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UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE QUIMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL INTENSIVA QU-0115 SEGUNDO SEMESTRE 2019

INFORME DE LABORATORIO

Rúbrica de evaluación de reporte** Rubro a calificar

Puntos posibles

Puntos obtenidos

Introducción 15 Validez de los conceptos 8 Apoyo en bibliografía 4 Redacción y ortografía 3 Sección experimental 5 Discusión 70 Presentación resultados 15 Validez de explicaciones 20 Veracidad de conceptos 15 Apoyo en la bibliografía 10 Redacción y ortografía 10 Bibliografía 10 Día de tardía (____ días) -20/día TOTAL 100 **Se recuerda al estudiante que a todo reporte que se encuentre en condición de plagio o que constituya una copia total o parcial del reporte de otro, se le asignará una nota de CERO.

Nota Tra. Lab.:_____ Fecha del Lab:____________

ESTUDIANTE: Andy Miranda Medina ASISTENTE: David Arias

CARNÉ: B94880 GRUPO: 05

SOLUBILIDAD INTRODUCCIÓN: El experimento se dividía en la realización de cinco etapas dentro de las cuales las primeras cuatro etapas abordaban acerca de la solubilidad en las disoluciones acuosas y los factores que la afectan. ¿Qué es la solubilidad?: la solubilidad es la cantidad máxima de soluto que se disolverá en una cantidad dada a disolverse a una temperatura específica, considerando que hay soluto en exceso presente, El dicho “igual disuelve igual” es de gran ayuda para predecir la solubilidad de una sustancia en determinado disolvente. Esta expresión significa que es probable que dos sustancias cuyas fuerzas intermoleculares son del mismo tipo y magnitud sean solubles entre sí1. Las fuerzas intermoleculares juegan papel importante en aspectos de solubilidad, ya que a como se explico en la frase anterior, por medio de su composición de molecular se puede prever cuando dos compuestos serán solubles, parcialmente insoluble o de paso insoluble todo esto debido al tipo de fuerza intermolecular que posean los compuestos1 Sin embargo, este concepto viene acompañado de lo que son las disoluciones (mezclas homogéneas de dos o más sustancias), las cuales se dividen en tres tipos distintos, en primer lugar, están las disoluciones saturadas la cual contiene la máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente en particular a una temperatura específica, en segundo lugar se encuentran las insaturadas la cual se destaca por contener menor cantidad de soluto que es capaz de disolver, y por último

tenemos las disoluciones sobresaturadas las cuales contienen mayor cantidad de soluto de lo que es capaz de disolver, es decir, más soluto de lo que puede contener una disolución saturada2. Es importante definir un concepto que surge a partir de las disoluciones sobresaturadas, el cual es la cristalización, sucede cuando el soluto disuelto se separa de la disolución y forma cristales 2. La última parte del experimento es el estudio sobre el efecto que posee un detergente, pero antes de discutirlo es importante hablar acerca de los detergentes, son compuestos que permiten variar la tensión superficial del agua y son los causantes de la humectación, la penetración, emulsión y suspensión de la suciedad. Su estructura está compuesta por dos partes: una hidrófila (afinidad con el agua) y otra lipofílica (afinidad con el aceite)3. Los objetivos presentes en la práctica fueron los siguientes: estudiar la solubilidad de varias sustancias en distintos disolventes y observar los cambios energéticos involucrados en el proceso, relacionar las fuerzas intermoleculares con la solubilidad de las sustancias, ilustrar la acción de un detergente. Las reacciones presentes en el experimento son las siguiente: H2O(l) + NH4NO3(ac) → HNO3(ac) + NH4OH(l) (1) 2H2O(l) + CaCl2(ac) → 2HCl(ac) + Ca(OH)2(s) (2) SECCIÓN EXPERIMENTAL: Se siguió el procedimiento del experimento “Solubilidad” proporcionado por la coordinación del Laboratorio de Química General Intensiva, realizándose las siguientes modificaciones: el experimento fue completamente demostrativo, siendo así realizado por la profesora Milena Jiménez y el asistente David Arias, por otro parte la etapa acerca del efecto de la temperatura en la solubilidad no se realizó. RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Primera Parte: solubilidad Se prepararon tres tubos de ensayo en donde se puso a prueba la solubilidad de tres distintos compuestos (etanol, acetona, aceite) en agua y después en gasolina y, seguidamente después la solubilidad de dos sales (KNO3 y CaCl2) en agua. El primero se trataba de etanol en agua y dio como resultado que era completamente miscible, esto se debe a que, si relacionamos las fuerzas intermoleculares que estos poseen, en primer lugar, el agua (H2O) posee como fuerza dominante puentes de hidrógeno y por otro lado el estanol también (C2H6O) para ello (ver figura 1 y 2), por lo que acá la frase “igual disuelve igual” toma sentido4.

