Calor Diferencial De Solución

RESUMEN

Con el fin de determinar experimentalmente el calor diferencial de una solución de ácido benzoico en agua, haciendo uso de una extensión de la ecuación de Clausius-Clapeyron, se prepararon dos soluciones con 0,5 g de ácido benzoico más 100 ml de agua y dos soluciones con 2,5 g de ácido benzoico más 100 ml de agua, todas las soluciones se llevaron e ebullición por diez minutos y se enfriaron, las dos primeras a 30°C y las dos últimas a 50°C, seguidamente se colocaron en un baño térmico a la temperatura requerida para cada caso (25 y 43°C, respectivamente), hasta alcanzarse el equilibrio térmico.

Las soluciones fueron tituladas por triplicado con una solución de NaOH 0,0504mol/l, previamente estandarizada con biftalato de potasio y de esta forma se pudo conocer los moles de ácido benzoico para cada solución, con estos moles y la masa de agua (en kilogramos), se determinó la molalidad del agua para cada solución. Las moladidades a 25° y a 43°C se promediaron para obtener un solo valor de cada una de ellas, los valores obtenidos fueron: 0,05289 mol⁄kg a 43°C y 0,02831 mol⁄kg a 25°C , y al introducirlas en la ecuación de Clausius-Clapeyron, se pudo conocer con facilidad el calor diferencial de solución experimentalmente para el ácido benzoico en agua.

El calor diferencial de solución experimentalmente para el ácido benzoico en agua obtenido fue de 6496,93 cal/mol y al ser comparado con el experimental, cuyo valor es 6468,03 cal/mol (obtenido con los valores de solubilidad mostrados en la tabla número 7) muestran un error porcentual de 0,45%, indicando que los resultados obtenidos en esta experiencia son buenos.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Determinar experimentalmente el calor diferencial de una solución de una solución de ácido benzoico por medio de una extensión de la ecuación de Clausius-Clapeyron.

Objetivos específicos:

Mantener una temperatura constante durante el experimento para llegar al equilibrio termico.

Calcular la molalidad de las soluciones de ácido benzoico a 25 y 43°C.

INTRODUCCIÓN

La mayor parte de la química tiene lugar en disoluciones, las cuales son consideradas mezclas homogéneas, es decir, sistemas monofásicos con más de un componente. Por lo que, la termodinámica en las disoluciones se formula en términos de las propiedades molares parciales, sus definiciones, interrelaciones y determinación experimental.

El proceso de dilución de una sustancia suele ir acompañado de una absorción, o un desprendimiento de calor. De esta manera el cambio de entalpia por mol de soluto añadido, cuando este se adiciona a T (temperatura) y P (presión) constantes a una disolución de composición constante se denomina calor diferencial de disolución, la cual es una propiedad intensiva que depende de T, P y la composición de los disolventes. Según otra definición más exacta “ Si dn moles de un sólido puro i, con una entalpia molar H ̅i°, se añaden a una sola solucion a T y P constantes en la cual la entalpia molar parcial es H ̅i, el calor absorbido será dq=dH= (H ̅i-H ̅i°)dn (el sistema contiene solido solución). El calor diferencial de solucion se define como dq⁄(dn:)

dq⁄(dn=) H ̅i-H ̅i° (1)

Y se determina conociendo la solubilidad de una sustancia a diferentes temperaturas y usando una relación extendida de la ecuación de Clauisius-Clapeyron:

(d ln⁡S)/dT= (∆H_s)/(RT^2 ) (2)

Integrando dicha ecuación se obtiene que:

ln(S^'/S) =(∆H_s)/R ((T^'-T)/(T×T')) (3)

Dónde:

〖∆H〗_S=ln( S'/S ) R ( T'T/(T'-T) )

Recordando, que para la realización del experimento se debe asumir que la entalpía no varía con la temperatura y que la solución evaluada es ideal.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales:

Para ésta práctica se utilizaron los siguientes reactivos: agua destilada, ácido benzoico, NaOH , fenolftaleína; y los instrumentos usados fueron: varilla de vidrio, bureta, pipeta, termómetro, elermeyers, balanza analítica, beakers, balones aforados, cacerolas, cocinilla y pesa sustancias.

Metodología:

Se colocaron 0,5 g de ácido benzoico en cada uno de los erlenmeyers de 250 ml y le fueron añadidos 100 ml de agua destilada, las mezclas fueron calentadas a ebullición por 10 minutos, para así ser enfriadas cuidadosamente con agua de chorro hasta 30°C. Luego se colocaron por 30 minutos en un baño térmico a 25°C, con el fin de alcanzar el equilibrio térmico en el sistema, después de alcanzar el equilibrio se tomaron alícuotas de 5ml de cada sustancia mediante la ayuda de una pipeta volumétrica (calentada en la cocinilla para evitarla cristalización del ácido benzoico) conteniendo un pedacito de tubo de hule con lana de vidrio, de esta forma el precipitado no entró en ella. Las muestras fueron tituladas con hidróxido de sodio 0,05M usando como indicador fenolftaleína.

Cabe destacar, que el procedimiento se realizó completamente por segunda vez pero el equilibrio térmico se colocó en este caso a 43 °C y las soluciones contenían 2,5 g de ácido benzoico.

DATOS Y RESULTADOS

Para la realización de esta práctica fue necesario la preparación de una solución de hidróxido de sodio (0,0504M) y estandarizarla, los resultados obtenidos en la estandarización de la solución se muestra en la tabla 1.

Tabla N° 1: Masas de biftalato, volúmenes de NaOH gastados y concentraciones

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