Introduccion-fiki-21-lab..docx

UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

FACULTAD

: FIMGM

ESCUELA

: INGENIERÍA DE MINAS

CURSO

: FISICO QUIMICO.

TEMA

: LABORATORIO( SOLUBILIDAD)

DOCENTE

:Ing. BARBA REGALADO, Alejandro

CICLO

: 2017-I

INTEGRANTES: 

SAENZ ROMERO MAYLER.

INTRODUCCION La solubilidad es una propiedad característica de las sustancias que depende de ciertos parámetros como la temperatura y la presión (para el caso de los gases). Se estudia la solubilidad de ciertos compuestos con el fin de establecer su nivel de solubilidad en un sistema con un solvente o más. En el caso de la extracción, este procedimiento se utiliza a nivel de laboratorio e industrial. A nivel de laboratorio, la aplicación básica es para remover una sustancia de un líquido o de un sólido mediante la utilización de un solvente orgánico como éter, cloroformo, benceno, tetracloruro de carbono en agua. A nivel industrial se aplica en la remoción de elementos no deseables en el producto final, pero para esto se necesita saber la cantidad de solvente a utilizar y el número de veces que se debe efectuar el ciclo de la extracción, ya que no se debe desperdiciar reactivos ni energía, esta aplicación es usualmente utilizada en la industria minera, donde se requiere utilizar un solvente apropiada para obtener la sustancia valiosa soluble en dicho solvente.

1. OBJETIVO Determinar el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de un soluto ligeramente soluble, y calcular el calor diferencial de la solución cuando está saturada.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando un soluto difícilmente soluble, se agita con agua hasta que la solución se sature, el equilibrio establecido entre la fase sólida y el soluto en la solución está dada por: 𝐴𝐵(𝑠) ↔ 𝐴𝐵(𝑎𝑞) Para este proceso, la constante de equilibrio es: 𝐾𝑠 =

𝑎𝐴𝐵(𝑎𝑞) = 𝑎𝐴𝐵(𝑎𝑞) = 𝑎∗ … (1) 𝑎𝐴𝐵(𝑠)

En la ecuación (1), 𝑎𝐴𝐵(𝑠) = 1 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 Esta constante de equilibrio, se denomina constante de producto de solubilidad o simplemente producto de solubilidad. La actividad 𝑎𝐴𝐵(𝑠) se relaciona con la molalidad del soluto mediante el coeficiente la actividad 𝛾 como una función de la temperatura, la presión y la composición. El coeficiente de actividad 𝛾, se aproxima a la unidad a medida de que la molalidad (m) se aproxima a cero. Luego, la ecuación (1) se transforma en: 𝐾 = 𝛾𝑠 𝑚∗ 𝑠 … (2) La variación de 𝐾 con la temperatura a presión constante, viene dada por: 𝜕𝑙𝑛𝐾 ∆𝐻 0 = … (3) 𝜕𝑇 𝑅𝑇 2 Donde: ∆𝐻 0: es el cambio de estándar de entalpia para el proceso de solución. la variación de 𝐾 implicapor tanto un cambio de 𝛾𝑠 𝑦 𝑚∗ 𝑠 tomando logaritmos a la ecuación (2), multiplicando y dividiendo la expresión por

𝜕𝑙𝑛𝑚𝑠 𝜕𝑇

, se obtiene:

𝜕𝑙𝑛𝛾 𝜕𝑙𝑛𝑚 ∆𝐻 0 𝐷𝑆 [( ) + 1] = … (4) 𝜕𝑙𝑛𝑚𝑠 𝑇,𝑃 𝜕𝑇 𝑅𝑇 2 Donde: ∆𝐻 0 𝐷𝑆 : es el calor diferencial de la solución cundo es6ta saturada a la T y P dadas.

