UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA CATEDRA DE QUIMICA GENERAL

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1 UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA CATEDRA DE QUIMICA GENERAL ESTUDIO DE LA SOLUBILIDAD Y LOS FACTORES QUE LA AFECTAN OBJETIVOS 1. Interpretar el grado de solubilidad de las sustancias en un mismo disolvente. 2. Comprobar la influencia de la concentración en la solubilidad. 3. Analizar la variación de la solubilidad de una misma sustancia en distintos tipos de disolventes. 4. Visualizar el efecto que produce la dimensión de las partículas del soluto en la velocidad de disolución. 5. Determinar la influencia de la temperatura en la solubilidad. PRINCIPIOS TEÓRICOS Una solución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. Los componentes pueden estar en distinto estado de agregación: sólido, líquido o gaseoso. El componente que participa en menor proporción (o que se disuelve) se llama soluto y el que se encuentra en mayor proporción (o medio en el que se disuelve el anterior) se llama solvente. Podemos definir el término solubilidad como la propiedad que tienen las sustancias (sólidos, líquidos y gases) de disolverse en otras. En la tabla que se da a continuación se muestran ejemplos. Página 1

2 Tipos de soluciones Componente 1 Componente 2 Estado de la disolución Ejemplos Gas Gas Gas Aire Gas Líquido Líquido Agua gaseosa Gas Sólido Sólido H 2 gaseoso en paladio Líquido Líquido Líquido Alcohol etílico en agua Sólido Líquido Líquido NaCl en agua sólido Sólido Sólido Latón (Cu/Zn) De acuerdo a la cantidad relativa de soluto y de solvente que hay en una solución, ésta puede ser: Solución diluida: es aquella en que la cantidad de soluto presente en el disolvente es pequeña. Solución concentrada: es aquella en que la cantidad de soluto presente en el disolvente es muy grande. Solución saturada contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en un disolvente en particular a una temperatura específica. Una solución NO saturada contiene menor cantidad de soluto que la que el disolvente es capaz de disolver, la solución admite mayor cantidad de soluto hasta alcanzar la saturación. Solución sobresaturada contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada. Las soluciones sobresaturadas son poco estables. Con el tiempo una parte del soluto se separa de la disolución en forma de cristales. La solubilidad es la medida o magnitud que indica la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente a una temperatura definida. Factores que afectan la solubilidad El grado en que una sustancia se disuelve en otra depende de la naturaleza química del soluto y del disolvente (interacciones soluto-disolvente), de la temperatura y, al menos en el caso de los gases, de la presión. 1. Naturaleza química del soluto y del solvente: las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares similares suelen ser mutuamente solubles. Esta Página 2

3 generalización suele expresarse simplemente como similar disuelve similar. Las sustancias no polares son solubles en solventes no polares; los solutos iónicos y polares son solubles en disolventes polares. Los pares de líquidos que se mezclan en todas proporciones se caracterizan como miscibles y los líquidos que no se mezclan se caracterizan como inmiscibles. Los siguientes ejemplos ilustran el tema: a) el alcohol etílico que presenta un grupo oxhidrilo OH -, motivo por el cual puede establecer puentes de H es soluble en el solvente polar agua, el alcohol etílico y el agua son miscibles en todas las proporciones; b) el benceno, de fórmula molecular C 6 H 6, líquido apolar, es inmiscible en agua y es soluble en solventes orgánicos apolares como el Cl 4 C y el S 2 C; c) el azúcar es muy soluble en agua pero poco soluble en alcohol, a su vez el yodo es muy poco soluble en agua pero muy soluble en alcohol; d) Si a una disolución acuosa de sulfuro de calcio de le añade etanol el sulfuro precipita. (buscar las explicaciones de los ejemplos c) y d). 2. Efecto de la presión: Este factor no afecta las solubilidades de sólidos y líquidos. En cambio, la presión afecta la solubilidad de un gas en un líquido y actúa de la siguiente forma: Un aumento de la presión producirá siempre un aumento de la solubilidad del gas en un líquido y vise-versa, siempre que la temperatura permanezca constante. Las bebidas gaseosas y el champagne, contienen gas CO 2 disuelto a una alta presión, sobre todo el champagne, de ahí que al abrirlos se produzca una disminución de la presión y el gas escapa violentamente de la solución. 3. Efecto de la temperatura: Este factor afecta la solubilidad de solutos sólidos y gaseosos dado que la solubilidad de líquidos en líquidos no se ve afectada por este factor. La solubilidad de la mayor parte de los solutos sólidos en agua se incrementa al aumentar la temperatura de la solución. Por ello, podemos disolver más sacarosa (azúcar) C 12 H 22 O 11 en agua caliente que en agua fría. En la fig. 1 se muestra el efecto de la temperatura sobre la solubilidad de varias sustancias iónicas en agua. Observe que, en general, la solubilidad aumenta al incrementarse la temperatura. En cambio, la solubilidad de los gases en agua disminuye al aumentar la temperatura. Si se coloca en un recipiente una pequeña cantidad de bebida gaseosa, al ser calentada, se observará inmediatamente una efervescencia derivada del escape de gas dióxido de carbono de la solución. Si se calienta agua, esta pierde el aire disuelto en ella. Ver en la fig. 2 la solubilidad de diversos gases en agua, las solubilidades se dan en milimoles por litro, mm/l. Página 3

