jueves, 9 de mayo de 2013

Solubilidad del Hidróxido de Calcio



En esta práctica de laboratorio se han preparado diferentes disoluciones de CaOH en diferentes medios para comprobar cómo se comporta en las diferentes situaciones. Para ello, introducimos en ellos aproximadamente 0.2 g de óxido de calcio, ya que al ser mezclado con agua, se formara el hidróxido que buscamos.

En cada vial introduciremos una disolución diferente, en unos casos agua, en otros NaCl con diferente concentración, NaOH y CaCl2. Esto lo hacemos así para comprobar cómo se comporta el hidróxido de calcio en disoluciones que presentan sus mismos iones, lo cual nos permitirá estudiar el efecto ión común. Esto es lo que introdujimos en cada vial:

VIAL
DISOLUCION
MASA CaO2 (g)
1
Agua Destilada
0.2
2
NaCl 0.05 M
0.209
3
NaCl 0.1 M
0.198
4
NaCl 0.2 M
0.202
5
NaCl 0.4 M
0.207
6
NaCl 0.6 M
0.208
7
NaOH 0.1 M
0.202
8
CaCl2 0.1 M
0.204

Se dejan reposar las disoluciones durante un tiempo prudente y se filtran. Valoramos la disolución obtenida para medir la concentración de iones en disolución.

Para determinar la concentración de OH-, valoramos la disolución con HCl, cuya concentración es conocida (0.02 M) usando fenolftaleína como indicador, ya que cuando desaparezca su característico color rosa fucsia sabremos que la valoración ácido-base ya ha sido completada. 

Para conocer la concentración de Ca2+ en disolución, llevamos a cabo una valoración complexométrica con AEDT 0.01 M, siendo el NET el indicador. Sabremos que el cambio de pH se ha producido cuando la disolución pasa de un color pardo rojizo a azul intenso.

Los resultados obtenidos en el laboratorio han sido:

VIAL
V1 HCl
(mL)
V2 HCl
(mL)
V HCl
(mL)
V1 AEDT
(mL)
V2 AEDT
(mL)
V AEDT
(mL)
Agua Destilada
9.1
9.2
9.15
12.5
12.6
12.55
NaCl 0.05 M
10.2
10.4
10.3
13.2
13.0
13.1
NaCl 0.1 M
10.2
10.6
10.4
13.8
14.0
13.9
NaCl 0.2 M
11.2
11.7
11.45
14.5
14.3
14.4
NaCl 0.4 M
12.1
12
12.05
15.7
15.7
15.7
NaCl 0.6 M
12.6
12.6
12.5
16.1
15.9
16.0
NaOH 0.1 M



5.5
4.5
5.0
CaCl2 0.1 M
7.5
7.7
7.6




A partir de estos datos, podemos calcular la concentración de OH- sabiendo que el punto de equilibrio se cumple que:
De donde obtenemos que: 

VIAL
V HCl
(mL)
[OH-]
(M)
Agua Destilada
9.15
0.0366
NaCl 0.05 M
10.3
0.0412
NaCl 0.1 M
10.4
0.0416
NaCl 0.2 M
11.45
0.0458
NaCl 0.4 M
12.05
0.0482
NaCl 0.6 M
12.5
0.05
NaOH 0.1 M


CaCl2 0.1 M
7.6
0.0304

Empleando el mismo procedimiento obtenemos la [Ca2+]:

VIAL
V AEDT
(mL)
[Ca2+]
(M)
Agua Destilada
12.55
0.0251
NaCl 0.05 M
13.1
0.0262
NaCl 0.1 M
13.9
0.0278
NaCl 0.2 M
14.4
0.0288
NaCl 0.4 M
15.7
0.0314
NaCl 0.6 M
16.0
0.032
NaOH 0.1 M
5.0
0.01
CaCl2 0.1 M



Para el octavo vial (en el que añadimos CaCl2) recurrimos a una aproximación parecida:
Las solubilidades reales, por tanto, han sido:

VIAL
[OH-]
(M)
[Ca2+]
(M)
Solubilidad Real (mol/L)
Agua Destilada
0.0366
0.0251
0.0251
NaCl 0.05 M
0.0412
0.0262
0.0223
NaCl 0.1 M
0.0416
0.0278
0.0229
NaCl 0.2 M
0.0458
0.0288
0.0247
NaCl 0.4 M
0.0482
0.0314
0.0263
NaCl 0.6 M
0.05
0.032
0.0271
NaOH 0.1 M

0.01
0.01
CaCl2 0.1 M
0.0304

0.0152

Podemos comparar estos datos con la solubilidad teórica:

VIAL
Solubilidad Teórica (mol/L)
Solubilidad Real (mol/L)
Diferencia
Agua Destilada
0.0118
0.0251
52.99%
NaOH 0.1 M
6.5·10-4
0.01
93.5%
CaCl2 0.1 M
4.031·10-3
0.0152
73.48%

Lo cual demuestra que la diferencia entre la Solubilidad Real y la Solubilidad Teórica sin tener en cuenta la fuerza iónica son muy grandes. En conclusión, el efecto de la fuerza iónica es demasiado grande como para no ser tenido en cuenta y debemos proceder a calcular cómo influye en el proceso de disolución. El método que a continuación emplearemos consiste en el cálculo iterativo, de manera que el valor se recalcula varias veces hasta que finalmente se obtiene un valor constante:
MUESTRA 1 – AGUA DESTILADA