Figura.1 H2O forma Figura. 2: Etanol forma Molecular. Molecular. Obtenido de: National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Ethanol, CID=702, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ethanol (accessed on nov. 25, 2019)

En el segundo caso se hizo la mezcla de acetona (CH3CH3CO) en agua (H20), se tuvo como resultado que la acetona era ligeramente soluble en agua debido a que a pesar a que ambos compuestos son polares esto significa que una molécula polar es aquella que es neutral, no tiene una carga neta, pero tiene una distribución de cargas a lo interno donde se forma una parte parcialmente negativa y otra parcialmente positiva, no obstante, no establecen un enlace tan fuerte como como lo hizo el agua y el etanol que ambos hacían puentes de hidrógeno, acción que no se hizo en esta mezcla5. En el tercer caso se trató de mezclar el agua con el aceite, pero en consecuencia el aceite queda arriba y el agua abajo, por lo que se muestran dos fases, por lo que se puede afirmar que el aceite es insoluble en el agua, y esto es debido a forma molecular ya que el aceite no es polar y por el opuesto el agua si es bastante polar, por lo que el agua se comporta como un imán pero el aceite es un compuesto neutro que no siente ni atracción ni repulsión por lo que se comporta como si se acerca un imán a un trozo de madera5. Prosiguiendo a cambiar el disolvente el cual era agua por la gasolina nos muestra datos bastantes distintos, primeramente es importante aclarar que la gasolina es un compuesto hidrogeno-carbonado y por lo tanto es no polar, ahora bien, comenzando con el primer caso que es el etanol, este en primera instancia pareciera que fuera soluble en dicho disolvente, ya que se juntan ambos líquidos se forman burbujas pero pareciera estar en una sola fase, pero al momento que se deja en reposo se comienzan a formar dos fases, lo que nos dice todo lo contrario; esto se puede justificar con la teoría con el hecho de que el etanol es polar y la gasolina es no polar, por que lo hace que el etanol sea insoluble6. En los otros dos casos en los que se mezclan gasolina y aceite, y gasolina y acetona, ambos al mezclarse fueron miscibles completamente, y esto se debe a que los tres compuestos son hidrogeno-carbonados, no polares y comparten entre si una fuerza intermolecular llamada dispersión de London, es por esto por lo que se evidencia el término “igual disuelve igual”2.

Finalizando con las mezclas de dos sales distintas en agua, en primer lugar, se mezcla el nitrato de amonio (NH4NO3) y agua, y se tiene como resultados que este compuesto es completamente soluble en agua, aparte que al momento de hacer la mezcla esta se pone fría, en otras palabras, nos quiere decir que es una reacción endotérmica, esto ocurre debido a que, si los productos son menos estables que los reactivos, la mezcla de reacción absorberá calor de los alrededores2 En segundo lugar, tenemos otra sal, en este caso, cloruro de calcio (CaCl2), el resultado de este fue distinto, cuando se efectuó la mezcla esta su puso tibia, esto sucede ya que, si los productos son más estables que los reactivos, la reacción se verá acompañada por liberación de calor, es decir, la reacción es exotérmica; aunado a esto, al realizar la mezcla se formó un precipitado cristalino, para entender porque pasa esto es importante manejar el cuadro con las reglas de solubilidad, para ello es indispensable observar la siguiente ecuación química: 2H2O(l) + CaCl2(ac) → 2HCl(ac) + Ca(OH)2(s) Si contrastamos los compuestos en la tabla de las reglas de solubilidad, el cloruro es soluble en calcio, sin embargo, el hidróxido de calcio es insoluble según las reglas2.

Fig.3: Reglas de solubilidad (dominio público)

Segunda Parte: solubilidad (yodo) Se vertió en una probeta el cloroformo de primer lugar, después se le agregó agua y de ultimo se vertió éter dietílico, al momento de juntar estos tres compuestos, se presentaron en tres fases, ya que, tanto el éter dietílico y el cloroformo eran prácticamente apolares y estaban divididas por el agua el cual es un compuesto polar, es por esto por lo que no se permitió que se diera la unión, por la repulsión que ejercen sus fuerzas intermoleculares.