4 Fig.1 Fig.2 TÉCNICA OPERATORIA 1. Comparación del grado de solubilidad de diversas sustancias en agua 5 tubos de ensayo y 5 tapones. Gradilla para los tubos. Navecilla de pesada. Varilla de vidrio. ClNa, CaCO 3, KNO 3, CuSO 4 y agua destilada. Tomar muestras de 0.5 gramos de cada una de ellas y disolverlas en 1,5 ml de agua destilada en cada tubo de ensayo. Tapar cada tubo de ensayo y agitarlo vigorosamente durante un minuto. Comparar los resultados observados en cada tubo y contrastar las observaciones con los datos obtenidos de tablas de solubilidad. Página 4

5 2. Efecto de la variación en la concentración 3 vasos de precipitado de 250 ml. pipeta de 5ml, de 10ml y de 25ml. Varilla Solución de Permanganato de Potasio 0,5 % m/v Agua destilada. Numerar 3 vasos de precipitado. Colocar en cada uno de ellos 150 cm 3 de agua potable Colocar en el vaso precipitado N 1, 2 ml de permanganato de potasio. Coloca en el vaso precipitado N 2, 8 ml de permanganato de potasio. Colocar en el vaso precipitado N 3, 16 ml de permanganato de potasio. Observar y comparar los tres vasos de precipitado. (a) Cuál es el concepto que diferencia a las soluciones observadas?b) Cuáles son las unidades de medición del concepto determinado en (a)? 3. Efecto de los diferentes tipos de solventes sobre la solubilidad de una sustancia. Materiales y sustancias a utilizar 6 tubos de ensayo y tapones. Gradilla Espátula Navecilla de pesada. KCl, yodo en cristales Agua destilada, alcohol metílico, tetracloruro de carbono. Llenar tres tubos de ensayo hasta un tercio de su altura (aprox. 10 ml), uno con agua, otro con alcohol metílico y el tercero con tetracloruro de carbono. Página 5

6 Con una espátula agregar alrededor de 0.5g de KCl en cada uno de ellos, luego tapar y agitar. Observar y registrar. Preparar otros tres tubos de ensayos con los mismos solventes pero esta vez agregar pequeñas cantidades de yodo (pocos cristales). 4. Efecto de la dimensión de las partículas en la solubilidad. 2 tubos de ensayo y tapones Varilla de vidrio Sal Fina, sal Gruesa y Agua. Agregar 4 g de sal gruesa en un tubo de ensayo lleno hasta la mitad de agua y 4 g de sal fina común en un segundo tubo de ensayo con igual cantidad de agua. Agitar ambos tubos de la misma forma y durante el mismo tiempo (1 minuto). Detenerse periódicamente al cabo de algunos segundos para observar la cantidad de sal no disuelta que queda en cada tubo. 5. Variación de la solubilidad con la temperatura. Navecilla de pesada Tubo de ensayo Varilla Agitadora Termómetro Pipeta Vaso de Precipitado de 500 ml Trípode y tela de amianto Mechero Soporte universal Pinza KNO 3 Agua destilada Página 6

7 a) Pesar exactamente 5g de nitrato de potasio, KNO 3, en una balanza y colocar cuidadosamente en un tubo de ensayo contando con un agitador y termómetro. Medir (exactamente) 2.5 ml de agua destilada (con pipeta) y agregarlos directamente al KNO 3. b) Colocar el tubo de ensayo y su contenido en un vaso de precipitados de 250mL con agua caliente. A medida que la temperatura sube, el sólido comienza a disolverse. Mantenerlo en el baño hasta que el sólido se haya disuelto. Retirar del baño y dejar enfriar agitando suave y constantemente. Anotar la temperatura a la cual aparecen los cristales. Si ha permitido la formación de una masa considerable de cristales antes de que la temperatura haya sido anotada, la concentración de la solución habrá cambiado, de tal forma que la temperatura observada no corresponderá al punto de saturación de la solución original. Se debe anotar, tan pronto como sea posible, la temperatura a la cual comienza la cristalización. Si tiene dudas en cuanto a la temperatura observada, la solución se puede calentar de nuevo y hacer una segunda observación. Si desea, cada punto puede confirmarse por lo menos una vez en cada caso. c) Luego que haya obtenido un valor satisfactorio de temperatura de cristalización, diluya la solución original agregando 5,0 ml más de agua destilada medidos exactamente, realice el mismo procedimiento anterior y observe la temperatura a la cual la nueva solución se hace saturada. d) Repetir el procedimiento hasta la temperatura de saturación, para cuatro soluciones de concentración diferente. e) Obtener la curva de solubilidad del KNO 3, graficando la solubilidad en g/100 g de H 2 O en el eje de ordenadas y la temperatura, en ºC, en el eje de abscisas. Guía del Informe: 1. Describir lo observado en los distintos tubos de ensayo, comparando sus características. 2. Observar y comparar los tres vasos de precipitado. En qué se diferencian? Cuál es el concepto que diferencia a las soluciones observadas? 3. Observar y describir el comportamiento de la sustancia en los distintos disolventes. 4. Analizar lo ocurrido en ambos tubos de ensayo, comparando sus características. 5. Obtenga la curva de solubilidad para el KNO 3, graficando la solubilidad en g/100 g de H 2 O en las ordenadas y la temperatura, en ºC en las abscisas. a) Compare sus resultados con los de la curva teórica b) Si existe alguna diferencia a qué se atribuye? Página 7