UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS, CUM UNIDAD DIDÁCTICA DE QUÍMICA, PRIMER AÑO I. INTRODUCCIÓN PRACTICA DE LABORATORIO 2014 SEMANA 7 AGUA Y SOLUBILIDAD DE SUSTANCIAS QUÍMICAS Elaborado por: Licda. Sofia Tobías de Rodríguez El carácter polar del agua la hace un excelente solvente para solutos iónicos y polares. Se le llama solvente universal debido a que es el líquido que más sustancias disuelve, ésta capacidad es muy importante para la vida y se debe a su facilidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga iónica. También las moléculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones iónicas. En la naturaleza en general y en nuestro organismo constantemente ocurren procesos en los cuales se disuelven solutos en agua, para estudiar y entender dichos procesos, el primer paso es comprender el proceso de solubilidad y los factores que lo influyen. La solubilidad se define como la cantidad de una sustancia (soluto) que se disuelve en una cantidad específica de otra (solvente) en condiciones determinadas. Los principales Factores que afectan la solubilidad son: a. Naturaleza del soluto y el solvente: De una forma muy general puede decirse que un soluto se disuelve en un solvente cuando ambos poseen la misma naturaleza: a. soluto y solvente son polares b. soluto y solvente son no polares b. Temperatura: A medida que se aumenta la temperatura, la solubilidad aumenta, es decir que al aumentar la temperatura, la cantidad de soluto sólido disuelto puede aumentar hasta el punto de sobresaturar una solución. La temperatura también afecta la velocidad con que unsoluto se pueda disolver. Por ejemplo, el azúcar se disuelve más rápido en agua caliente que en agua fría donde es más lento dicho proceso. Por el contrario, cuando se disuelve un gas en un líquido y se calienta la solución, el gas (soluto) no se disuelve sino más bien se separa. Por ejemplo, al calentar un agua gaseosa se elimina el CO 2 y el sabor de la misma cambia. c. Presión: La solubilidad de un gas en un líquido aumenta al aumentar la presióndel gas sobre el solvente, es decir que a presiones mayores se disuelve más gas en una cantidad de agua determinada. Este efecto no es notable para la solubilidad de los sólidos y líquidos. Mezclas a. Homogéneas:Son mezclas de dos o más sustancias que presentan una fase. Las soluciones son mezclas homogéneas. b. Heterogéneas:Las que presentan más de una fase. De acuerdo a los componentes disueltos, el agua se clasifica así: agua dura y agua blanda. Agua dura: es el agua rica en sales minerales, siendo las sales más comunes: sulfatos, carbonatos, bicarbonatos, cloruros de calcio y magnesio. Agua blanda: es el agua con poco o ningún contenido de sales minerales. que resulta del procesamiento que se le realiza al agua dura para remover el exceso de sales minerales. 1/8
La densidad es una magnitud que relaciona la masa que posee un cuerpo con el volumen que ocupa. Es una propiedad específica de las distintas sustancias puras y permite distinguir unas de otras. La fórmula para obtenerla es: D= m/v En ésta práctica de laboratorio se observarán mezclas homogéneas y heterogéneas y los factores que afectan la solubilidad. Además se analizarán 3 muestras de agua para clasificarlas como dura o blanda y se tomará la densidad de soluciones. II. III. OBJETIVOS: 1. Identificar una mezcla homogénea y una heterogénea. 2. Comprobar los factores que afectan la solubilidad de las sustancias. 