REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DEL ZULIAFACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIASDIVISIN DE ESTUDIOS BSICOS SECTORIALESDEPARTAMENTO DE QUMICA

Solubilidad del cido Benzoico y determinacin de su calor de solucin

Elaborado por: Br. Glodualdo Jesus Roca LoaizaCI: 24255787Maracaibo, Noviembre de 2014.

RESUMENEn el siguiente informe se presenta los resultados arrojados en la prctica N 1 la cual tiene por objetivo: determinar la solubilidad del cido Benzoico como una funcin de la temperatura, y evaluar a partir de una grafica (ln S Vs 1/T) su calor de disolucin (disHm), esto a distintas temperaturas 70 C, 60 C, 50 C, 35 C, 25 C, usando el volumen gastado en la titulacin de la solucin madre (cido Benzoico agua) con NaOH a 1,006 M, y as calcular su solubilidad. A partir de los datos experimentales se construyo una grafica y se calculo el calor de disolucin molar experimental a partir de su pendiente.

INTRODUCCINDependiendo de la naturaleza de las especies y variables como la temperatura y la presin, es posible dispersar uniformen mente una especie qumica en otra, y tener as una disolucin, en esta se pueden identificar dos elementos, uno en menor proporcin el soluto, y otra en mayor proporcin con respecto a la anterior, es decir, el solvente.1 La practica N 1 tiene por finalidad demostrar el efecto de la temperatura en la solubilidad del soluto, en este caso de cido Benzoico (soluto) en agua (solvente), como se mencion anteriormente, existe una estrecha relacin entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente presentes en una disolucin, a esto se le llama solubilidad; definida como la cantidad mxima de soluto que puede disolver una cantidad dada de solvente a una cierta temperatura.2 Una vez alcanzado este punto se est en presencia de una disolucin saturada, donde existe un equilibrio dinmico entre el soluto en disolucin, y una cantidad de soluto no disuelto (en exceso), en este caso al agregar ms soluto, este precipitara inmediatamente al no ser el disolvente capaz de disolver mas molculas de soluto. Por lo tanto se podra aumentar o disminuir la solubilidad si se vara la temperatura de la disolucin, relacin que viene descrita por: (1)Donde S denota la solubilidad del soluto en cuestin, disHm diferencial de la entalpia de disolucin molar, T la temperatura de trabajo y R es la constante de los gases ideales. Una ecuacin alternativa es: (2)Observe que esta relacin permite obtener disHm a partir de la pendiente de la recta tangente a una curva de s en funcin de T. Integrando la ecuacin (2) evaluada entre dos temperaturas, y considerando despreciable la variacin de la entalpa se obtiene: (3)Segn la ecuacin (3), un grfico de ln(s) en funcin de 1/ T debera ser una recta de cuya pendiente podra obtenerse disHm.3 Teniendo en cuenta lo expuesto con anterioridad, se realizo un estudio con el fin de demostrar experimentalmente, la influencia de la temperatura en el estado de equilibrio de una solucin saturada de cido Benzoico y agua (solucin madre), y adems determinar la naturaleza exotrmica o endotrmica del proceso, basndose en los datos arrojados por la grafica construida.

PARTE EXPERIMENTALSe arm el bao de agua termotatizado y se control inicialmente su temperatura a 70 C. Se agregaron 500 ml de agua destilada en un vaso de precipitado y se coloc el mismo, en la plancha de calentamiento hasta hervir. En un Erlenmeyer de 500 ml, se pesaron 4 g de cido Benzoico, los cuales se disolvieron en 250 ml de agua destilada previamente hervida. Se llev la solucin al termostato hasta la estabilizacin de la temperatura de la solucin madre con la temperatura del bao termotizado. Se tomaron tres alcuotas de 10 ml las cuales se vertieron en 3 Erlenmeyers de 125 ml. Por ltimo se titularon las muestras con una solucin de hidrxido de sodio 0,1 M (previamente valorada con 0,2g de biftalato de potasio (C8H5KO4) aproximadamente empleando fenolftalena como indicador. Se anot el volumen gastado de NaOH para cada experimento. Observacin: El procedimiento descrito anteriormente, se repiti variando la temperatura de forma de decreciente: 60, 50, 35 y 25C.

RESULTADOS Y DISCUSINEn la tabla N1 titulada Estandarizacin de Hidrxido de Sodio NaOH se expresan la concentracin de NaOH, en trminos de volumen consumido en una valoracin cido base, usando como patrn primario biftalato de potasio, observe que la concentracin promedio es de 0,1006 M y esta presenta un error del 0,72%, mucho menor al 5% por lo que se puede asegurar que se est en presencia de un estudi con un alto grado de exactitud. Este error se puede atribuir a la naturaleza no ideal del proceso, tanto de las reacciones como del medio en la que estas transcurrieron, as como tambin a sobrepasar el punto de viraje en la titulacin.

