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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS DIVISIÓN DE ESTUDIOS BÁSICOS SECTORIALES DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

SOLUBILIDAD DEL ACIDO BENZOICO Y DETERMINACIÓN DE SU CALOR DE SOLUCIÓN

Presentado por: Br. Ana K. Omaña G. CI.: 20.861.946

Maracaibo, enero de 2011

-2-

RESUMEN En el presente informe se reporta la determinación experimental del calor de solución y el estudio de la variación de la solubilidad del acido benzoico en función de la temperatura . Empleando el método de valoración, se utilizó una solución de NaOH como titulante tomando alícuotas del acido a diferentes temperaturas desde 70-30 ºC. Los resultados obtenidos para el calor de solución experimental y su porcentaje de error fueron de 14,135 kJ/K y 51,95 % respectivamente. Las relaciones de las solubilidades vs. las temperaturas señaladas, se demuestra una reacción de naturaleza endotérmica. INTRODUCCIÓN Todo proceso de disolución lleva asociado un valor de energía (calor) que puede liberarse en el proceso ocasionando un aumento de la temperatura. También podría absorberse; en este caso provocaría una disminución Cuando la disolución tiene lugar en condiciones de presión constante, a esa energía absorbida o liberada, se la denomina calor de disolución o entalpía de disolución, ∆H Disolución

Durante el proceso, el sistema absorbe energía (calor) se dice que es endotérmico y viene caracterizado por un valor de ∆H

Disolución

positivo. Cuando la energía se libera, el proceso

es exotérmico y el signo de ∆H Disolución es negativo1 Solubilidad, temperatura y ∆H Disolución La relación matemática que existe entre la solubilidad y la temperatura, queda reflejada en una función que engloba a la entalpía de disolución: d lnS/ Dt =∆H Disolución RT (1) Donde, s = solubilidad T = temperatura R = constante de los gases ideales

-3Integrando y suponiendo que ∆H

Disolución

es un valor constante que no depende de la

temperatura se llega a:2 ∫dln S=∫∆H Disolución /RT2. dT

lnS= -H Disolución/ R. 1/T+C (2)

Los objetivos generales de esta experiencia es determinar la solubilidad del acido benzoico como una función de la temperatura, evaluar a partir de una grafica ln S vs 1/T el calor de dilución e identificar la naturaleza exotérmica o endotérmica del proceso. PARTE EXPERIMENTAL Se armó un baño de agua termotatizado, controlando su temperatura a 70 ºC. Se vertió 500 ml de agua destilada en un vaso de precipitado y se colocó en la plancha de calentamiento. Se peso 4 gramos de acido benzoico y se disolvió en un Erlenmeyer de 500ml con agua destilada previamente hervida. Se llevó la solución madre al termostato, en donde se dejó un cierto tiempo para estabilizar la temperatura de la solución madre a la temperatura del baño. Se tomó tres nuestras de 10ml de la solución madre rápidamente y se vertió en Erlenmeyers de 125ml,

asegurándose de que la muestra tomada no contuviera acido

benzoico sólido. Se lavó la pipeta volumétrica con agua caliente, agregándola al Erlenmeyer. Se titulo las muestras con una solución de NaOH 0.1M

(previamente

estandarizada), agregándole la fenolftaleína como indicador.Se repitió el procedimiento a temperaturas de 60, 50, 40 y 30 ºC. RESULTADOS Y DISCUSIONES Estandarización del NaOH 1) Moles (KHC8H4O4) = 0,3298g/204,22g/mol »»»» Moles (KHC8H4O4)=0,001615mol=moles NaOH

Moles (NaOH)= 0,001615mol/0.0,0163L »»»» Moles (NaOH)= 0,0991mol/L 2) Moles KHC8H4O4=0,3067g /204,22g/mol »»»» Moles (KHC8H4O4)= 0,001502mol=moles NaOH Moles (NaOH)= 0,001502mol/0,0145L »»»» Moles (NaOH)= 0,1036mol/L 3) Moles KHC8H4O4=0,3088g/204,22g/mol »»»» Moles KHC8H4O4= 0,001512mol=moles NaOH

-4Moles (NaOH)= 0,001512mol/0,0148L »»»» Moles (NaOH= 0,1022mol/L

El promedio de las concentraciones de NaOH obtenidas se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1. Resultados experimentales del NaOH Masa del KHC8H4O4 0,3298 g 0,3067 g 0,3088 g

Volumen gastado NaOH 16,3 ml 14,5 ml 14,8 ml

Molaridad NaOH 0,0991 M 0,1036 M 0,1022 M x= ̄ 0,101 M

Determinación de la solubilidad experimental del acido benzoico Mediante el volumen gastado de NaOH se obtuvieron las siguientes solubilidades a diferentes temperaturas:  S(70ºC) = 0,101 M x 10,0ml = 0,101 mol/l 10 ml

 S(60ºC) = 0,101M x 9,5ml = 0,0960 mol/l 10 ml

 S(50ºC) = 0,101M x 7,9ml = 0,0798 mol/l 10 ml

 S(40ºC) = 0,101M x 6,4ml = 0,0646 mol/l 10 ml

 S(30ºC) = 0,101M x 5,4ml = 0,0545 mol/l 10 ml Tabla 2. Datos del acido benzoico obtenidos experimentalmente

