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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL II SOLUBILIDAD Y DIAGRAMA DE SOLUBILIDAD PRACTICA # 1 Paralelo 3 GRUPO N° 121 INTEGRANTES: 1. Erick Flores

AYUDANTE: Estefanía Betancourt

Quito-Ecuador 1

RESUMEN Determinación de la gran importancia de los factores físicos y químicos que puedan afectar la solubilidad de sustancias. Se procedió al montaje el equipo con la ayuda de los materiales del laboratorio a ser usados, seguidamente de la comparación de sustancias, cada una sometida a diferentes procesos, con lo cual se pudo hacer el respectivo análisis de las propiedades de las soluciones, realizando varias observaciones y la elaboración, mediante la experimentación, de un diagrama de solubilidad. La práctica dio arrojo resultados de la experiencia de observar solidos solubles en líquidos por varios factores que pudieran influyen en el proceso y elaboración experimental de la curva de solubilidad al momento de anotar mal los valores. Concentrándose en la observación de las cualidades que son evidentes al momento de solubilizar sustancias mediante las diferentes tipos de pruebas realizadas con diferentes químicos.

DESCRIPTORES: SUSTANCIAS/

OBSERVACIONES/ CUALIDADES/

PROCESOS/

SOLUBILIDAD/

FACTORES_FISICOS

FACTORES_QUIMICOS/ DIAGRAMA_DE_SOLUBILIDAD

Y

PRACTICA N° 1 TEMA: SOLUBILIDAD Y DIAGRAMA DE SOLUBILIDAD 1. OBJETIVOS 1.1. Observar la influencia de los factores físicos y químicos que afectan la solubilidad. Construir la curva de solubilidad en función de la temperatura en base a

1.2.

datos experimentales. 2. TEORÍA. 2.1. Polaridad (Moléculas Polares y Apolares). “Es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas en la misma molécula. Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades como l solubilidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, las fuerzas intermoleculares, etc. La polaridad es una característica muy importante ya que puede ayudarnos a reconocer moléculas (por ejemplo a diferenciar el trans-dicloroetano que es apolar y el cis-dicloroetano que es fuertemente polar). También es importante en disoluciones ya que un disolvente polar solo disuelve otras sustancias polares y un disolvente apolar solo disuelve sustancias apolares ("semejante disuelve a semejante").” (Desconocido, 2015)  Moléculas polares Son aquellas que uno de sus extremos está cargado positivamente, el otro de manera negativa. Además de tener enlaces polares no son simétricos. (Aldabe, Aramendía, Bonazzola, & Lacreu, 2004) Imagen 2.1-1. Molécula polar.

Fuente: (Aldabe, Aramendía, Bonazzola, & Lacreu, 2004)  Moléculas apolares Son aquellas moléculas que atraen los electrones del enlace que son iguales. Recordando igual su geometría molecular. (Aldabe, Aramendía, Bonazzola, & Lacreu, 2004) Imagen 2.1-2. Molécula no polar.

2.2.

Fuente: (Aldabe, Aramendía, Bonazzola, & Lacreu, 2004) Fuerzas intermoleculares. Se definen como el conjunto de fuerzas atractivas y repulsivas que se producen entre las moléculas como consecuencia de la presencia o ausencia de electrones. Las fuerzas intermoleculares que actúan entre las moléculas se clasifican en: las fuerzas de van der Waals, asociación de dipolos y los enlaces por puente de hidrógeno. (Allinger , 1984)  Fuerzas de van der Waals. Son las de trascendencia más amplia puesto que afectan a toda clase de átomos y moléculas sin excepción. Son de capital importancia en cuanto determinan las propiedades de los líquidos. (Allinger , 1984)  Fuerzas de asociación de dipolos (dipolo-dipolo). Este tipo de interacción aparece solamente entre moléculas polares. Esta interacción se produce por las atracciones electrostáticas que se producen entre la zona cargada negativamente de una molécula y la positiva de otra, lo que provoca que las moléculas se vayan orientando unas con respecto a otras. Así, por ejemplo, si las moléculas polares constituyen un gas (por ejemplo SO2, HCl, etc.) y están sometidas a fuerzas de orientación de cierta importancia, este gas será fácilmente licuable. Al disminuir ligeramente la temperatura, decrece la agitación térmica, los dipolos se orientan entre sí, las moléculas se asocian y se produce un estado más condensado (líquido). (Allinger , 1984)  Fuerzas de enlaces de puentes de Hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno intermoleculares producen un espectacular incremento en los puntos de ebullición de los alcoholes sobre la mayoría de los demás compuestos de peso molecular análogo. (Allinger

2.3.