Tabla N 1: Estandarizacin de Hidrxido de Sodio NaOH.Masa. (g) C8H5O4KVol. (ml) NaOHConcentracin de NaOH. (M)Promedio. (M)

0,2019,80,10041,006

0,24311,70,1017

0,21410,50,0997

En la tabla N 2 titulada Titulacin del cido Benzoico con hidrxido de sodio a distintas temperaturas (Ver Anexo N5). Estn tabulados los volmenes necesarios para alcanzar el viraje (incoloro - rosa) de la fenolftalena, en la titulacin cido-base de 10 ml de solucin madre de cido Benzoico [C6H5COOH] con Hidrxido de Sodio [NaOH] previamente estandarizado (0,1006 M), a las temperaturas de 70C, 60C, 50C, 35C y a temperatura ambiente, con el fin de conocer los moles que reaccionan del C6H5COOH y as determinar su solubilidad a las temperaturas de trabajo. Ntese que a medida que incrementa la temperatura aumenta el volumen [NaOH] necesario para alcanzar el viraje, esto se puede explicar al usar el principio de Le Chtelier de modo que se considera al calor como un reactivo para las reacciones endotrmicas (que absorben calor) y como un producto para aquellas exotrmicas (que liberan calor).Endotrmica: Reactivos + calor productosExotrmica: Reactivos productos + calorCuando la temperatura de un sistema en equilibrio aumenta, el sistema reacciona como si se adicionara un reactivo a una reaccin endotrmica o un producto a una reaccin exotrmica. El equilibrio se desplaza en el sentido que consume el reactivo en exceso (o producto), es decir el calor.4C6H5COOH + NaOH C6H5COO-Na + H2OEn esta reaccin al aumentar la temperatura (70C) el equilibrio tiende a la izquierda consumiendo reactivos, en otras palabras, consumiendo mayor cantidad de NaOH en la titulacin, caso contrario al disminuir la temperatura (25C) el equilibrio se desplaza hacia el consumo de los productos. En la tabla 3 titulada relacin temperatura y solubilidad estn tabulados los promedios de la solubilidad experimental del cido Benzoico en agua, expresadas como (mol de soluto /kg de solvente), con el fin de evitar trabajar en unidades que dependan de la temperatura, como lo es el volumen. Adems se expresa el promedio de las temperaturas de trabajo, que corresponden a los 70C, 60C, 50C, 35C, y temperatura ambiente, y adems expresadas como 1/T en K, y el logaritmo natural de la solubilidad experimental. En esta tabla se puede apreciar de manera ms directa como al aumentar la temperatura de las aguas madre aumenta la solubilidad.

Tabla N 3: relacin temperatura y solubilidadT terica (C)Promedio:T experimental (C)Promedio:1/T (K)Promedio:S (mol/kg)Promedio:Ln S

7070,252,912x10-30,1006002-2,2971

60583,064x10-30,0866392-2,4490

5950,053,09x10-30,0772077-2,5671

3534,53,25 x10-30,0447639-3,1260

2524,63,362x10-30,028834-3,5463

En la tabla N4 titulada datos de anlisis y regresin lineal. Estn tabulados el coeficiente de correlacin lineal para la grafica construida a partir de los datos presentados en la tabla anterior (ver grafica N 1 y N 2), este tiene un valor de 0,945 lo que indica que el experimento tiene un buen ajuste experimental, adems se muestra la pendiente de la recta de regresin con un valor de -2917, con el cual se calculo El calor de disolucin molar (experimental), y as compararlo con El calor de disolucin molar (terico). Ntese que el calor de disolucin molar experimental es muy cercano al terico, por lo que se puede asumir que en trminos de repetitividad, la experiencia puede usarc como referencias para estudios posteriores, esto es considerando el erro relativo obtenido de 0,312%. Es importante identificar las fuentes de error, entre estas estn el carcter no ideal del proceso, de los reactivo, y el ambiente, pues no se trabajo en condiciones isotrmicas o isobricas, adems como anteriormente se menciono la tendencia a sobrepasar el punto final de la titulacin es muy alta, al usar un indicado acido-base.