3. Identificar agua dura y blanda por medio de reacciones químicas. 4. Determinar la densidad de soluciones. MATERIAL (REACTIVOS Y EQUIPO) 1. Balanza 2. Hornilla eléctrica 3. Espátula 4. Papel parafinado 5. Baño de María 6. Pipeta 7. Bulbo para llenar pipetas 8. Balanza 9. AgNO 3 1% p/v 10. Na 2 CO 3 5% p/v 11. Cloroformo 12. Agua desmineralizada (agua blanda) 13. Agua dura 14. Agua destilada colocada en pisetas 15. NaOH 20 % p/v 16. Solución NaCl 4% 17. Solución NaCl 20% *MATERIAL APORTADO POR LOS ESTUDIANTES 1. KIT DE LABORATORIO 2. 1 sobre de sal inglesa (MgSO 4 ) 3. 2 gramos de sal (NaCl) 4. 10 ml de aceite de cocina 5. Jarabe de dextrometorfano frasco120ml, Industrias Bioquímicas 6. 1 frasco de Alcohol etílico de 120 ml 7. Un trocito de jabón de tocador DOVE 8. Una muestra de agua (50mL) * 9. 1 agua gaseosa (Coca cola) en envase plástico a temperatura ambiente. ++ 10. 1 agua gaseosa (Coca Cola) en envase plástico fría (deberán traerla con hielo en una lonchera)++ 11. 2 globos (vejigas) del mismo tamaño 12. Cinta adhesiva (masking tape) 13. 3 cubos de Hielo * Deberá tomar la muestra del agua potable que llega a su casa en un frasco limpio. ++ Las dos deberán tener el mismo volumen y marca. IV. PROCEDIMIENTO 1. MEZCLA HOMOGÉNEA, HETEROGÉNEA Y NATURALEZA DE SOLUTO Y SOLVENTE En éste procedimiento determinará si las mezclas son homogéneas o heterogéneas. Además debe identificar la naturaleza de soluto y solvente (polar, no polaro iónico) y si las substancias son solubles e insolubles. a. Prepare 6 tubos de ensayo e identifíquelos como tubo # 1, 2, 3, 4, 5 y 6. b. Luego coloque en cada tubo lo que se le indica en el cuadro. NOTA: para agregar el soluto sólido * al tubo de ensayo utilice una espátula pequeña y tome una pequeña cantidad del mismo (lo que quede en el extremo de la espátula). 2/8
TUBO No 1 2 3 4 5 6 COLOQUE 1 ml de Agua Agua Agua cloroformo cloroformo cloroformo NATURALEZA DELSOLVENT E (polar o no polar) AGREGUE AGITANDO *Sal (NaCl) 6-8 gotas de aceite *Sal inglesa (MgSO 4 ) *Sal (NaCl) 6-8 gotas de aceite *Sal inglesa (MgSO 4 ) NATURALEZA DEL SOLUTO (polar, no polar o iónico) OBSERVACIÓN (Indique si se forma 1 o 2 fases) MEZCLA HOMOGENEA / MEZCLA HETEROGENEA SOLUBLE O INSOLUBLE 2. TEMPERATURA: En este procedimiento se observará como el aumento de la temperatura favorece la solubilidad de un soluto sólido en un líquido. Proceda de acuerdo al siguiente cuadro. TUBO COLOQUE 5mL de H 2 O a AGREGUE 1 25 C * 0.1 g de Sal Inglesa (MgSO 4 ) TIEMPO QUE TARDA EN SOLUBILIZARSE EN SEGUNDOS 2 60 C 0.1 g de Sal Inglesa (MgSO 4 ) 3 100 C 0.1 g de Sal Inglesa (MgSO 4 ) * use agua a temperatura ambiente. 3. PRESION En este procedimiento se observará el efecto de la presión sobre la solubilidad de un gas en un líquido. Al destapar ambas botellas la presión disminuirá provocando que el gas se libere al ambiente. Al no tener en el laboratorio ningún instrumento para medir este cambio de presión, se atrapará el CO 2 que se libera al ambiente por medio de los globos, los cuales se inflarán más o menos de acuerdo a la temperatura a la que se encuentre este gas disuelto en el agua mineral. a. Utilice un agua gaseosa (Coca Cola) a temperatura ambiente y otra fría (la que trajo en la lonchera con hielo). b. Destápelas al mismo tiempo e inmediatamente coloque un globo en la boca de cada una de ellas. Asegúrelas con masking-tape. c. Agítelas al mismo tiempo hacia la izquierda y la derecha durante 30 segundos.. NO DEBE INGRESAR AGUA AL GLOBO. Deje reposar por 3 minutos. Anote sus resultados 3/8