-5Muestras 70 ◦C 60 ◦C 50 ◦C 40 ◦C 30 ◦C

Volumen valorado NaOH (ml) 10,1; 10; 10 9,6; 9,5; 9,5 7,7; 8,5; 7,4 6,6; 6,5; 6,2 5,6; 5,1; 5,4

x̄

Solubilidad mol/L

10,0 9,5 7,9 6,4 5,4

0,101 0,0960 0,0798 0,0646 0,0545

En la tabla 2 se puede observar un incremento de la concentración del acido benzoico en la solución, a medida que aumenta la temperatura. De ello se deduce que existe una relación directamente proporcional entre la temperatura y la solubilidad del acido benzoico, lo cual es congruente con el hecho de que la solubilidad de los compuestos orgánicos generalmente aumenta con la temperatura. Tabla 3. Datos para la representación grafica

T (◦C) 70 60

T (◦K) 343 333

Solubilidad mol/L 0,101 0,0960

Ln S -2,2926 -2,3434

1/T (◦K) 0,002915 0,003003

50

323

0,0798

-2,5282

0,003096

40

313

0,0646

-2,7395

0,003195

30

303

0,0545

-2,9095

0,003300

En la tabla 3 se muestran los datos teóricos y experimentales de LnS Vs 1/T (ºK), que se utilizaron para elaborar las graficas 1 y 2 respectivamente. Tabla 4. Solubilidad tabulada del acido benzoico

T (◦K)

Solubilidad mol/L

Ln S

343

……….

----------

333

0,09460

-2,3581

323

0,06346

-2,7574

313

0,04545

-3,0911

303

0,03357

-3,3941

293

0,02375

-3,7402

-6-

Grafica 1. S vs. T

Solubilidad mol/L

0,12 0,1

0,096

0,08 0,06

0,101

0,0798 Serie1

0,0646 0,0545

Lineal (Serie1)

0,04 0,02 0 300

320

340

360

T(ºK)

En la grafica 1, todos los puntos a excepción de dos, forman una línea recta, lo cual evidencia la relación lineal entre LnS vs. T. Se dedujo que la solubilidad del acido benzoico es directamente proporcional a la temperatura.

-7-

Gráfica 2. LnS Vs 1/T (ºK)

-8-

y = -1700,164. x + 2,707

0 0,0028 -0,5

0,0029

0,003

0,0031

0,0032

0,0033

0,0034

Ln S

-1 -1,5

Serie1 Lineal (Serie1)

-2 -2,2926 -2,5

-2,3434

-2,5282 -2,7395

-3

-2,9095

-3,5 T(ºK)

En la grafica 2, se observa un comportamiento lineal de los puntos aunque uno de ellos no caen dentro de la recta. Tal hecho se atribuyo principalmente a errores al momento de la titulación de las muestras y a la variación de temperatura que sufrieron las mismas durante tal proceso, lo cual pudo producir la precipitación del ácido. Determinación del calor de solución (∆Hdis)

-9Si m = - ∆Hdis / R, se obtiene que ∆Hdis = - m . R ∆Hdis = - (-1700,164). 8.314 J/mol K = 14135,16 J/mol = 14,135 kJ/mol

∆Hdis > 0

Observando que se obtuvo ∆Hdis mayor a 0 se consideró el proceso como endotérmico. Cálculos estadísticos Utilizando el valor de ∆Hdis teórico (29423.2 J/mol) se obtiene Error absoluto =

x̄ -

Xreal

Error absoluto = 14135,16 J/mol – 29423,2 J/mol = -15288,04 J/mol Error relativo = Ea x 100 = -15288,04 J/mol x 100 = 51,95 % x̄real 29423,2 J/mol

CONCLUSIONES  La solubilidad de una sustancia depende fuertemente de la temperatura.  Dado que el calor de la solución fue mayor que 0, la reacción fue endotérmica.  Los resultados obtenidos para el calor de solución y su porcentaje de error fueron de14,135 kJ/K y 51,95 %.  En la gráfica experimental hay valores que no se ajustan a una recta debido a que las concentraciones a una temperatura dada no están muy cercanas.  Es posible hallar el calor de solución de una sustancia mediante el análisis de su solubilidad a diferentes temperaturas con una grafica de LnS vs. 1/T

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Raymond. C; 2002, Colombia 7ma Edición, Editorial McGraw-Hill. Pág.: 673.

- 10 2. Levine Iran, 2004, Fisicoquímica, Volumen 1, 5ta Editorial McGraw-Hill, 454.

edición, Madrid, España,

ANEXOS Tabla 1. Datos para el cálculo de la pendiente Ln S

1/T(ºK)

-2,293

2,915 x 10-3

-2,343

3,003 x 10-3

-2,538

3,096 x 10-3

-2,733

3,195 x 10-3

-2,919

3,300 x 10-3

y = -2,565

x = 3,101 x 10-3

b = y – mx b = - 2,565 – (-1700,164) 3,101 × 10-3 b = - 2,565 + 5,272 = 2,707 y = m. x + b y = -1700,164. x + 2,707

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