FACULTAD DE QUÍMICA.

QUÍMICA GENERAL I. LABORATORIO.

PROFESOR HUERTA TAPIA LUIS ANTONIO

GRUPO: 50 GAVETA: 67

- IZQUIERDO IGLESIAS LUIS SERGIO

- MARTÍNEZ MUÑOZ ADRIANA

- PÉREZ ROMO PATRICIA ALEJANDRA

- SANDRA LETICIA QUIROZ TORRES

Práctica No. 03“Solubilidad”

PROBLEMA:

Problema 1:

Las disoluciones A, B y C tienen la siguiente composición:La disolución A: 0.613 g de KNO3 en 1 mL de agua,La disolución B: 1.226 g de KNO3 en 2 mL de agua,La disolución C: 3.065 g de KNO3 en 5 mL de agua.¿A qué temperatura se inicia la cristalización en estas disoluciones?

Problema 2:

¿Qué masa de nitrato de potasio se debe disolver en 1 ml de agua para que cristalice a las siguientes temperaturas: 25°C, 35°C y 45° C?

OBJETIVO:

● Estudiar cómo afecta la temperatura en la concentración de la sustancia.● Estudiar el efecto de la temperatura en la solubilidad del KNO3; así como la

relación de ambos factores en el proceso de cristalización de la sustancia. ● Identificar si son propiedades intensivas o extensivas.

HIPÓTESIS:

➔ La solubilidad es una propiedad intensiva de la materia.

➔ La temperatura influye proporcionalmente a la solubilidad, a mayor temperatura, será mayor la solubilidad que presenté el nitrato de potasio en agua, mientras que a menor temperatura, será menor la solubilidad de este.

➔ La temperatura de cristalización aumentará si aumenta la concentración de la solución.

CONCEPTOS RELACIONADOS:

MAPA CONCEPTUAL:

DEFINICIONES:

● Sustancia: Forma de materia que tiene composición definida (constante) y propiedades distintivas.

● Sustancia pura: Se llama sustancia pura a aquella que no se puede descomponer en otras mediante procedimientos físicos (como calentamiento o un campo magnético). Es posible que la sustancia pura se descomponga mediante reacciones químicas; si se descompone en más de un elemento químico, se dice que la sustancia es compuesta; en caso contrario, se dice que es una sustancia simple.

● Elemento: Sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos.

● Compuesto: Sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas.

● Mezcla: combinación de dos o más sustancias en las cual las sustancias conservan sus propiedades características. Son de dos tipos:

● Homogénea: la composición de la mezcla es la misma en toda la disolución.

● Heterogénea: la composición de la mezcla no es uniforme.

● Propiedades intensivas de la materia: Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia que se considera; por ejemplo la densidad, la temperatura, etc.

● Propiedades extensivas de la materia: Son aquellas que dependen de la cantidad de materia que se está considerando; por ejemplo la masa y el volumen.

● Disolución: Las disoluciones son mezclas homogéneas, es decir presentan dos o más componentes, que se encuentran acomodados de tal manera que sólo se observa una sola fase.

● Soluto: Es el compuesto de menor proporción al disolvente, es decir es aquel que se encuentra en menor concentración, en una disolución puede haber uno o más solutos.

● Disolvente: Es la sustancia que suele aparecer en mayor cantidad y donde se disuelve el soluto.

● Solubilidad:La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad de disolvente a una temperatura determinada. Se expresa como gramos de soluto por cada 100 cm3 de disolvente a una temperatura dada.

● Concentración: relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución o de solvente.

● Soluciones insaturadas:Se dice que una solución es insaturada cuando aún su capacidad de disolver soluto aún no ha alcanzado la saturación y que se encuentra aún con capacidad de recibir más soluto a una temperatura dada.

● Soluciones saturadas:Tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.

● Soluciones sobresaturadas:Contiene más soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y presión dadas.

● Cristalización:Es una técnica de separación de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que sólo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolución. Los cristales se obtienen al enfriar una disolución saturada en caliente del compuesto sólido en un disolvente adecuado. El disolvente o mezcla de disolventes será seleccionado de acuerdo con la solubilidad del sólido. Así, es necesario encontrar un disolvente en el que el compuesto sólido que queremos cristalizar sea soluble en caliente e insoluble en frío.