, 1984) Factores que afectan la solubilidad de líquidos y sólidos. “No todas las sustancias son solubles en las demás sustancias. Como hemos mencionado, el aceite y el agua son inmiscibles. El aceite no es soluble en agua. Algunos solutos son más difíciles de disolver que otros.

Los factores que afectan la solubilidad de líquidos y sólidos tenemos como los más importantes tenemos a (Glynn & Heinke, 1999):  Superficie de contacto. Al aumentar la superficie de contacto del soluto, la cual se favorece por pulverización del mismo, con el solvente, las interacciones solutosolvente aumentarán y el cuerpo se disuelve con mayor rapidez. (Daub & Seese, 1996)  La naturaleza del soluto y del disolvente. La solubilidad es mayor entre sustancias cuyas moléculas son análogas, eléctrica y estructuralmente. Cuando existe semejanza en las propiedades eléctricas del soluto y disolvente, las fuerzas intermoleculares son fuertes, favoreciendo la disolución de una en otra. (Daub & Seese, 1996) 

Presión.

La presión no afecta notablemente la solubilidad de los solutos sólidos y líquidos, pero sí la de los solutos gaseosos. Al aumentar la presión en una disolución cuyo soluto es un gas, se produce un incremento en la solubilidad del gas en el disolvente. (Daub & Seese, 1996)  Temperatura. La temperatura afecta la rapidez y grado de solubilidad. Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas en solución y con ello su rápida difusión. Además, una temperatura elevada hace que la energía de las partículas del sólido, moléculas o iones sea alta y puedan abandonar con facilidad la superficie, disolviéndose. (Glynn & Heinke, 1999) 3. PARTE EXPERIMENTAL. 3.1. Materiales y Equipos. 3.1.1. Balanza. 3.1.2. Probeta. 3.1.3. Vasos de precipitación. 3.1.4. Mechero. 3.1.5. Piseta. 3.1.6. Tubos de ensayo. 3.1.7. Pinzas para tubos de ensayo. 3.1.8. Cronómetro. 3.1.9. Termómetro. 3.1.10. Reverbero. 3.2. Sustancias y Reactivos. 3.2.1. Agua destilada. 3.2.2. Sulfato de Cobre. 3.2.3. Nitrato de potasio.

[R: 100ml; A: +/- 2ml] [R:200ml; A: +/-50 ml]

[R:200°C; A: +/-2°C] [H20 (l)] [CuSO4 (s)] [KNO3 (s)]

3.2.4. Yodo. [I (s)] 3.2.5. Alcohol Industrial. [C2H5OH (l)] 3.2.6. Cloruro de Sodio. [NaCl (s)] 3.3. Procedimiento. 3.3.1. Efectos del tamaño de partícula.  Dividir en dos artes iguales una cantidad de 0,5 g de CuSO4  Pulverizar una de estas porciones  En 2 tubos de ensayo colocar 5 ml de agua y añadir a cada uno las partes de sulfato; la pulverizada colocarla en el segundo tubo.  Dejar en reposo los tubos.  Anotar las observaciones. 3.3.2. Efectos de la temperatura.  Dividir en dos partes iguales 0,5 g de CuSO4.  Colocar en dos tubos de ensayo 5 ml de agua y añadir a cada uno el CuSO4.  En baño María, calentar uno de los tubos hasta 40° C.  Dejar el otro a temperatura ambiente.  Anotar las observaciones. 3.3.3. Efectos de la naturaleza del solvente y soluto.  Tomar dos tubos de ensayo, en el primero añadir 2 ml de agua 

y en el segundo 2 ml de alcohol industrial. Añadir una pequeña e igual cantidad de cristales de yodo en