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,035270019
0,83424373
0,52568876
0,016437897
0,049313691
0,81257696
0,4845494
0,017189455
0,051568364
0,80956245
0,4791057
0,017297119
0,051891357
0,80913918
0,47834662
0,017312299
0,051936896
0,80907967
0,47824
0,017314434
0,051943302
0,8090713
0,47822501
0,017314734
0,051944203
0,80907012
0,4782229
0,017314776




MUESTRA 2 – NaCl 0.05M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,085270019
0,77381122
0,41931397
0,018635798
0,105907394
0,75747866
0,39469798
0,019287794
0,107863381
0,75607782
0,39265947
0,019344972
0,108034915
0,75595604
0,39248278
0,019349952
0,108049856
0,75594544
0,3924674
0,019350386
0,108051157
0,75594452
0,39246607
0,019350423




 MUESTRA 3 – NaCl 0.1M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,135270019
0,73850085
0,36800973
0,020080014
0,160240043
0,72509276
0,35030987
0,020663535
0,161990605
0,72422649
0,34919768
0,020701941
0,162105823
0,72416978
0,349125
0,020704458
0,162113375
0,72416606
0,34912024
0,020704623


MUESTRA 4 – NaCl 0.2M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,235270019
0,69414527
0,31279276
0,022091844
0,266275533
0,68408005
0,301519
0,022582652
0,267747956
0,68363133
0,30102639
0,02260485
0,267814549
0,6836111
0,3010042
0,022605851
0,267817554
0,68361018
0,3010032
0,022605897


MUESTRA 5 – NaCl 0.4M
 
μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,435270019
0,64422959
0,26087364
0,024666864
0,474000593
0,63739544
0,25449412
0,025048741
0,475146223
0,63720245
0,25431632
0,025059636
0,475178907
0,63719695
0,25431126
0,025059946
0,475179839
0,6371968
0,25431111
0,025059955
0,475179865
0,63719679
0,25431111
0,025059955
0,475179866
0,63719679
0,25431111
0,025059955



MUESTRA 6 – NaCl 0.6M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,011756673
0,635270019
0,61425762
0,23406042
0,026400253
0,679200759
0,60906546
0,22971043
0,026716623
0,68014987
0,60895744
0,22962082
0,026723258
0,680169774
0,60895518
0,22961894
0,026723397
0,680170192
0,60895513
0,2296189
0,0267234
0,6801702
0,60895513
0,2296189
0,0267234
0,6801702
0,60895513
0,2296189
0,0267234



MUESTRA 7 – NaOH 0.1M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1

0.102
0,76038338
0,39896088
0,00281785
0.108
0,75565953
0,39205293
0,002903463
0.109
0,75547811
0,39179018
0,002906806
0.109
0,75547103
0,39177994
0,002906936
0.109
0,75547076
0,39177954
0,002906941
0.109
0,75547075
0,39177952
0,002906942
 
MUESTRA 8 – CaCl2 0.1M

μ
γ(OH-)
γ(Ca2+)
Solubilidad
0
1
1
0,004031129
0.312
0,67116031
0,28766612
0,011198402
0.334
0,66574441
0,28205764
0,011401191
0.334
0,6655964
0,28190597
0,011406794
0.334
0,66559231
0,28190179
0,011406948
0.334
0,6655922
0,28190167
0,011406952
0.334
0,6655922
0,28190167
0,011406953
0.3341
0,6655922
0,28190167
0,011406953



En resumen:

DISOLUCIÓN
μ
(mol/L)
SOLUBILIDAD
CALCULADA
(mol/L)
SOLUBILIDAD REAL
(mol/L)
DIFERENCIA
Agua Destilada
0,051944203
0,017314776
0.0251
31.02%
NaCl 0.05 M
0,108051157
0,019350423
0.0223
13.23%
NaCl 0.1 M
0,162113375
0,020704623
0.0229
9.59%
NaCl 0.2 M
0,267817554
0,022605897
0.0247
8.48%
NaCl 0.4 M
0,475179866
0,025059955
0.0263
4.72%
NaCl 0.6 M
0,6801702
0,0267234
0.0271
1.39%
NaOH 0.1 M
0,109
0,002906942
0.01
70.93%
CaCl2 0.1 M
0,3341
0,011406953
0.0152
24.95%

Ahora observamos que las diferencias entre lo calculado y lo obtenido experimentalmente son más pequeñas, ya que hemos tenido en cuenta la fuerza iónica. Algunos de estos errores son muy pequeños, como el caso del NaCl 0.6M, donde apenas hay diferencia entre los datos, sin embargo para el agua destilada sigue siendo elevado, lo cual se explica porque  tiene una fuerza iónica muy baja y por tanto no puede explicarse la incertidumbre que tenemos en la medida con esta hipótesis. El dato que mas discrepancia presenta es el NaOH, debido a la presencia del ión común, razón que también se puede aplicar al caso del CaCl2.

Sin embargo, es más que apreciable que en general hay mucha menos diferencia si tenemos en cuenta las fuerzas iónicas que si las obviamos.

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