Para los casos en los cuales, el coeficiente de actividad, para el soluto, solo cambia ligeramente con la concentración en la vecindad de la saturación, el termino entre corchetes que va a la izquierda de la ecuación (4) se convierte en la unidad, por lo que: 𝜕𝑙𝑛𝑚𝑠 ∆𝐻 0 𝐷𝑆 = 𝜕𝑇 𝑅𝑇 2 Integrando esta expresión se tiene: 𝑙𝑛𝑚𝑠 =

∆𝐻 0 𝐷𝑆 1 ( )+𝐶 𝑅 𝑇

Podemos escribir también: 𝑙𝑜𝑔

𝑚𝑠2 𝐻 0 𝐷𝑆 𝑇2 − 𝑇1 = ( ) 𝑚𝑠1 2.303𝑅 𝑇2 𝑇1

En la cual se considera a ∆𝐻 0 𝐷𝑆 como independiente de la temperatura, lo cual es válido generalmente par solutos no electrolíticos.

3. MATERIALES Y REACTIVOS Materiales:        

6 Erlenmeyer de 125ml y uno de 250 ml. Chaqueta de calentamiento. Un agitador metálico. Un termómetro de 0 - 50°C Una bureta de 100ml. Pipeta de 10ml. Una probeta de 25ml. Dos matraces de 250ml.

Reactivos:    

Acido benzoico. Agua destilada. Solución de NaOH de 0.5N. Indicador la fenolftaleína.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIEMNTAL a. Lave y seque en la estufa todo el material de vidrio. b. En el Erlenmeyer de 250ml, limpio y seco, coloque 10ml de ácido benzoico. c. En un baño maría de aproximadamente de 20°C, 25°C, 30°C, y 35 °C de temperatura, se espera aproximadamente 5minutos para cada temperatura y ya en un equipo armado se adiciona 2 gotas del indicador al acido benzoico, luego se adiciona un volumen determinado del NaOH a 0.5N, se observa la coloración (titulación), para 4 temperaturas que se ha dado. Temperatura: 1. Ecuación. 𝑑𝑙𝑛𝑚 ∆𝐻 0 𝐷𝑆 = 𝑑𝑇 𝑅𝑇 2 2. Reordenamos 𝑑𝑙𝑛𝑚 =

∆𝐻 0 𝐷𝑆 𝑇𝑑𝑇 𝑅

3. Integramos. ∫ 𝑑𝑙𝑛𝑚 =

∆𝐻 0 𝐷𝑆 ∫ 𝑇 −2 𝑑𝑇 𝑅

∆𝐻 0 𝐷𝑆 1 𝑑𝑙𝑛𝑚 = 𝑥 +𝐶 𝑅 𝑇 𝑙𝑜𝑔𝑚 =

𝐻 0 𝐷𝑆 1 ( )+𝐶 2.303𝑅 𝑇

𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 4. Gráficamente.

Temperatura de operación: 20°C, 25°C, 30°C y 35°C 1) Solución saturada de ácido benzoico (𝐶2 𝐻2 𝑂4).

(𝐶2 𝐻2 𝑂4)

2) Sacar 10ml de 𝐶2 𝐻2 𝑂4 y color en Erlenmeyer.

T = 20°C

10ml

3) Previamente pesar Erlenmeyer. 𝑊𝐸𝑟𝑙𝑒𝑛 + 𝑊𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑎 4) Valorar muestra con NaOH a 0.5N. NaOH

10ml 2 gotas de fenolftaleína

𝐶2 𝐻2 𝑂4

𝑁𝑎𝑐 𝑥𝑉𝑎𝑐 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒

5. CALCULOS Y RESULTADOS  para temperatura de 20°C 1. Peso de solución. 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑊𝐸𝑟𝑙𝑒𝑛𝑚𝑒𝑦𝑒𝑟 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 120𝑔 − 80𝑔 = 40𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 2. Equivalente gramo de ácido. 𝑁𝑎𝑐 𝑥𝑉𝑎𝑐 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = (

0.5𝐸𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 ) 𝑥(0.031𝐿) 𝐿

#𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = 15.5𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 3. Peso de 𝐶2 𝐻2 𝑂4. 𝑊𝐶 𝐻2 𝑂4

3.1 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 𝑃𝐸 2

𝐶2 𝐻2 𝑂4

3.2 𝑃𝐸𝐶2 𝐻2 𝑂4 =

𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 1

=

90 1

𝑔 = 90 ⁄𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 90𝑔

3.3 Luego 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = (15.5𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔) 𝑒𝑞𝑢𝑖−𝑔 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 1.395𝑔 4. Peso de solvente. 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 40𝑔 = 1.395𝑔 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 38.605𝑔 5. Moles de soluto. 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 1.395𝑔 = 𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 90 𝑔⁄𝑚𝑜𝑙 𝑛 = 15.5𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙

𝑛=

6. Molalidad. 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 15.5𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙𝐶2 𝐻2 𝑂4 𝑚= 0.038605𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 𝑚 = 0.40 𝑚𝑜𝑙 ⁄𝑘𝑔  para temperatura de 25°C 1. Peso de solución. 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑊𝐸𝑟𝑙𝑒𝑛𝑚𝑒𝑦𝑒𝑟 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 120𝑔 − 80𝑔 = 40𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 2. Equivalente gramo de ácido. 𝑚=

𝑁𝑎𝑐 𝑥𝑉𝑎𝑐 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = (

0.5𝐸𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 ) 𝑥(0.0296𝐿) 𝐿

#𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = 14.8𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 3. Peso de 𝐶2 𝐻2 𝑂4. 𝑊𝐶 𝐻2 𝑂4

3.1 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 𝑃𝐸 2

𝐶2 𝐻2 𝑂4

3.2 𝑃𝐸𝐶2 𝐻2 𝑂4 =

𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 1

=

90 1

𝑔 = 90 ⁄𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 90𝑔

3.3 Luego 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = (14.8𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔) 𝑒𝑞𝑢𝑖−𝑔 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 1.332𝑔 4. Peso de solvente. 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 40𝑔 = 1.332𝑔 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 38.668𝑔 5. Moles de soluto. 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 1.332𝑔 = 𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 90 𝑔⁄𝑚𝑜𝑙 𝑛 = 14.8𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙

𝑛=

6. Molalidad. 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 14.8𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙𝐶2 𝐻2 𝑂4 𝑚= 0.038668𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 𝑚 = 0.38 𝑚𝑜𝑙 ⁄𝑘𝑔  para temperatura de 30°C 1. Peso de solución. 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑊𝐸𝑟𝑙𝑒𝑛𝑚𝑒𝑦𝑒𝑟 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 120𝑔 − 80𝑔 = 40𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 2. Equivalente gramo de ácido. 𝑚=

𝑁𝑎𝑐 𝑥𝑉𝑎𝑐 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = (

0.5𝐸𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 ) 𝑥(0.0292𝐿) 𝐿

#𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = 14.6𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 3. Peso de 𝐶2 𝐻2 𝑂4. 𝑊𝐶 𝐻2 𝑂4

3.1 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 𝑃𝐸 2

𝐶2 𝐻2 𝑂4

3.2 𝑃𝐸𝐶2 𝐻2 𝑂4 =

𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 1

=

90 1

𝑔 = 90 ⁄𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 90𝑔

3.3 Luego 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = (14.6𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔) 𝑒𝑞𝑢𝑖−𝑔 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 1.314𝑔 4. Peso de solvente. 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 40𝑔 = 1.314 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒

𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 38.686𝑔 5. Moles de soluto. 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 1.314𝑔 = 𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 90 𝑔⁄𝑚𝑜𝑙 𝑛 = 14.6𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙

𝑛=

6. Molalidad. 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 14.6𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙𝐶2 𝐻2 𝑂4 𝑚= 0.038686𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 𝑚 = 0.37 𝑚𝑜𝑙 ⁄𝑘𝑔  para temperatura de 35°C 1. Peso de solución. 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑊𝐸𝑟𝑙𝑒𝑛𝑚𝑒𝑦𝑒𝑟 𝑊𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 = 120𝑔 − 80𝑔 = 40𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 2. Equivalente gramo de ácido. 𝑚=

𝑁𝑎𝑐 𝑥𝑉𝑎𝑐 = 𝑁𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑥𝑉𝑏𝑎𝑠𝑒 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = (

0.5𝐸𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 ) 𝑥(0.0286𝐿) 𝐿

#𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜 = 14.3𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 3. Peso de 𝐶2 𝐻2 𝑂4 . 𝑊𝐶 𝐻2 𝑂4