● Curva de solubilidad:El coeficiente de solubilidad es un coeficiente que se asocia a cada elemento o compuesto en relación con otro. El coeficiente de solubilidad depende de la temperatura, de la naturaleza del soluto, de la naturaleza del disolvente y de la presión. Por lo regular, al aumentar la temperatura, el coeficiente de solubilidad aumenta. Los resultados de esta relación se conoce como curva de solubilidad, que son representaciones gráficas de la solubilidad de un determinado soluto en función de la temperatura.

● Sal iónica:Una sal es un compuesto químico formado por cationes (iones de carga positiva) enlazados a aniones (iones de carga negativa). Son el producto típico de una reacción química entre una base y un ácido, donde la base proporciona el catión y el ácido el anión. Por tanto la mayoría de las sales son compuestos iónicos, ya que están formadas por dos sustancias con diferencias significativas en su electronegatividad.

● Temperatura: propiedad intensiva, es decir, que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del que este compuesto. La temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico, la cual tiene una causa a nivel microscópico, que es la energía promedio por la partícula. Y actualmente, al contrario de otras cantidades termodinámicas como el calor o la entropía, cuyas definiciones microscópicas son válidas muy lejos del equilibrio térmico, la temperatura sólo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un promedio.

● Evaporación: es un proceso físico del estado de agregación de la materia, en el cual se pasa de un estado líquido al estado gaseoso.

DIAGRAMA DE FLUJO:

MATERIAL:

➢ Vaso de precipitado➢ Tubos de ensaye ➢ Termómetro.➢ Lupa (opcional)➢ Pipeta volumétrica de 1,2 y 5 ml

SUSTANCIAS:

❖ Agua de la llave❖ Agua destilada

❖ Nitrato de potasio (KNO3):

❏ Ojos: Lave los ojos de inmediato con agua por lo menos durante quince minutos incluyendo debajo de los párpados, si el dolor y/o la irritación persiste acuda al médico de inmediato.

❏ Piel: Remueva la ropa contaminada de inmediato y lave el área afectada por lo menos por quince minutos con jabón.

❏ Ingestión: Si la víctima esta consciente y alerta dar de 2 a 4 tazas de agua. No de nada por vía oral a una persona inconsciente.

❏ Inhalación: Lleve a la víctima a un lugar con aire fresco si no ÿrespira, dar respiración artificial, si la respiración es complicada suministre oxígeno acudir al médico de inmediato.

❏ Rombo de seguridad del KNO3:

CUESTIONARIO PREVIO:

1. Investiga las siguientes definiciones:

Soluto: Es el compuesto de menor proporción al solvente, es decir es aquel que se encuentra en menor concentración, en una disolución puede haber uno o más solutos.Disolvente: Es la sustancia que suele aparecer en mayor cantidad y donde se disuelve el soluto.Disolución: es una mezcla homogénea de dos o más sustancias, que presentan una solo fase, es decir, su composición es uniforme.

2. ¿Qué características presentan las soluciones no saturadas (o insaturadas), saturadas y sobresaturadas? Una solución insaturada, contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver, se observa una sola fase.Las soluciones saturadas, son aquellas que contienen la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en determinado disolvente, a condiciones de temperatura específicas. Aún se observa una sola fase.En las soluciones sobresaturadas, se contiene más soluto del que puede disolverse a una temperatura dada, podemos distinguir dos fases diferentes, esto debido al excedente de soluto no disuelto que se presenta.

3. ¿Qué diferencia existe entre propiedades extensivas e intensivas? Menciona tres ejemplos de propiedades intensivas.Las propiedades extensivas, dependen de la cantidad de materia que se considere, a diferencia de las propiedades intensivas, que no dependen de cuánta materia se considere. Como ejemplos de propiedades intensivas tenemos la densidad, la temperatura, la presión, la viscosidad, elasticidad, etc.

4. ¿Cómo se define la solubilidad? La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura específica. Se expresa como gramos de soluto por cada 100 cm3 de disolvente a una temperatura dada.

5. ¿Cómo afecta la temperatura a la solubilidad de una sal iónica? La dependencia de la solubilidad en agua de la mayoría de las sales iónicas, presenta como constante, que su solubilidad aumenta con la temperatura.