 

ambos tubos de ensayo. Repetir el proceso para la sal casera NaCl. En un tubo de ensayo añadir 2 ml de agua y 10 gotas de

alcohol industrial.  Anotar las observaciones. 3.3.4. Diagrama de solubilidad.  Pesar 3 g de Nitrato de Potasio y colocarlo en un tubo de  

ensayo. Añadir 3 ml de agua destilada. Someter a calentamiento en baño María hasta que se haya



solubilizado totalmente la sal. Tomar el valor de la temperatura en el momento en que se

  

haya solubilizado todo el sólido. Dejar enfriara hasta que se formen los nuevos cristales. Añadir 1 ml más de agua y someter a calentamiento. Repetir el procedimiento hasta que ya no se formen los

cristales, añadiendo cada vez 1 ml de agua.  Registrar los datos. 4. OBSERVACIONES

Tabla 4.1-1 Efectos del Tamaño de la Partícula Tamaño de

Observaciones

partícula Al mezclar el soluto en el agua, este va al fondo del tubo de ensayo y la Cristales

solución toma una ligera tonalidad azul. Debido a que el soluto esta pulverizado la solución presenta una tonalidad azul

Polvo

con una pequeña cantidad de soluto en el fondo del tubo de ensayo. Tabla 4.1-2 Efectos de la Temperatura

Sustancia

Temperatura

Observaciones

(°C) La reacción del CuSO4 en agua tiene una CuSO4

Ambiente

velocidad de reacción lenta y quedan partes de soluto en el fondo del tubo de ensayo. Al someter el CuSO4 en agua la reacción es

40

instantánea debido a que se le aplica temperatura. Tabla 4.1-3

Efectos de la naturaleza de solvente y soluto N

Soluto

Solvente

Yodo

H2O

1

Observaciones La solución no presenta una tonalidad café debido a que el yodo no es muy soluble con el agua. Al colocar yodo con el alcohol, ambos se

2

Yodo

C2H5OH

mezclan y la solución toma una tonalidad café.

3

NaCl

H2O

Se solubilizó completamente el NaCl en el agua. No se solubilizo por completo, quedaron

4

NaCl

C2H5OH

pequeños cristales en el fondo del tubo de ensayo. La solución es homogénea porque en todas

5

C2H5OH

H2O

sus partes tiene la misma composición química.

5. DATOS 5.1. Datos experimentales Tabla 5.1-1 Datos de solubilidad para Nitrato de Potasio, m= 2g.

5.2.

V (ml)

T [°C] Solubilidad

T [°C] Cristalización

3

62

47

4

64

45

5

69

43

6

71

42

Datos adicionales. Tabla 5.2-1 Densidad del agua. Sustancia Densidad, (g/ml) Agua 1 Fuente: Tipler P., Física preuniversitaria, Primera edición, Editorial Reverté,

España, 2006, Pág: 261. 6. CALCULOS. 6.1. Calculo de la solubilidad E.c. 6.1-1 E.c. 6.1-2 E.c. 6.1-3 Cálculo modelo Cálculo de la masa de agua.

Cálculo de la solubilidad.

7. RESULTADOS Tabla 7-1

Solubilidad del nitrato de potasio. T, C 62 64 69 71

0.667 0.5 0.4 0.333

8. DISCUSION. Al realizar la práctica se concluyó que esta fue desarrollada con todo éxito ya que las sustancias eran solubles o poco solubles debido a la polaridad que tenían cada compuesto sobre el tipo de solvente usado y el método que se usaron para la determina de la solubilidad de una solución fueron adecuados y convenientes logrando así una sobre saturación de una de las sustancias que se llevó a cabo por medio del incremento de temperatura a la solución, este proceso se lleva a cabo a presión constante, la cual para nuestro caso es la presión a la que se encuentra Quito, la sobresaturación se lleva a cabo el momento en el que al incrementar las condiciones con la que se saturo una sustancia se logra disolver más soluto en el solvente, es decir ya no vuelve a cristalizarse 9. CONCLUSIONES. 9.1. El yodo siendo apolar se solubiliza en mínima cantidad con el agua debido a que esta es polar. El yodo siendo apolar se solubiliza en su mayor parte con el C2H5OH

9.2.

debido a que este es semipolar propiciando un medio de solubilidad. 9.3. Puesto que el NaCl está unido mediante un enlace iónico, le es fácil al agua siendo esta polar encerrar al NaCl, atrapando el oxígeno al Na+, siendo este solubilizado. Puesto que el NaCl está unido mediante un enlace iónico, mientras que el

9.4.

