Laboratorio 6. Calor diferencial de olución Objetivo Determinar la olubilidad del ácido oxálico a diferente temperatura. Calcular el calor diferencial de la olución aturada. Teoría Uno de lo cao má imple de equilibrio e el de una olución aturada en contacto con un exceo de oluto. En ete equilibrio la molécula viajan del ólido a la olución con la mima velocidad a la que la molécula en la olución paan al ólido. La concentración que del oluto que e encuentra en ea olución aturada e denomina la olubilidad del oluto la cual ua una ecala arbitraria. En éte experimento utilizaremo la ecala molal, la olubilidad erá la molalidad (m ) del oluto en la olución aturada. Podemo etablecer la contante para dicho equilibrio la cual e: a K ( 6-1) a Donde, a repreenta la actividad del oluto en la olución aturada y a * la actividad del oluto puro. La alternativa para el etado etándar el el oluto puro a la temperatura y preión que etá envuelto, haciendo a * igual a uno. La actividad a e relaciona a la molalidad, m, del oluto por promedio del coeficiente de actividad γ, función de T, P y compoición. * 1
Luego K = [a ] m = m = γ m, donde el ubcrito indica que la relación aplica a la olución aturada. El cambio en de la temperatura a Kelvin a preión contante refleja un cambio en m, y por lo tanto un cambio en γ el cual afecta amba variacione en la temperatura y concentración de la olución. La ecuación de van t Hoff requiere que: ln K T p H RT 0 ( 6-) Donde H o e el cambio en entalpía de la olución. Eta cantidad no debe er confundida con cualquier calor medible experimentalmente de la olución; éte debe er determinado indirectamente. Tomando en cuenta el efecto de la temperatura y la concentración en γ el reultado para preión contante e: ln 1 ln m T, P, mm d ln m dt H DS RT mm ( 6-3) Donde [ H DS ] m=m e el calor diferencial de la olución con aturación a temperatura y preión dada. Para lo cao en el cual el coeficiente de actividad γ para el oluto cambie poco con concentración en el vecino intermediario de aturación, el término de la izquierda de la ecuación viene a er: d ln m dt H DS mm ( 6-4) En éta aproximación, el calor diferencial de la olución aturada puede er calculado a una temperatura dada, multiplicando por R la pendiente de la gráfica de ln m v 1/T. El calor de la olución la cual etamo coniderando e el calor RT
aborbido cuando 1 mol del ólido e diuelto en una olución que etá prácticamente aturada. Éte difiere del calor de la olución en una dilución infinita la cual el calor de la olución e encuentra en tabla, por una cantidad equivalente al calor de dilución de aturación a dilución infinita. Procedimiento 1. Etandarización de NaOH 0.5 M HCL etandarizado (El cual e le conoce u concentración exacta) utilizando fenolftaleina como indicador. a. Determine la concentración real del hidróxido de odio utilizando la iguiente ecuación etequiometrica NaOH(aq) + HCl NaCl + H O(l). Determinación de la olubilidad de ácido oxálico En el laboratorio uted encontrara el iguiente montaje: Solucion aturada de Borax Controlador de temperatura Figure 6-1. Montaje experimental 3
o La olubilidad del ácido oxálico e determinará a 35, 5, 15, y 5 o C. o Prepare un olución aturada de ácido oxálico, añadiendo un exceo de lo critale a una temperatura alta y enfriando la olución para que el material diuelto e critalice. o Caliente la olución hata alcanzar la temperatura de 35 o C. o Epere 15 minuto hata que la olución alcance el equilibrio. o Tome do muetra de 5 ml y colóquela en botella de peada eparada la cuale han ido previamente peada. o Pee la olución en la botella. o Tranfiera cuantitativamente la olución a un matraz Erlenmeyer de 50 ml y añada un poco ma de agua para garantizar que e ha tranferido todo la olución. o Añada fenolftaleína como indicador y titule con NaOH 0.5 M etandarizado. o Baje la temperatura del baño a 5 o C añadiendo agua fría. o Repita el procedimiento del pao 4 en adelante y con la demá temperatura. Cálculo Determinación de la concentración real del NaOH (M) 4
SOLUBILIDAD DE ACIDO OXALICO Peo molecular acido oxalico = 90.04 g/mol PASO 1 VNaOH (ml) VNaOH (L)= 1000 PASO Peo de la olución (W) = (Peo botellita con tapa + Muetra) - (Peo botellita vacía con tapa) PASO 3 Mole de acido oxalico = VNaOH gatado(l) x Molaridad (NaOH) Nota: Acido Oxalico = H C O 4 PASO 4 Gramo de acido oxálico = mole del acido oxálico x PM (90.04 g/mol) PASO 5 Peo del agua (g) = Peo de la olución(g) - Peo del acido oxálico(g) 5
PASO 6 Peo agua (Kg) = PASO 7 peo del agua (g) 5 PASO 1000 1000 mole(acido oxalico) PASO 3 Molalidad Kg de agua PASO 6 T (K) = C + 73.15 Haga lo cálculo para toda u muetra y tabúlelo # Muetr a 1 3 4 5 6 7 8 V NaOH gatado (L) Peo de la olución (g) Mole de acido oxalico Gramo de acido oxalico Peo del agua Molalidad (m) 6
Para la contrucción de la grafica experimental Expree la temperatura en grado Kelvin. Contruye una Tabla de la iguiente forma. Temperatura (K) Molalidad (m) 1/T ln m Grafique lnm (Eje y) V 1/T(K) (Eje x) para todo lo 8 valore. Eto no irve para hallar el calor diferencial de olución ( Utilice la iguiente ecuación: H ln ) haciendo uo de la pendiente. ln m H R ln 1 T contante 7
Para la contrucción de la grafica teórica Utilizando lo valore de olubilidade del ácido oxálico en agua y la denidad del agua a diferente temperatura. Determine el calor diferencial teórico. Temperatura (C) Solubilidad del ácido oxálico (g/100g de agua) 10 6.08 0 9.5 30 14.3 40 1.5 Por ejemplo para lo valore a 10 C 6.08 g ac. oxalico 1000 g agua 1 mol ac. oxalico molalidad ( Ac. Oxalico) x x 0.675 mole / kg agua 100g 1 Kg agua 90.04 g Haga lo mimo con u demá dato y contruya la iguiente tabla. Temperatura (K) Molalidad (m) 1/T Ln m Determine el calor diferencial de olución con la ecuación iguiente: H 1 ln ln m con tante R T 8
Compare el valor experimental con el valor teórico. Referencia A. Seidell and W. F. Linke, "Supplement to Solubilitie of Inorganic and Organic Compound," 3d ed., vol. III, D. Van Notrand Company, Inc., Princeton, N.J., 195. A. Seidell, "Solubilitie of Inorganic and Metal Organic Compound," 3d ed. vol. I, D. Van Notrand Company, Inc., Princeton, N.J., 1940. A. Seidell, "Solubilitie of Organic Compound," 3d ed., vol. II, D. Van Notrand Company, Inc., Princeton, N.J., 1941. A. T. Williamon, Tran. Faraday Soc., 40: 41 (1944). J. H. Hildebrand and R. L. Scott, "Solubilitie of Nonelectrolyte," Reinhold Publihing Corporation, New York, 1950. W. J. Mader, R. D. Mold, and M. J. Mold in A. Weiberger (ed.), "Technique of Organic Chemitry," vol. 1, "Phyical Method of Organic Chemitry," 3d ed., pt. 1, chap. 11, Intercience Publiher, In., New York, 1959. 9