Dado que el calor de disolucin molar experimental es positivo se asegura que la disolucin de cido Benzoico en agua es un proceso endotrmico, teniendo esto sentido, ya que el cido Benzoico para solubilizarse necesita absorber calor del sistema para aumentar su energa cintica y provocar que vaya disminuyendo de forma progresiva su compacidad como slido.

Ecuacin de la rectaPendientedisHm (exp)disHm (teo)5Coeficiente de correlacin (r2)Erro r.

Y = -2917X + 6,350-291724,252 kJ/mol24,328 kJ/mol0,9450,312%

Tabla N4: datos de anlisis y regresin lineal.

La grafica N 1 (ver Anexo) muestra una relacin casi lineal entre el promedio de la solubilidad experimental expresada en mol/kg y el promedio de la temperatura expresada en C, con un coeficiente de correlacin de 0,9842 que seala un buen ajuste experimental. A su vez la grafica N 2 (ver anexo) expresa una relacin de carcter lineal entra el promedio del ln S, y el promedio del inverso de la temperatura en K muestra caractersticas similares.

Anexos:1) Ejemplo del clculo de la solubilidad:

Ln(S) = Ln (0, 09557) = -2,34782) Clculo de la Entalpa molar de solucin (disHm):a) disHm = -Ln(S) R T disHm = -mR disHm = -(-2917)8,314J/molb) disHm = 242519J/mol disHm = 24,252 kJ/mol

3) Clculo del error absoluto.Eab = | Xexp Xteo | Eab = | 24,252 - 24,328 | = 0,076

Grupo 1Grupo 2Grupo 3Grupo 4

T CVol. NaOHMolT CVol. NaOHMolT CVol. NaOHmolT CVol. NaOHmol

709,59,557x10-46910,31,0361x10-37010,01,006x10-37210,21,026x10-4

587,97,947x10-4608,258,288x10-4569,79,758x10-4588,68,651x10-4

5099,054x10-4507,77,746x10-4527,37,343x10-4506,56,74x10-4

345,85,834x10-4353,83,822x10-4353,53,521x10-4344,74,728x10-4

242,82,816x10-4242,92,917x10-4252,92,917x10-4

Tabla N 2: Titulacin del cido Benzoico con hidrxido de sodio a distintas temperaturas.

Nota: Esta tabla expresa los datos arrojados por la experiencia de cada grupo que conforma la seccin 003 del laboratorio de Fisicoqumica I.

Grafico N1: solubilidad del acido benzoico como funcin de la temperatura.

Grafico N 2: ln solubilidad de acido benzoico respecto al inverso de la temperatura.

CONCLUSIN.

1.- El grado en que una sustancia se disuelve en otra depende de la naturaleza tanto del soluto como del disolvente. Tambin depende de la temperatura y, al menos en el caso de los gases, de la presin.2.- Al incrementar la temperatura del cido benzoico la solubilidad del mismo aumenta, pero si se disminuye la temperatura del sistema la solubilidad del cido benzoico disminuye drsticamente. 3.- Cuando la temperatura de un sistema en equilibrio aumenta, el sistema reacciona como si se adicionara un reactivo a una reaccin endotrmica o un producto a una reaccin exotrmica.4.- Cuando se produce un aumento en la temperatura, altera la energa cintica de las molculas se altera, y por tanto, se modifica el equilibrio entre las tendencias opuestas de disolucin y cristalizacin que estn en accin en una solucin saturada.5.- Las sustancias con fuerzas de atraccin intermoleculares similares tienden a ser solubles entre s.6.- El calor absorbido cuando se disuelve un mol de un soluto en un disolvente a presin constante es denominado entalpia molar de disolucin, Hdisolucin.7.- La entalpa de disolucin, como en este caso, tiene un valor positivo si cuando se forma la disolucin se absorbe calor (endotrmico). Y, ser negativo si, por el contrario, se liberara calor cuando se forma la disolucin (exotrmico).

REFERENCIAS

1.- Levitt B.P.1979. Qumica Fsica Prctica de Findlay. Editorial Reverte. 9na Edicin. Espaa. Pgina: 166.2. - Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce E. Burstend, Catherine J. Murphy, 2009. Qumica la Ciencia Central. Editorial Pearson Prentice Hall. 11va Edicin. Pginas: 535 541.3. - Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce E. Burstend, Catherine J. Murphy, 2009. Qumica la Ciencia Central. Editorial Pearson Prentice Hall. 11va Edicin. Pgina: 651.4.- Ritter L. Howard. 1956. Introduccin a la Qumica. Editorial Reverte, S.A. 1era Edicin. Pgina: 61.5. - CRC Handbook of Chemistry and Physics. 93rd Edition. 2012 - 2013.