UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

“Francisco García Salinas”

Área de Ciencias de la Salud

Unidad Académica de Ciencias Químicas

Programa de Químico Farmacéutico Biólogo

Materia: Fisicoquímica II Laboratorio

Docente: Dr. En C. Tomás Montiel Santillán

Tema: Práctica 2. Calor diferencial de disolución

Grado: 4° Semestre Grupo: A Equipo #4: 29101160 Tejada Rodríguez Christian Jairo 32130477 Torres Gutiérrez David 32130525 Veyna Hurtado Luis Ángel

28/Feb/2014

Calor diferencial de disolución

Objetivo Comprender el significado físico de calor diferencial de disolución, como se mide

experimentalmente así como también sus aplicaciones

Introducción Para una disolución con dos componentes, la magnitud ΔmezH/nB se denomina calor integral de disolución

por mol de B en el disolvente A, y se simboliza por ΔHint,B: ΔHint,B = ΔmezH/nB. Donde ΔmezH es una propiedad

intensiva que depende de T, P y xB. Físicamente, el valor numérico de ΔHint,B es igual al calor absorbido

por el sistema cuando, a T y P constantes, se añade l mol de B puro a la cantidad suficiente de A puro

como para formar una disolución de la fracción molar deseada xB. El límite de ΔHint,B cuando la fracción

molar xA tiende a 1 es el calor integral de disolución a dilución infinita ΔHint,B por mol de B en A.

El calor integral de disolución por mol de B supone la adición de l mol de B al disolvente A puro para

formar la disolución, un proceso en el cual la fracción molar de B cambia desde cero hasta su valor final

xB. Suponga, por el contrario, que añadimos (a T y P constantes) 1 mol de B a un volumen infinito de

disolución cuya fracción molar para B es xB. La composición de la disolución permanecerá constante

durante este proceso. El cambio de entalpía por mol de B añadido cuando B se adiciona a T y P constantes

a una disolución de composición constante se denomina calor diferencial de disolución de B en A, y se

simboliza por ΔHdif,B. La magnitud ΔHdif,B es una propiedad intensiva que depende de T, P y la composición

de la disolución. A partir de las definiciones anteriores, es evidente que a dilución infinita los calores

integral y diferencial de disolución se hacen iguales: ΔHint,B = ΔHdif,B.

Diagrama de flujo

Colocar en un matraz 1g de

ácido benzoico, 40mL de agua y

calentar hasta ebullición 10min.

Enfriar el matraz a chorro de

agua hasta 38°C y mantener el

equilibrio a baño maría,

agitando de vez en cuando

Mantener un termómetro en el

matraz y otro en el baño maría

Cuando la temperatura sea la

misma en los 2 termómetros

Extraer 1 alícuotas de 5mL y

tapar la punta de la pipeta

con algodón

Retire el algodón y deposite

la alícuota en un matraz que

contenga 10mL de agua Repita este paso para

un total de 2 alícuotas

por temperatura

Titule con solución de NaOH 0.052M empleando fenolftaleína

Alcanzar el equilibrio a 31°C

Alcanzar el equilibrio a 21°C

Resultados Temperatura Matraz Volumen Lectura inicial

(mL) Lectura final

(mL) Volumen gastado

(mL)

38°C 1 5mL de Acidó

Benzoico + 20mL de

agua

0 3.9 3.9

2 3.9 7.7 3.8

31.5°C 1 7.7 11.2 3.5

2 11.2 14.8 3.6

21°C 1 14.8 17.3 2.5

2 No se alcanzó esta alícuota

Cálculos 1. Construya una tabla con sus datos experimentales.

T/°C V1/mL V2/mL V/mL T/K 1/T(K)

38 3.9 3.8 3.85 311.15 0.00321388

31.5 3.5 3.6 3.55 304.65 0.00328246

21 2.5 2.5 294.15 0.00339963

2. Determinar la molalidad de las soluciones, suponiendo que la densidad es igual a la

unidad.

