Curva de Solubilidad del Sulfato de sodio en agua

Curva de Solubilidad del Sulfato de sodio en agua [pic 1]

Autor: Anamaria Vizla (15-11539)

Sartenejas, 28 de febrero del 2022.

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RESUMEN: Se determinó la curva de solubilidad del Sulfato de Sodio al 75% (Na2SO4), mediante la disolución de 1.00g, 2.00 g, 3.00g y 4.00g de Sulfato sólido en 10.00 ml de agua. Las temperaturas registradas en la realización de la curva de solubilidad variaron linealmente. Todas correspondientes a las masas por 10mL de solvente: 7ºC, 14ºC, 21ºC y finalmente 29ºC. Todas las temperaturas con un error de ±1 ºC. Se presentan procesos espontáneos a partir de 14ºC.

Palabras clave: Solubilidad, ∆G, Kps, Sulfato de sodio, Temperatura

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INTRODUCCIÓN

La tendencia a que ocurra una reacción es definida tanto por las concentraciones de reactivos como de la energía implicada en la reacción. La energía puede medirse termodinámicamente por el cambio de entalpía ΔH. Si la reacción libera calor es de tipo exotérmico, pero si se necesita suministrar energía para que pueda llevarse a cabo, se dice que es de tipo endotérmica. Pero además de la energía absorbida o liberada, para saber si la formación del producto se ve favorecida o no, analizar el cambio de entropía (ΔS) es crucial para determinar si se obtendrá el producto deseado. En este sentido, el licenciado Gary C. en su tomo Química Analítica, sexta edición expone que “la entropía es la medición del desorden o de aleatoriedad de una sustancia o de un sistema”. Es decir, esta propiedad termodinámica mide qué tantas posiciones pueden ocupar las moléculas de la sustancia, bien sea cuando se encuentra en estado sólido, líquido o gaseoso, o cuando reacciona con otra sustancia.

Tanto el ΔH como ΔS están íntimamente relacionadas por medio de la Energía Libre de Gibbs, llamada ΔG. Esta energía libre se define en el libro “Química” de Chang R. como “la energía disponible para realizar un trabajo” (p 798). A nivel de las reacciones químicas el ΔG es muy útil para determinar si la reacción ocurrirá de forma espontánea en dirección directa, favoreciendo la formación de productos (Si ΔG<0). O si la reacción ocurre en dirección opuesta (si ΔG>0).

Así pues, para predecir si la reacción ocurrirá o no y si se formarán los productos de interés, sobre todo cuando se desea obtener un producto sólido en forma de precipitado o por cristalización, se evalúa tanto ΔH, ΔS y ΔG, por medio de la siguiente relación

Δ𝐺 = Δ𝐻−𝑇Δ𝑆 𝑒𝑐.1

Sin embargo, la formación de productos no se mide solamente a nivel energético, sino también depende de la cantidad de reactivos presentes y de las propiedades de cada uno, tal como la acidez y basicidad, solubilidad, formación de complejos, reducción y oxidación y entre otros. En presente estudio se tomará en cuenta sólo la solubilidad de las sustancias implicadas, debido a que únicamente interesa determinar cómo afecta la temperatura a la solubilidad. Dado que la solubilidad “es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en un disolvente a una temperatura específica” (Petrucci, R. “Química” p. 544) está relacionada con las masas de los reactivos a través de la siguiente ecuación:

𝑆 = 𝑚.𝑣𝑜𝑙 𝑒𝑐.2

Y por medio del conocimiento de la solubilidad de los reactivos se puede determinar la constante de equilibrio de solubilidad, cuya importancia radica en expresar “la tendencia de que ocurra una reacción y en qué dirección” (Gary C. “Química Analítica” p. 191). Esta constante puede ser determinada a través de

AB (s) ↔ A+(ac) + B-(ac)

𝐾= [𝐴][𝐵] = s.s 𝑒𝑐.3

Es importante destacar que la relación entre la energía y las concentraciones de los reactivos, viene dada por

Δ𝐺= −𝑅𝑇𝐿𝑛𝐾 𝑒𝑐.4

Donde R es la constante de los gases (8,314 J/molK), T es la temperatura en Kelvin y K es la constante de equilibrio de solubilidad. La solubilidad depende de la temperatura y puede representarse por medio de una gráfica que muestra la relación entre ambas, conocida como “curva de solubilidad”.

En este sentido, el objetivo del siguiente estudio fue obtener la Curva de solubilidad del Sulfato de Sodio al 75% (Na2SO4) en agua, para conocer las condiciones de temperatura y su relación energética con la masa de reactivos presentes.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El experimento se basó en la determinación de la curva de solubilidad del sulfato de sodio. Para ello se midió 10,00 ml de agua destilada y se añadió a un tubo de ensayo junto con 4,00 g de la sal. Luego se calentó el tubo de ensayo en un baño maría a 45°C hasta que se logró la disolución completa del sulfato. Una vez disuelto se retiró el tubo y se dejó enfriar la solución a temperatura ambiente en el soporte universal donde se colocó el tubo de ensayo luego de salir del baño maría. Cuando comenzó la precipitación del sólido se tomó la temperatura, la cual se llamó “Temperatura de precipitación”. Este procedimiento se repitió tomando como muestra 3,00 g, 2,00 g y 1,00g de Na2SO4. Con los datos obtenidos se graficó la curva de solubilidad.

La temperatura se midió con un termómetro de apreciación ±1 °C y las masas fueron medidas directamente de una balanza cuya apreciación corresponde al ±0,001 g. Asimismo, las mediciones volumétricas se realizaron en un cilindro graduado de 10,00 ml con apreciación de ±0,1 ml.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las temperaturas registradas en la realización de la curva de solubilidad variaron linealmente. Todas correspondientes a las masas por 10mL de solvente: para (1,00 ± 0,001) gramo 7ºC, para (2,00 ± 0,002) gramos 14ºC, para (3,00 ± 0,003) gramos 21ºC y finalmente para (4,00 ± 0,004) gramos 29ºC. Todas las temperaturas con un error de ±1 ºC.

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