C2H5OH es semipolar motivo por el cual se disuelve parcialmente el NaCl en C2H5OH. El etanol tiene una parte polar, la del radical -OH que es atraída por las

9.5.

moléculas de agua, que son polares, y como la cadena de carbonos es pequeña la parte no polar del etanol no influye, presentando solubilidad. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye

9.6.

mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. 10. APLICACIONES.

La solubilidad de las sustancias nos permite analizar cómo será su comportamiento frente a otra sustancia o reactivos, por ejemplo, una sustancia soluble en agua seguramente también lo será en alcoholes (bajo peso molecular). Esto también nos ayuda a identificar una sustancia de las demás, saber qué sustancia es la que estamos tratando, esto se llama análisis químico cualitativo. Éstas son algunas de las aplicaciones e importancia que tiene la solubilidad de sustancias, ya que es una propiedad sumamente importante. El diagrama de solubilidad nos ayuda a determina e identificar la solubilidad de cualquier compuesto a una determinada temperatura, además de determinar la máxima saturación que puede alcanzar una sustancia dentro de la mezcla de productos químicos. 11. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 11.1. Citas bibliográficas.

Aldabe, S., Aramendía, P., Bonazzola, C., & Lacreu, L. (2004). Química 2. Química en acción. En S. Aldabe, P. Aramendía, C. Bonazzola, & L. Lacreu, Química 2. Química en acción (págs. 26-27). Buenos Aires: Ediciones Colihue. Allinger , N. L. (1984). Química orgánica, Volume 1. En N. L. Allinger, Química orgánica, Volume 1 (págs. 95-102). España: Editorial Reverté S.A. Daub, G. W., & Seese, W. S. (1996). Química. En G. W. Daub, & W. S. Seese, Química (págs. 365-367). México: Pearson Education. Desconocido. (1 de Noviembre de 2015). Wikipedia, La enciclopedia libre. Obtenido de Wikipedia, La enciclopedia libre: https://es.wikipedia.org/wiki/Polaridad_%28qu%C3%ADmica%29 Glynn, J. H., & Heinke, G. W. (1999). Ingeniería ambiental. En J. H. Glynn, & G. W. Heinke, Ingeniería ambiental (págs. 150-152). México: Pearson educacion.

11.2. Referencias bibliográficas.

Aldabe, S., Aramendía, P., Bonazzola, C., & Lacreu, L. (2004). Química 2. Química en acción. En S. Aldabe, P. Aramendía, C. Bonazzola, & L.

Lacreu, Química 2. Química en acción (págs. 26-27). Buenos Aires: Ediciones Colihue. Allinger , N. L. (1984). Química orgánica, Volume 1. En N. L. Allinger, Química orgánica, Volume 1 (págs. 95-102). España: Editorial Reverté S.A. Daub, G. W., & Seese, W. S. (1996). Química. En G. W. Daub, & W. S. Seese, Química (págs. 365-367). México: Pearson Education. Desconocido. (1 de Noviembre de 2015). Wikipedia, La enciclopedia libre. Obtenido de Wikipedia, La enciclopedia libre: https://es.wikipedia.org/wiki/Polaridad_%28qu%C3%ADmica%29 Glynn, J. H., & Heinke, G. W. (1999). Ingeniería ambiental. En J. H. Glynn, & G. W. Heinke, Ingeniería ambiental (págs. 150-152). México: Pearson educacion.

12. ANEXOS. 12.1. Diagrama del Equipo. Figura 12.1-1. Diagrama del equipo

Fuente: Laboratorio Centro de Química, UCE

12.2. Diagrama S= f (T) experimental para nitrato de potasio. Tabla 12.2-1. Diagrama S= f (T) experimental para nitrato de potasio

Fuente: Elaborado por el grupo N° 7. 12.3. Diagrama S= f (T) teórico para nitrato de potasio. Tabla 12.3-1. Diagrama S= f (T) teórico del nitrato de potasio

Fuente: (Daub & Seese, 1996)