6. Describe el fenómeno de cristalización.Es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades. Primero es necesario disolver la mezcla en una determinada cantidad de disolvente,

por lo general agua, a una determinada temperatura, la necesaria para que el soluto se disuelva. Posteriormente la disolución se enfría de manera gradual hasta que el valor de la solubilidad de una de las sustancias sea mínima, es decir sea muy poco soluble o insoluble, de esta manera, se separará dicha sustancia de la disolución, pero el resto de ella quedará constante. Por ello es necesario identificar la temperatura y disolvente adecuado en el cual la sustancia que queremos recuperar, sea soluble en caliente e insoluble en frío.

7. Consultado la curva de solubilidad de NaNO3, contesta las siguientes preguntas:

a) ¿Es posible disolver 80 g de NaNO3 en 100 mL de H2O a 20 °C?Sí.b) ¿Esta disolución será saturada o insaturada? Insaturada, ya que con base a la curva, a los 20° C puede disolverse mayor cantidad de NaNO3 c) ¿Es posible disolver 87.6 g de NaNO3 en 100 mL de H2O a 20 °C? Sí d) ¿Esta disolución será saturada o insaturada? La solución está a punto de llegar a su máxima capacidad (88.0 g) a los 20° C, por lo cual podemos considerarla como saturada. e) ¿Es posible disolver 95 g de NaNO3 en 100 mL de H2O a 20 °C? Nof) ¿Esta disolución será saturada o sobresaturada? Será sobresaturada, pues excede la cantidad máxima de soluto que puede disolverse a esta temperatura. g) ¿Cuántos gramos de NaNO3 se pueden disolver en 50 mL de agua a 60 °C? 122 g

8. Investiga en la bibliografía si esta tendencia es igual para todas las sales. Mencione algunos ejemplosEn la mayoría de las sales, la tendencia de la solubilidad aumenta gradualmente al incrementar la temperatura, es decir a mayor temperatura mayor solubilidad, por ejemplo en el KNO3, NaBr, KBr. En otros casos como en el NaCl, el incremento de la solubilidad es un tanto constante, ya que presenta un cambio mínimo. Un caso particular es el Sulfato de Sodio, el cual según su curva de solubilidad, está disminuye conforme aumenta la temperatura.

Procedimiento experimental:

1. Calienta 100 mL de agua de la llave en un vaso de precipitados, para un baño María.

2. Etiqueta tres tubos de ensaye y pesa directamente en cada uno de ellos la cantidad de KNO3 indicada en la tabla 1.

Nota: Evita que la sal se pegue a las paredes de los tubos. (Los tubos deben estar limpios y secos)

3. Agrega al primer tubo de ensaye la cantidad de agua destilada indicada en la tabla 1. En caso de que se tenga algo de sal en las paredes arrástrala con el agua que agregarás. Si la sal no se disuelve fácilmente, pon el tubo de ensaye en el baño María; procura agitar el tubo para no sobrecalentarlo y evitar una evaporación significativa de agua que afecte la concentración de la disolución.

4. Introduce el termómetro en el tubo de ensaye procurando no moverlo y déjalo ahí hasta que determines la temperatura que se indica en el punto número 5.5. Cuando la sal esté completamente disuelta, retira el tubo del baño María y enfríalo lentamente. Registra en la tabla 2 la temperatura en la cual aparecen los primeros cristales de la sal.

Nota: La aparición de los cristales es repentina, por lo que debes trabajar cómodamente para que la observación de los primeros cristales resulte lo más fácil posible. Si es necesario utiliza una lupa.

6. Empleando nuevamente los tubos A, B y C, repite el mismo procedimiento para determinar su temperatura de cristalización (T’crist) y regístralo en la tabla 2. Realiza una vez más el procedimiento con los tres tubos y registra los valores (T’’crist). Enjuaga y seca el termómetro después de cada medición.

Tabla 1.

Tubos A B C

g KNO3 0.613 1.226 3.065

mL de agua 1 2 5

Tabla 2.

Tubos Tcrist Tcrist Tcrist

A 39°C 38°C 39°C

B 38°C 38°C 36°C

C 40°C 39°C 42°C

Cuestionario 1:

1. Considerando que a una temperatura dada la sal se disuelve completamente, calcula la concentración de las disoluciones A, B y C, en gramos de sal por cada mililitro de agua y en gramos de sal que se disuelven en 100 mL de agua. Registra tus resultados

en la tabla 3. Obtén la Tcrist promedio para cada serie de tubos y colócala en la segunda columna.

Tabla 3.

