Laboratorio 5. Termodinámica de disolución de Bórax

Transcripción

1 Laboratorio 5. Termodinámica de disolución de Bórax Objetivo - Determinar el producto de solubilidad de bórax como función de la temperatura. - Determinar los cambios de energía de Gibb s libre estándar, la entalpía estándar y entropía estándar para la disolución de Bórax en solución acuosa. Introducción Bórax, Na B O 5 (OH) 8H O, disuelve levemente en agua para dar iones sodio, anion borato y agua de acuerdo a la siguiente ecuación ( 5-1) Na B O 5 (OH) 8H O (s) Na 1+ (aq) + B O 5 (OH) - (aq) + 8H O (l) ( 5-1) El producto de solubilidad, Ksp, es igual al producto de las concentraciones molares de los iones, cada uno elevados a sus respectivos coeficientes estequiometricos en la ecuación balanceada. Como consecuencia de la titulación y de acuerdo a la estequiometria de la disolución de Bórax, la concentración molar del ion sodio en la solución saturada es dos veces que la determinada experimentalmente del anion BO( OH). 5 [Na + ] = x[ BO ] ( 5-)

2 El producto de solubilidad del bórax a la temperatura medida, por lo tanto es: Ksp = [Na + ] [ BO( OH) ] = [x[ BO ( 5 OH 5 ) ]] x [ BO ( ) 5 OH ]= [ BO ] 3 ( 5-3) Ksp = x Molaridad Borax = [ BO ] 3 ( 5-) El anion BO es la base conjugada del ácido bórico débil y es capaz de aceptar dos protones de una ácido fuerte en solución acuosa: BO (aq) + H + (aq) + 3H O (l) H 3 BO 3 (aq) ( 5-5) Por lo tanto la concentración molar del anion en una solución saturada de Bórax puede ser medida por análisis titrimetrico de una solución de bórax usando una solución de ácido clorhídrico estandarizada como titulante. La energía libre de un proceso químico es proporcional a su constante de equilibrio de acuerdo a la ecuación: G 0 = -RTln(Ksp) ( 5-6) Donde R es la constante de los gases y T es la temperatura en K. Adicionalmente, el cambio en energía para un proceso químico es función del cambio en entalpía, y el cambio de entropía para un proceso :

3 G 0 = H 0 - T S 0 ( 5-7) Cuando las dos expresiones son iguales para una sal levemente soluble, -RTln(Ksp)= H 0 - T S 0 ( 5-8) Rearreglando y resolviendo para lnksp, 0 0 H 1 S ln Ksp = + (5-9) R T R Una relación lineal existes cuando los valores de LnKsp son obtenidos a varias temperaturas y se grafican como función del inverso de estas temperaturas. La pendiente negativa es igual a H R 0 y el intercepto (cuando x=0) es igual a S R 0. Puesto que R es una constante los valores de H 0 y S 0 son fácilmente calculados.

4 Procedimiento Precauciones: - No transfiera ningún sólido de Bórax para la titulación. - No olvide agitar constantemente antes de que se alcance el equilibrio. - Para asegurar la formación de solución saturada, bórax sólido siempre debe estar presente en la solución. Adicione mas bórax si es necesario. - Si después de haber transferido alícuotas a determinada temperaturas, la solución saturada queda con poca agua, puede adicionar más. Estandarización del HCl Pese aproximadamente gramos de carbonato de sodio (Na CO 3 ). Agregue 0 ml de agua destilada. Titule con HCl 0.1 M utilizando naranja de metilo como indicador (cambia de color amarillo a rojo claro). Haga este procedimiento una vez más y tabule sus datos.

5 Determinación de Ksp a diferentes temperaturas En el laboratorio usted encontrara el siguiente montaje: Solucion saturada de Borax Controlador de temperatura Figure 5-1. Montaje Experimental 1. Coloque el baño a 35 0 C y espere que alcance esta temperatura.. Permitir que el bórax se siente en el fondo del tubo hasta que la solución este clara (eso tomara varios minutos, sea paciente). Después que halla transcurrido este tiempo, el equilibrio se ha alcanzado. 3. Cuando el equilibrio térmico se halla alcanzado transfiera dos alícuota 5.00 ml de la solución clara con una pipeta aforada y transfiera cada alícuota a un erlenmeyer (el cual previamente debe tener 10 ml de agua destilada).. Titule estas soluciones con HCl 0.1 M (previamente valorizado) utilizando verde de bromocresol como indicador (cambia de azul a amarillo claro). 5. Repita este procedimiento para 5 0 C, 15 0 C y 5 0 C, para un total de 8 muestras. Anote todos sus datos en su tabla de datos

6 Cálculos Determinación de la concentración real del HCl (M) 1. VHCl (ml) VHCl (L)= mol. Moles de NaCO 3= gramos de Na CO 3x (PM) 106 g 3. Moles de HCl= Moles de Na CO x 3 Moles de HCl 3. Molaridad HCl (M)= = V HCl(L) 1 Exprese la molaridad como el promedio. Determinación del producto de solubilidad (Ksp) para el bórax El anion BO es la base conjugada del ácido bórico débil y es capaz de aceptar dos protones de una acido fuerte en solución acuosa: BO (aq) + H + (aq) + 3H O (l) H 3 BO 3 (aq) Por lo tanto la concentración molar del anion en una solución saturada de Bórax puede ser medida por análisis titrimetrico de una solución de bórax usando una solución de ácido clorhídrico estandarizada como titulante.

7 moles HCl 1 mol B O ( OH ) 5. mol BO 5( OH ) = volumen HCl(L)xMolaridad HCl x L moles HCl 5 6. Vsample (ml) Vsample (L)= Molaridad B O OH molesb O ( OH) = = 5 Volumen muestra(l) 6 5 5( ) 8. Molaridad B O OH 5( ) = Molaridad Borax Como consecuencia de la titilación y de acuerdo a la estequiometria de la disolución de Bórax, la concentración molar del ion sodio en la solución saturada es dos veces que la determinada experimentalmente del anion BO( OH). 5 [Na + ] = x[ BO ] El producto de solubilidad del bórax a la temperatura medida, por lo tanto es: Ksp = [Na + ] [ BO( O [ 5 H ] = [x BO( OH) ]] x[ BO( OH) ) 5 5 ]= [ BO 5( OH) ] 3 9. Ksp = x Molaridad Bórax = [ BO ] 3

8 Determinar los valores de solubilidad molar y producto de solubilidad a cada temperatura. Tabule sus cálculos de la siguiente forma T (C ) MOLES MOLARIDAD MOLARID KSP B O( OH) 5 DE BO(OH) 5 AD BORAX

9 Para la construcción de la grafica experimental Exprese la temperatura en grados Kelvin. Construye una Tabla de la siguiente forma. T (K) = C TEMPERATURA (K) KSP 1/T LN KSP Grafique lnksp (Eje x) Vs 1/T(K) (Eje y) para todos valores. Halle H o, S o y G o usando la siguiente ecuación: H 1 S ln Ksp = + R T R 0 0 Referencias mics_of_borax_dissolution.pdf#search=%%0borax%0dissolution%

10