Solubilitatea

SOLUBILITATEA. DETERMINAREA SOLUBILITATII UNUI SOLID SI CALCULUL CALDURII DE DIZOLVARE

Conditiile de echilibru intre faza lichida si solida pentru un sistem cu doi componenti, pot fi considerate din doua puncte de vedere:

a) daca solutia este in echilibru cu faza solida a componentului prezent in exces (solventul), se spune ca solutia se afla la punctul de inghetare (congelare) si curba care reprezinta variatia acestei temperaturi functie de compozitia lichidului poarta numele de curba punctelor de inghetare (congelare).

b) daca faza solida a componentului aflat in cantitate mai mica (substanta dizolvata sau solut) este in echilibru cu solutia, este cazul solutiilor saturate, iar variatia temperaturii functie de compozitie este reprezentata de curba de solubilitate. Se intelege ca intre solvent si substanta dizolvata nu exista deosebiri din punct de vedere termodinamic, iar distinctia dintre curbele de inghetare si curbele de solubilitate este o chestiune de conventie.

Procesul de dizolvare consta din doua etape, cu efecte termice opuse:

ruperea retelei cristaline a solidului, care necesita un consum energetic;

solvatarea (hidratarea - la dizolvarea in apa), prin care se stabilesc legaturi noi, intermoleculare intre solvent si solut - proces insotit de degajare de energie. Efectul global este exoterm sau endoterm, dupa cum predomina unul din procese.

Pentru calculul caldurii de dizolvare la presiune constanta a fost dedusa o ecuatie, fara a face nici un fel de presupunere cu privire la natura fazei solide (aplicandu-se in mod egal celor doi componenti):

(1)

unde X_sat - concentratia de saturatie (solubilitatea) exprimata in fractii molare, la temperatura T, iar este entalpia de dizolvare pentru solutiile saturate.

Forma integrata a ecuatiei este:

ln X₂ ln X₁ = (2)

sau, inlocuind R cu valoarea 1,987 cal/mol grd:

log X₂ log X₁ = (3)

Ultima relatie permite calculul caldurii de dizolvare, in cal/mol, atunci cand in intervalul de temperatura considerat DH ramane practic constant.

PRINCIPIUL METODEI

Determinarea solubilitatii unui solid poate fi usor efectuata prin agitarea cu solvent a unui exces de dizolvat, pana la stabilirea echilibrului. Se filtreaza solutia saturata si se analizeaza in scopul determinarii concentratiei X.

Se determina solubilitatea acidului benzoic in apa, la stabilirea echilibrului la temperatura camerei si la 45 C. Din aceste date se calculeaza caldura de dizolvare.

APARATE SI SUBSTANTE NECESARE

Un termostat, patru vase Erlenmayer de 100 mL prevazute cu dop rodat, pipeta de 50 mL, pipeta de 10 mL, tuburi scurte de cauciuc pentru a fi atasate la pipete, vata de sticla, biureta si vas Erlenmayer de 250 mL, solutie de NaOH 0,1 M, apa distilata, acid benzoic, fenolftaleina.

MOD DE LUCRU

Pentru reproductibilitatea rezultatelor se lucreaza cu 2 probe identice.

In doua vase Erlenmayer cu dop (notate 1 si 2) se introduce cate 1 g acid benzoic si cca. 75 mL apa si se agita la temperatura camerei timp de o ora. In celelalte 2 vase (3 si 4) se introduc cate 2 g acid benzoic si 75 mL apa; apoi, aceste doua probe se pun (sub agitare continua) intr-un vas termostatat la 45 C, unde se lasa timp de o ora (s-a constatat ca o ora este suficienta pentru a obtine solutii saturate la echilibru).

Dupa o ora se incepe determinarea solubilitatii, avand grija ca pentru probele de la 45 C, solutia sa fie scoasa tinand paharele in continuare in termostat. Se deschide vasul nr. 1 si, intr-o pipeta de 50 mL, prevazuta la varf cu un tub de cauciuc infundat cu vata de sticla, se pipeteaza solutia ceva mai mult de 50 mL. Se indeparteaza filtrul si se aduce continutul pipetei la semn, apoi solutia este trecuta in vasul pentru titrare. Se titreaza cu NaOH 0,1 M, folosind ca indicator fenolftaleina.

La fel se analizeaza si continutul vaselor 2, 3 si 4. Deosebirea consta in faptul ca, din vasele 3 si 4 se scot doar 10 mL solutie, care, inainte de titrare, se dilueaza cu 40 mL apa distilata.

PRELUCRAREA REZULTATELOR

1. Din rezultatele titrarilor se calculeaza solubilitatea la cele doua temperaturi, in fractii molare, sau in mol/L

2. Cu ajutorul formulei (2) se calculeaza caldura de dizolvare in J/mol, folosind valorile medii ale solubilitatii obtinute la punctul 1.