Tubo Tcrist promedio

g KNO3 mL agua g KNO3/mL

agua

g KNO3/100 mL agua

A 38.6ºC 0.613 1 0.613 g/ml 61.3 g/mL

B 37.3ºC 1.226 2 0.613 g/ml 61.3 g/mL

C 40.3ºC 3.065 5 0.613 g/mL

61.3 g/mL

2. ¿Son similares las temperaturas de cristalización de las disoluciones A, B y C? Sí, en lo general, observamos que se localiza en un rango de 37.3 a 40.3 °C; presenta una diferencia de 3°C entre el valor mayor y el menor (C y B respectivamente), podríamos considerar que la diferencia de temperatura no es significativa.

3. ¿Por qué? Justifica tu respuesta considerando las concentraciones de las disoluciones A, B y C. Podemos observar que las concentraciones en los tres casos son iguales, por lo tanto las temperaturas de cristalización deben de ser iguales o muy similares, podemos considerar un margen de error determinado en este caso +/- 3 °C y aún así, la diferencia sería mínima.

4. ¿Qué propiedad de la materia relaciona los gramos de sustancia que se pueden disolver en un volumen de agua a una temperatura específica? Solubilidad

5. ¿Esta propiedad es intensiva o extensiva? intensiva

6. ¿Por qué?por la definición de una propiedad intensiva, entendemos, que esta no depende de la cantidad de sustancia a estudiar, ya que el valor de esta en un sistema siempre será el mismo o similar.

7. ¿A qué temperatura se inicia la cristalización en las disoluciones A, B y C? La temperatura promedio de cristalización de todas las disoluciones es de 38.7ºC

Procedimiento experimental:

1. Repite el procedimiento experimental utilizado en la sección anterior, pero utiliza ahora las cantidades de sal y de agua indicadas en la tabla 4. Registra tus resultados en la tabla 5.

Tabla 4.

Tubos A B C D E F G H

g KNO3

0.212 0.316 0.453 0.613 0.836 1.060 1.365 1.670

mL agua

1 1 1 1 1 1 1 1

Tabla 5.

Tubo Tcrist T’crist T”crist

A 32º 33º 32º

B 35º 36º 34º

C 35º 36º 36°

D 38º 38º 39º

E 43º 42º 44º

F 54º 55º 54º

G 72º 73º 72º

H 78º 80º 79º

Cuestionario 2:

1. Calcula la concentración de cada disolución en gramos de sal por mililitro de agua y en gramos de sal que se disuelven en 100 mL de agua. Registra tus resultados en la tabla 6.

Tabla 6.

Tubo Tcrist promedio g KNO3 mL agua g KNO3 /mL agua

g KNO3 / 100 mL agua

A 32.3 0.212 1 0.212 21.2

B 35 0.316 1 0.316 31.6

C 35.6 0.453 1 0.453 45.3

D 38.3 0.613 1 0.613 61.3

E 43 0.836 1 0.836 83.6

F 54.3 1.060 1 1.060 106.0

G 72.3 1.365 1 1.365 136.5

H 79 1.670 1 1.670 167.0

2. Traza una gráfica de solubilidad (g KNO3 en 100 mL de agua) (ordenadas, eje y) en función de la temperatura (ºC) (abscisas, eje x); el gráfico debe ocupar la mayor parte del tamaño de la hoja de papel milimetrado. Anexo

3. ¿Qué efecto tiene en los resultados la sal pegada al tubo que no se disuelve? Un cambio en la concentración debido a que la cantidad de gramos de soluto disminuye en los mililitros de agua, siendo la concentración menor, la temperatura de cristalización es más alta.

4. ¿Cómo varía la solubilidad en función de la temperatura? Aumenta la temperatura y aumenta la solubilidad

5. ¿Por qué se recomienda no sacar el termómetro del tubo hasta que se haya registrado la temperatura de cristalización? Para identificar exacta la temperatura en la que se empieza a cristalizar el KNO3, ya que al sacar el termómetro, este se enfría al retirarlo del sistema, dando como resultado una variación en el registro de la temperatura real.