𝑏 = 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑘𝑔 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛

Kg de disolución = 0.015kg

𝐶𝑎𝑉𝑎 = 𝐶𝑏𝑉𝑏

𝐶𝑎 = 𝐶𝑏𝑉𝑏

𝑉𝑎

Cb = [NaOH] = 0.052M

Vb = volumen promedio de NaOH utilizado para la titulación

Va = 5ml

Concentración de ácido para solución 1:

𝐶𝑎 = 0.052𝑀 ∗ 3.85𝑚𝐿

5𝑚𝐿= 0.04004

𝑚𝑜𝑙

𝑙

Concentración de ácido para solución 2:

𝐶𝑎 = 0.052𝑀 ∗ 3.55𝑚𝐿

5𝑚𝐿= 0.03692

𝑚𝑜𝑙

𝑙

Concentración de ácido para solución 3:

𝐶𝑎 = 0.052𝑀 ∗ 2.5𝑚𝐿

5𝑚𝐿= 0.026

𝑚𝑜𝑙

𝑙

Molalidad para solución 1:

𝑏 = 0.04004𝑚𝑜𝑙

0.015𝑘𝑔= 2.6693

𝑚𝑜𝑙

𝑘𝑔

Molalidad para solución 2:

𝑏 = 0.03692𝑚𝑜𝑙

0.015𝑘𝑔= 2.4613

𝑚𝑜𝑙

𝑘𝑔

Molalidad para solución 3:

𝑏 = 0.026𝑚𝑜𝑙

0.015𝑘𝑔= 1.7333

𝑚𝑜𝑙

𝑘𝑔

3. Calcular el calor diferencial de disolución de los resultados obtenidos.

Integrando la ecuación de Clausius-Clapeyron se obtiene que:

ln 𝑏 = −ΔH

𝑅(

1

𝑇 ) + 𝑒

Solución 1: ln (2.6693) = 0.9818

Solución 2: ln (2.4613) = 0.9007

Solución 3: ln (1.7333) = 0.5500

1/T(K) ln b

0.003213884 0.9818

0.003282455 0.9007

0.003399626 0.55

y=mx + b

y = -2396.6x + 8.7165

ln 𝑏 = −ΔH

𝑅(

1

𝑇 ) + 𝑒

m=−ΔH

𝑅 = -2396.6K

ΔH = - m*R = -(-2396.6K) * (8.314 J/mol*K) = 19.9253324 KJ/mol

Análisis Al realizar la experimentación, obtuvimos resultados cercanos en ambos matraces, cuando

trabajábamos en la misma temperatura. Sin embargo, al realizar el cálculo de la concentración,

obtuvimos diferentes concentraciones dependiendo de la temperatura a la cual se mantuviera la

solución.

Después de esto, nos dispusimos a calcular el calor diferencial de disolución, mediante la ecuación de

Clausius-Clapeyron, cuyo resultado se graficó, y se obtuvo una línea recta, lo cual nos permitió

observar la tendencia que tiene el cambio de la concentración de la solución respecto a su

temperatura.

y = -2396.6x + 8.7165R² = 0.9621

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.0032 0.00325 0.0033 0.00335 0.0034

ln b

1/T(K)

Discusión Las determinaciones de las concentraciones en las soluciones fueron llevadas a cabo en las condiciones

especificadas a la temperatura que se buscaba, sin embargo, en el caso del matraz a 21° C, solamente

se realizó la prueba en un solo matraz, al quedarnos sin más disolución. A pesar de esto, al momento

de realizar los cálculos pertinentes, y en la representación gráfica de tales resultados, el experimento

parecía correcto, ya que se obtuvieron cambios aproximados a lo esperado.

Conclusiones Cuando se lleve a cabo la preparación de una disolución a una determinada concentración, ésta se verá

afectada por factores que normalmente no consideraríamos, como lo es la temperatura.

Esto se demuestra al realizar experimentalmente la concentración de tales soluciones, que después de

ser llevadas a distintas temperaturas, también presentaron diferentes concentraciones, y por lo cual,

también presentaron distintos resultados al momento de calcular el calor diferencial de disolución.

Bibliografía Levine IN. 2004. Fisicoquímica. 5ª ed Vol. 1. Editorial Mc Graw Hill. España.