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PRÁCTICA 6 “Equilibrio Químico Simultáneo”RESUMEN En la práctica se realiza el estudio de las constantes de equilibrio químico simultáneo que se tienen en la reacción de dimerización del ácido benzoico en tolueno y agua a partir del uso de la técnica analítica de titulación con una base débil, permi...

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PRÁCTICA 6 “Equilibrio Químico Simultáneo” RESUMEN En la práctica se realiza el estudio de las constantes de equilibrio químico simultáneo que se tienen en la reacción de dimerización del ácido benzoico en tolueno y agua a partir del uso de la técnica analítica de titulación con una base débil, permitiendo determinar las concentraciones de los componentes de reacción. FUNDAMENTO TEÓRICO Constante de Disociación Ácida Cuando un ácido fuerte se disuelve en agua, se disocia casi completamente, es decir, en prácticamente de todas sus moléculas se separa un protón, que se libera al medio. Cuando el ácido es débil, el ácido no se disocia completamente al disolverse en agua, sino que sólo algunas moléculas liberan un protón, mientras que otras no lo hacen. La forma disociada y sin disociar del ácido débil permanecen en equilibrio químico en el medio acuoso.

AB ⇌ A + B K a se puede definir como una relación entre las La constante de disociación ácida concentraciones de ácido disociado y sin disociar.

K a=

[ A ][B] [ AB]

K a adquiere mayor valor, dado que las concentraciones En los ácidos fuertes de A y B serán altas y la concentración AB (ácido sin disociar) será baja. Si el valor de K a para un ácido es bajo, esto significa que es un ácido débil, se disocia escasamente, por lo tanto las concentraciones de A y B serán bajas, y la concentración de AB será elevada. Por lo tanto, podemos decir que la constante de disociación ácida K, es una medida cuantitativa de la fuerza de un ácido. Ley de Nernst La Ley de distribución de Nernst establece que una sustancia se distribuye entre dos solventes hasta que en el equilibrio se alcanza una relación constante de actividades de la sustancia en las dos capas para una temperatura establecida. Una vez alcanzado el equilibrio, el potencial químico del soluto será el mimso en ambas fases. Cuando las soluciones son diluidas y el soluto se comporta idealmente, la actividad es prácticamente igual a la concentración y el coeficiente de reparto se expresa como la relación de concentraciones

KD=

[ HBz] T [ HBz] A

El coeficiente de reparto es una constante de equilibrio, depende de la temperatura y de la naturaleza de los solventes y soluto involucrados, y no de la cantidad de los solventes y soluto. Dicha Ley de distribución sólo se aplica a especies moleculares simples. La relación no se mantiene constante cuando el soluto está ionizado, polimerizado o solvatado en un solvente y no en el otro.

La Ley de Nernst sólo es exacta cuando se usa una pequeña cantidad de soluto. La adición de grandes cantidades de la sustancia distribuidora generalmente aumenta las solubilidades mutuas de los dos solventes, que eran insolubles entre sí, y el aumento puede ser tal en algunos casos como para formar una simple fase líquida de tres componentes. TABLA 1. Datos Experimentales

Muestra

1

2

3

4

5

ml NaOH Fase orgánica

14

10.5

5.5

3.7

1.6

Ml NaOH Fase acuosa

27

1.5

2

1.4

1.3

Cálculo de las concentraciones molares de ácido benzoico con cada fase.

[ HBz] A ⇌ [ HBz]T KD=

[ HBz] T [ HBz] A

V NaOH∗N NaOH V (ALICUOTA ) 14 ml∗0.015 M =0.042 M C A ,1= 5 ml Fase Acuosa C A=

V NaOH ∗¿ N V ( ALICUOTA ) Fase OrgánicaC T =¿ 27 ml∗0.015 M CT ,1= =0.081 M 5 ml NaOH



CT/CA K D=

0.042 =5.185 0.0081

Equilibrio del Ácido Benzoico en Agua

∝2 C A K a= =6.3 x 10−5 (1−∝) ∝2 C A=6.3 x 10−5 (1−∝) 2 −5 ∝ C A−6.3 x 10 ( 1−∝ )=0

−5

2

−5

∝ C A +6.3 x 10 ∝−6.3 x 10 ∝=0

Para

C A en muestra 1 −5

2

−5

∝ 0.0 081+6.3 x 10 ∝−6.3 x 10 ∝=0 a=0.0081 b=0.000063 c=−0.000063 2 −b ± √ b −4 ac x= 2a 2 −0.000063 ± √0.000063 −4 (0.0081)(− 0.000063 ) ∝= 2(0.0081) −6 −0.000063+√ 2.04517∗10 ∝= 0.0162 ∝ ,1= 0.084 Dimerización del Ácido Benzoico en Tolueno

2 HBz ⇌ (HBz)2 KM=

[ ( HBz )2] 2

[ HBz]

CT 2 =K D +2 K D K M C A ( 1−∝) C A (1−∝ ) y=b +m x





C A ( 1−∝) 0.0081(1−0.084 )=0.00742 CT C A ( 1−∝) 0.042 =5.66 0.0081( 1−0.084 )

CT

GRÁFICA 1.

vs

C A ( 1−∝)

C A ( 1−∝)

�T/ (� A (1−∝) ) VS � (1− ∝) 9 8 7

�T/(� A (1−∝) )

6 5

f(x) = 491.09 x + 1.84 R² = 0.1

4 3 2 1

0

0

0

0

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

0.01

��(1−∝)

m=491.09 b=1.8357=K D KM =

m 2 2KD

∴ K M=

491.09 =72.86 2∗1.8357 2

TABLA 2. Resultados

CT

Muestr a

CA

CT

CT /C A

∝

C A (1−∝ )

1

0.0081

0.042

5.185

0.084

5.66

0.00741

2

0.0045

0.0315

7

0.111

7.87

0.0040

C A ( 1−∝ )

3

0.006

0.0165

2.75

0.097

3.04

0.00541

4

0.0042

0.0111

2.64

0.115

2.98

0.0037

5

0.0039

0.0048

1.23

0.119

1.39

0.00343

BIBLIOGRAFÍA - Monica Gonzalez. (2010). Constante de Disociación Ácida. octubre 20, 2019, de La Guía Química Sitio web: https://quimica.laguia2000.com/conceptosbasicos/constante-de-disociacion-acida - Ellison, H. (1971). Simultaneous Equilibria in the Benzoic Acid – Benzene – Water System. A distribution experiment. Estados Unidos: Journal Of Chemical Education...