PRACTICA No. 5 LA SOLUBILIDAD COMO UNA FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS

LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I "J.W. GIBBS"

PRACTICA No. 5

LA SOLUBILIDAD COMO UNA FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

José Armando Narváez Padilla, José Eduardo Sánchez Mendieta, Alan Morales Rodriguez

Introducción

Cuando un compuesto se disuelve en un solvente, se puede disolver máximo una cantidad de soluto en una cantidad dada de solvente a una temperatura determinada. A esta máxima cantidad se le conoce como solubilidad del soluto a una temperatura dada y constituye a una solución saturada.

Cuando se llega a la solubilidad de un soluto se establece un fenómeno reversible en el cual, a la velocidad con la que se disuelven las moléculas del soluto, ellas se juntan de nuevo en una fase aparte, en un proceso dinámico. Este fenómeno se conoce como equilibrio de solubilidad.

Cuando se trata de un soluto sólido, en el equilibrio sus iones o moléculas se unen para precipitar como sólido, a la misma velocidad con que se disuelven. Cuando la cantidad de soluto es menor a la solubilidad, se constituye lo que se denomina una solución insaturada.

Por otra parte cuando una solución se satura, en muchas ocasiones es posible seguir disolviendo soluto, aumentando la temperatura de la solución. Después de enfriarla es posible obtener una solución relativamente estable, conocida como solución sobresaturada. Estas soluciones no son estables del todo y cualquier cambio de temperatura o agitación mecánica las puede desestabilizar, liberando el exceso de soluto en una fase aparte y formando cristales.

La temperatura influye de manera importante en la solubilidad de un soluto dado, esto se debe a que al aumentar la temperatura usualmente aumenta la solubilidad para muchas sustancias; sin embargo, para otras puede llegar a ocurrir una disminución.

La mejor manera de determinar la influencia de la temperatura sobre la solubilidad es determinarla experimentalmente frente a la temperatura y construir una gráfica de solubilidad vs temperatura para obtener lo que se denomina una curva de solubilidad.

La presión es otro factor que influye a la solubilidad de los gases en líquidos pero no afecta a la de los sólidos o líquidos, particularmente se debe a que estos no son compresibles. El químico William Henry halló que la solubilidad de un gas varía proporcionalmente con su presión parcial, expresado como la “ley de Henry” a través de la ecuación:

Gas[pic 1]

Donde S representa la solubilidad del gas, PGas la presión parcial del gas y K una constante de proporcionalidad, conocida como la constante de Henry.

Una aplicación de la ley de Henry se halla en las bebidas gaseosas o carbonatadas, donde éstas son envasadas a alta presión con dióxido de carbono, CO2; al destaparlas se nota el cambio de presión por el ruido que se produce la descompresión al escapar parte del gas disuelto.

Experimentalmente, se determina la solubilidad en fracción molar de una sustancia sólida en un solvente líquido a diferentes temperaturas, con la finalidad de obtener su curva de solubilidad y de calcular su calor de disolución aplicando la siguiente ecuación:

                Ln X = - (ΔH / RT) + B

Donde:

X es la fracción molar

        ΔH es el calor de disolución

        R = 1.987 calorías mol-1 K-1 , es la constante general de los gases

        T la temperatura absoluta

B es una constante

OBJETIVO.

                Determinar la solubilidad del ácido benzoico a diferentes temperaturas y calcular el calor de disolución.

HIPÓTESIS

La cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de un disolvente es limitada. De hecho, la cantidad máxima en la que ambos componentes se pueden mezclar formando una fase homogénea depende de la naturaleza de ambos y de la temperatura. El azúcar, por ejemplo, es soluble en agua, pero si en un vaso de agua añadimos cada vez más y más azúcar, llegará un momento en el que ésta ya no se disuelva más y se deposite en el fondo. Además, se disuelve más cantidad de azúcar en agua caliente que en agua fría.

La cantidad máxima (en gramos) de cualquier soluto que se puede disolver en 100 g de un disolvente a una temperatura dada se denomina solubilidad de ese soluto a esa temperatura. Así, la solubilidad se expresa en gramos de soluto por 100 g de disolvente. La solubilidad de una sustancia pura en un determinado disolvente y a una temperatura dada es otra de sus propiedades características.

Cuando una disolución contiene la máxima cantidad posible de soluto disuelto a una temperatura dada, decimos que está saturada a esa temperatura. En este caso, si añadimos más soluto, éste se quedará sin disolver. Por tanto, de acuerdo con la solubilidad del soluto, se pueden preparar soluciones diluidas, saturadas y sobresaturadas.

En esta práctica se determinará la solubilidad del ácido benzoico, esto se realiza  partir del cálculo de las diferentes concentraciones (conocidas por medio de una titulación) a diferentes temperaturas y haciendo la comparación con el agua (expresada en gramos) para la cual se deberá construir una curva de solubilidad declarando las siguientes variables coeficiente de solubilidad vs temperatura de la alícuota.

MATERIAL Y SUSTANCIAS

1 matraz de aforación de 250 ml

3 matraces erlenmeyer de 125 ml

1 recipiente de aluminio

1 termómetro de -10 a 150 °C

1 pipeta de 5 ml

1 tubo de goma empacado con algodón

1 parrilla

1 bureta

1 pinza para bureta

250 ml de solución de NaOH 0.01 M

75 ml de solución saturada de ácido benzoico a 50°C

Solución de fenolftaleína

Hielo

PROCEDIMIENTO

1. Prepare la solución saturada de ácido benzoico agregando 1 g de ácido a 100 ml de agua destilada. Caliente hasta que se disuelva completamente el ácido.
2. Agite para homogeneizar la temperatura de la solución hasta que alcance  los 45°C.
3. Tome una alícuota de 10 ml  auxiliándose  del tubo de goma empaquetado con algodón para que sirva de filtro. Mida más de 10 ml de la solución con la pipeta, retire  el tubo con algodón. Ahora mida los 10 ml de la solución saturada del ácido. Colóquelos en un matraz erlenmeyer de 125 ml.
4. Titule la alícuota de 5 ml con solución de NaOH 0.01 M, utilizando como indicador solución de fenolftaleína hasta que se observe y permanezca un vire rosa tenue por lo menos durante 30 segundos.
5. Repita el mismo procedimiento a partir del punto 2 para 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10,5 y 0°C.

REPORTE

1. Los datos para cada muestra: volumen de muestra, volumen de titulante, temperatura de la muestra y su concentración molar.

1. Calcule las solubilidades del ácido benzoico en gramos/100 g de agua, considerando que la densidad de la solución es de 1 g/ml. Efectúe el cálculo para cada una de sus muestras a cada una de las temperaturas que trabajó.

1. Calcule las solubilidades del ácido benzoico en fracción molar a las diferentes temperaturas que trabajó.

1. Grafique el logaritmo natural de la solubilidad calculada en fracción molar en función del inverso de la temperatura absoluta, (1/T). Aplique el método de regresión lineal por el método de mínimos cuadrados.
2. Calcule de la pendiente el calor de disolución.
3. Calcule su porcentaje de error relativo experimental de la solubilidad a las diferentes temperaturas que trabajó.

Temperatura en °C                 Solubilidades del ácido benzoico                 en gramos/100 g de agua

1. 0.17

1. 0.21

1. 0.29

1. 0.41

1. 0.56

1. 0.78

Temperatura en°C                                 Solubilidades del ácido oxálico                                                         en gramos/100 g de agua

0                                                                3.54                                10                                                                6.08

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