Seguido de esto se le añadió una punta de espátula de yodo (I2) y produjo un resultado interesante, en el momento en que se deja caer produce dos colores distintos, uno anaranjado claro en el éter y un morado oscuro en el cloroformo, esto ocurre debido a que el yodo es, entre los halógenos, el que presenta cambios de color más acentuados y sensibles y, por lo tanto, con mayores aplicaciones analíticas. Disuelto o extraído en líquidos no polares (cloroformo, tetracloruro de carbono o sulfuro de carbono) presenta el color violeta propio de la molécula I2 cuando se encuentra en estado de vapor, mientras que sus disoluciones en líquidos polares (agua, alcohol, piridina, etc.) tienen un color del amarillo al pardo, según la concentración7. No obstante, para tener una explicación más a profundo, el color en los disolventes polares se explica por una polarización de la molécula de yodo originada por los dipolos del disolvente, que pueden donar el par de electrones libres que contienen, con lo que se debilita el enlace covalente típico de la molécula I2, que adquiere cierto carácter iónico, cambiando la energía de excitación y, en consecuencia, la absorción y el color7. Fig.4: solubilidad del yodo Obtenida: Julio Jiménez

Tercera Parte: Sobresaturación En esta parte se tenía como prioridad inicial lograr una disolución sobresaturada, la cual ya se tenía preparada con anterioridad por el asistente David Arias, ya partiendo desde acá solo restaba añadir el cristalito de acetato de sodio, cuando se dejo caer en el Erlenmeyer la disolución empezó a cristalizarse rápidamente. Esto pasa por lo siguiente, cuando una disolución de acetato de sodio se prepara a una temperatura elevada y después se enfría lentamente, todo el soluto puede estar disuelta aún cuando su solubilidad disminuye conforme desciende la temperatura, no obstante, las disoluciones sobresaturadas son muy inestables y para que haya cristalización solo es necesario la adición de un pequeño cristal de soluto (cristal semilla), esto aporta una plantilla para cristalización de soluto en exceso, y por consiguiente las partículas de soluto se acomodarán de manera adecuada para formar cristales1. Fig.5: Cristalización Obtenida de: Julio Jiménez

Cuarta Parte: efecto de un detergente Al principio de la práctica se habían elaborado distintos tipos de mezclas tanto en agua y gasolina como disolventes, sin embargo, en esta parte vamos a utilizar la mezcla que se trato de hacer entre el agua y el aceite la cual no se pudo mezclar ya que sus formas moleculares eran distintas por lo que no se permitían las mezclas3. Sin embargo, cuando se le adiciona un poco de detergente a la mezcla, este se encarga de unir el agua y el aceite, tratando de producir una sola fase, esto es posible debido a que el detergente posee una cabeza hidrófila (afín al agua) y una cola lipofílica (afín al aceite), por lo que permite formar puentes de agua y aceite y que esta forma en cuanto a su uso pueda remover la suciedad encapsulándola en unas partículas llamadas miscelas3. Fig.9: emulsión (dominio público)

Conclusiones: 1) Se pudo comprobar que las fuerzas intermoleculares que posean cada compuesto y la polaridad van a definir cuando este va a ser soluble en otros compuestos y cuando no. 2) Es importante destacar el efecto emulsificante que posee el detergente y su capacidad de unir o hacer una sola fase el agua junto con el aceite, a pesar de estor no ser de naturaleza afín a ser solubles entre sí. 3) He de destacar la particularidad que posee el yodo para cambiar de coloración en distintos compuestos, según sean estos polares y no polares, y estos colores van a variar su intensidad según el grado de concentración que estos posean.

BIBLIOGRAFÍA: 1) Brown, Theodore L.; LeMAY JR., H. Eugene., Bursten, Bruce E.; Murphy, Catherine J.; Woodward, Patrick M. Química: la ciencia central, Pearson Education, México, 2014, pp.518,519. 2) Raymond, Chang. Química, décima edición, McGraw-hill companies, México, 2010, pp.512, 583 3) Spartan de Chile. http://www.enfermeraspabellonyesterilizacion.cl /trabajos/detergentes.pdf (consultado: 25 de noviembre, 2019) 4) National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Water, CID=962, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Water (accesado en nov. 25, 2019) 5) Khanacademy.org https://es.khanacademy.org/science/biology/wateracids-and-bases/hydrogen-bonding-in-water/a/water-as-a-solvent (accesado: 25 de noviembre, 2019) 6) National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. 1Nonene, CID=31285, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1Nonene (accesado en nov. 25, 2019) 7) Burriel, Fernando.; Lucena, Felipe.; Arribas, Siro.; Hernández, Jesús. Química analítica cualitativa, Paraninfo, Magallanes, 1998, p. 256