 %
(4)%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (7685,304 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
|| ||
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 18, 22 %
(5)%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (11230,275 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
||
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 72, 75 %
𝑋 = 3790,500+4501,648+5619,165+7685,304+11230,275
𝑋 = 6565, 3784 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = (6565,3784 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)−(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)(6501 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙)
|| || *
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0, 99 %
Discusión de resultados
Para el análisis de la solubilidad del ácido
benzoico es importante tener en cuenta las
interacciones intermoleculares que son las
fuerzas de atracción que existen entre
moléculas de igual o distinta naturaleza.
Las interacciones intermoleculares son
muy importantes en los sólidos y los
líquidos. En estas fases condensadas lasmoléculas están en contacto mediante
fuerzas de cohesión y la naturaleza de
estas fuerzas influye en las propiedades
físicas de los compuestos, como el punto
de ebullición, el punto de fusión o la
solubilidad. El análisis de la polaridad y
distribución de los enlaces de las
moléculas nos permite predecir qué tipos
de interacciones intermoleculares se
podrían establecer entre ellas y estudiar
cómo la distinta naturaleza de dichas
fuerzas de cohesión intermolecular influye
en las propiedades físicas de los
compuestos.
Conclusiones
1. La solubilidad depende tanto de la
naturaleza del solvente como la del soluto,
además de de la temperatura y de la
presión.
3. Al disminuir la temperatura disminuye
la solubilidad del ácido benzoico.
4. Al aumentar la temperatura, se altera la
energía cinética de las moléculas
modificándose el equilibrio de las
tendencias opuestas de disolución y
cristalización.
2. El calor diferencial es un valor que
proporciona información sobre el cambio
de entalpía que tiene una solución al
agregar el soluto al solvente. De la misma
forma, nos indica la capacidad que posee
una sustancia para almacenar calor.
Bibliografía
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Unam. Obtenido de
Unam:http://depa.fquim.unam.mx/
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Redalyc.org:http://www.redalyc.or
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Solución y Propiedades
Termodinámicas Relacionadas: Un
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