6. ¿Cómo determinas la temperatura de cristalización de una disolución de KNO3 si conoces su concentración?Si, podemos extrapolar la gráfica y de esta manera obtener su valor en las ordenadas (Temperatura)

7. Analiza la gráfica y determina la temperatura de cristalización para las siguientes disoluciones:

Disolución g KNO3 mL de agua g KNO3/ 100 mL agua

T (°C) de cristalización

1 1 5 20 g/ml

2 2 5 40 g/ml

3 3 5 60 g/mL

4 5 5 100 g/mL

5 2 3 66 g/mL

6 2 6 33 g/ml

7 2 8 75 g/ml

8 2 10 20 g/ml

8. ¿Es posible preparar una disolución de KNO3 40% (m/m) a temperatura ambiente?No9. ¿Por qué? Considerando la temperatura ambiente como 25°C no es posible que esa concentración se disuelva por completo, para que fuera posible la disolución la temperatura debería estar en 30°C aproximadamente. 10.Consulta la gráfica obtenida y contesta las siguientes preguntas:a) ¿Qué cantidad de KNO3 se deben mezclar con 100 mL de agua a 20 °C, para tener una disolución no saturada (insaturada)? En la gráfica obtenida experimentalmente no tenemos la referencia de los 20°C puesto que las temperaturas empezaron la relación en los 32.3°C en promedio, pero de acuerdo a la gráfica obtenida con los datos del Lange’s Handbook, podemos observar que deben ser menos de 31.6 gramos por mililitro para que la solución no se sature

b) ¿Qué cantidad de KNO3 se deben mezclar con 100 mL de agua a 20 °C, para tener una disolución saturada? Justo 31.6 gramos.

c) Si se mezclan 50 g de KNO3 con 100 mL de agua a 20 °C ¿Qué se necesita hacer para preparar una disolución sobresaturada?

Dejando tal cual la temperatura de la disolución, 20°C no son suficientes para disolver esa cantidad de soluto en ese volumen de agua, a 20°C a partir de los 31.6 gramos la disolución comienza a ser sobresaturada.

PREGUNTAS FINALES:

¿La concentración es una propiedad intensiva o extensiva? ¿Por qué? Es una propiedad intensiva, pues no varia dependiendo de la cantidad de materia que se esté evaluando.

¿Por qué al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad de una disolución de KNO3? Cuando se calienta una disolución saturada, ésta disuelve más soluto que a temperatura ambiente; por lo mismo, se obtiene una disolución sobresaturada. Esto ocurre porque el aumento de temperatura hace que el espacio entre las partículas del líquido sea mayor y disuelva una cantidad más grande de sólido

¿Qué masa de nitrato de potasio se debe disolver en 1 mL de agua para que cristalice a las siguientes temperaturas: 25 ºC, 35 ºC y 45 ºC?

Temperatura 25°C 35°C 45°C

Masa 0.236 g 0.453 g 0.835 g

Tratamiento de residuos:

Las mezclas heterogéneas de KNO3 se deberán calentar y filtrar en caliente para quitar las impurezas insolubles, nuevamente se calentará y filtrará las veces que sea necesario para purificar la sal, por último se cristalizará y una vez seco se colocará en el contenedor correspondiente que se encuentra en las campanas.

CONCLUSIONES:

Sandra Leticia Quiroz Torres

Recordemos que la solubilidad se define como la máxima cantidad de un soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente en una determinada temperatura.Pudimos observar que en el nitrato de potasio la temperatura ayuda a tener una mayor solubilidad, ya que al calentar la mezcla el KNO3 se

disuelve más rápido, pero entre mas masa de nitrato la temperatura debe ser mayor. En la cristalización vemos que mientras la solubilidad de un compuesto sea mayor ( es decir se puede disolver mas rapido) en el caso del KNO3 se cristaliza en una temperatura menor que los que tienen mas masa de nitrato ( es decir se tarda en disolver), los de mayor masa se cristaliza mas

rapido en temperaturas altas. Todo esto depende de la solubilidad de la sustancia.En la curva de solubilidad describe el equilibrio entre el soluto y el solvente, y presenta la condiciones en las cuales el soluto se cristaliza.Podemos observar que La cristalización puede ocurrir solamente desde soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formación del núcleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturación, la nucleación es concebida como espontánea, y rápida, es decir a temperaturas altas.

BIBLIOGRAFÍA:

● Chang, R. (2007). Química (11a edición) . Editorial Mc Graw Hill.

● Hein, Morris (2011) Fundamentos de Química 2. Guadalupe, Nuevo León. Editorial Cengage Learning Latinoamérica. (p.p. 160)

● Licda. María de Socorro Navas-M.sc Marianela Valverde (2005) Ciencias. Un enfoque práctico 8º (3a Edición). Editora Géminis, S.A., Panamá.