3.1 #𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 𝑃𝐸 2

𝐶2 𝐻2 𝑂4

3.2 𝑃𝐸𝐶2 𝐻2 𝑂4 =

𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 1

=

90 1

𝑔 = 90 ⁄𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔 90𝑔

3.3 Luego 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = (14.3𝑥10−3 𝑒𝑞𝑢𝑖 − 𝑔) 𝑒𝑞𝑢𝑖−𝑔 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 = 1.287𝑔 4. Peso de solvente. 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 40𝑔 = 1.287 + 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑊𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 = 38.713𝑔 5. Moles de soluto. 𝑊𝐶2 𝐻2 𝑂4 1.287𝑔 = 𝑃𝑀𝐶2 𝐻2 𝑂4 90 𝑔⁄𝑚𝑜𝑙 𝑛 = 14.3𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙

𝑛=

6. Molalidad. 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑘𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 14.3𝑥10−3 𝑚𝑜𝑙𝐶2 𝐻2 𝑂4 𝑚= 0.038713𝑘𝑔 𝐻2 𝑂 𝑚 = 0.36 𝑚𝑜𝑙 ⁄𝑘𝑔 𝑚=

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS 

Al ver nuestras graficas se ve obtenemos una pendiente de lo cual al calcular el calor diferencial no se obtuvo un gran margen de error, este fue de 1.006% esto indica que nuestra tangente de repente no está bien trazada o la temperatura no es la indicada.



Cuando se extrajo el ácido benzoico con la pipeta de 10 ml, hubo una variación de la temperatura al vaciarlo en un Erlenmeyer. Lo cual se dice que es uno de los factores de margen de error.



La imprecisión al titular las muestras, que es un error pequeño, pero que siempre afecta en algo.

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES. 



La temperatura tiene estrecha influencia sobre la solubilidad, ya que al bajar o subir la temperatura se observaron cambios en la concentración de la solución. En el grafico se observa que el 𝑙𝑛 𝑚 y la inversa de la temperatura, varían inversamente proporcional o sea una recta con pendiente negativa.

RECOMENDACIONES  

Al agitar no hacer tocar el agitador al fondo del tubo de prueba, ya que podría romper dicho tubo o la chaqueta de aire. Tapar los Erlenmeyer rápidamente después de echar la muestra, ya que dicha muestra es un componente muy volátil y podría evaporarse alguna cantidad, esto dañaría nuestros resultados.

8. BIBLIOGRAFIA  Pons Muzzo, Gastón, “físico-química”, primera edición, editorial universo S.A. 1969.  Raymond

Chang

“Química”,

novena

edición,

McGraw

Hill

interamericana. México 1999, pág. 511.  http://es.wikipedia.org/wiki/Saturado  Castellan

G.

“Fisicoquímica”,

1ra.

edición,

Fondo

Educativo

Interamericano, México, 1978, páginas: 306-309.  Barrow G. “Química Física”, Tomo I, 3ra. edición, De. Reverté, Barcelona, 1975, páginas: 272, 275.

9. APÉNDICE

1) Explique los efectos de la presión, temperatura y la naturaleza del soluto sobre la solubilidad en un solvente determinado. La solubilidad de una sustancia en un determinado solvente se mide por la cantidad máxima de gramos de soluto que pueden disolverse en solvente hasta formar una solución saturada, a una temperatura determinada. 2) Indique la relación que existe entre la variación de la solubilidad por efecto de temperatura (aumento o disminución de la solubilidad) y el calor diferencial de solución. La temperatura de la solución afecta la solubilidad de la mayoría de las sustancias. separado del solvente por encima o por debajo según su densidad relativa; si es un gas en un solvente líquido, el proceso de disolución tiene la misma velocidad que el proceso de precipitación. 3) Explique brevemente otros métodos para medir la solubilidad de un soluto como función de la temperatura. Medir la solubilidad de varios componentes es importante para que los químicos desarrollen nuevas drogas o examinen reacciones en soluciones líquidas. La solubilidad puede ser definida como cuán bien una sustancia se disuelve en un solvente tal como el agua. Técnicamente, la solubilidad es el número de gramos de soluto (elemento a disolver) que se disuelven en 100 gg de solvente, a menudo agua. La solubilidad puede ser medida usando una computadora, midiendo el pH y a través de disolución y evaporación.

10. ANEXOS