AGUA GASEOSA (Cocacola) A TEMPERATURA AMBIENTE OBSERVACIÓN Indique cuál de los globos se infló más. FRÍA 4. IDENTIFICACIÓN DE AGUA DURA Y BLANDA MEDIANTE LA DETERMINACIÓN DEL IÓN CLORURO (Cl - ) Y IÓN CALCIO (Ca +2 ) Se procederá a identificar 3muestras de agua para clasificarlas como AGUA DURA O BLANDA. Esto se realizará de manera cualitativa a través de las siguientes reacciones químicas por lo que se dirá que el agua es blanda cuando el resultado sea negativo para el ion Ca +2 y/o Mg +2 y se dirá que es dura cuando el resultado sea positivo para la presencia del ion Ca +2 y/o Mg +2. a. Detección del Ion Cl - Una solución de AgNO 3 al 1% p/v determina la presencia de Cl -,ion cloruro. De acuerdo a la siguiente reacción : Cl - + Ag + AgCl (s) MANIFESTACIÓN: TURBIDEZ b. Detección del ion Ca +2 : Una solución de Na 2 CO 3 al 5% p/v determina la presencia de Ca +2, ion calcio. De acuerdo a la siguiente reacción. Ca +2 (ac) + CO 3-2 (ac) CaCO 3(s) MANIFESTACIÓN: TURBIDEZ c. Detección de ion Mg +2 : Para determinar la presencia de ion Mg +2 se utilizará una solución de NaOH al 20 %. Se llevará a cabo la siguiente reacción: Mg +2 + 2OH - Mg(OH) 2 MANIFESTACIÓN:TURBIDEZ 4/8
TUBO No. 4.1 IDENTIFICACIÓN DE AGUA DURA Y BLANDA Proceda según se indica en el siguiente cuadro. COLOQUE 1 ml de agua 1 Desmineralizada a. DETECCIÓN DE IÓN CLORURO AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR AgNO 3 1% p/v MANIFESTACIÓN Y RESULTADO (+)/(-) (turbidez o precipitado blanco) b. DETECCIÓN DE IÓN CALCIO AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR MANIFESTACIÓN Y RESULTADO (+)/(-) (turbidez o precipitado blanco) c. DETECCIÓN DE IÓN MAGNESIO AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR 2 Desmineralizada Na 2 CO 3 5% p/v 3 de la Casa AgNO 3 1% p/v 4 de la Casa Na 2 CO 3 5% p/v 5 Dura # 1 AgNO 3 1% p/v 6 Dura # 1 Na 2 CO 3 5% p/ 7 Na Dura # 2 2 CO 3 5% p/ 8 Dura # 2 3 gotas de Na(OH) 20% p/v El criterio para clasificar la muestra como AGUA DURA debe ser: Presencia de Ca +2 y/o Mg +2 4.2 COMPROBACIÓN DE AGUA DURA POR LA PRODUCCIÓN DE ESPUMA Proceda de acuerdo al siguiente cuadro: MANIFESTACIÓN Y RESULTADO (+)/(-) (turbidez o precipitado blanco) Tubo AGREGAR 1 1 ml Agua desmineralizada 2 1 ml Agua de la Casa 3 1 ml Agua Dura # 1 4 1 ml Agua Dura # 2 AGREGUE UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE JABÓN DOVE Y AGITE VIGOROSAMENTE FORMACIÓN DE ESPUMA SI o NO 5/8
5. DENSIDAD DE SOLUCIONES En este procedimiento se determinarán las densidades de distintas soluciones y la del Agua a 4 C, midiendo el volumen y masa. El profesor le asignará a cada grupo UNA de las siguientes sustancias para que le determine su densidad: NaCl 4%, NaCl 20%, Etanol al 70%, Jarabe Dextrometorfano o Agua a 4 C. De manera que todo el salón resuelva todas las densidades. 5.1 DENSIDAD DE SOLUCIONES 1. Tome el peso de un beacker vacío y seco: (Peso 1) 2. Con una pipeta mida 10 ml de la solución que le asignó su profesor y colóquelos en el beacker. 3. Llévelo a la balanza y obtenga el nuevo peso. Peso de beacker + solución: (peso 2) 4. Reste al peso 2 el peso 1: ésta será la masa de la solución. 5. Ya tiene el valor de VOLUMEN Y MASA. 6. Obtenga la Densidad de la solución (D= m/v):. 7. Coloque el valor obtenido en la siguiente tabla. 8. Recolecte los datos de las otras soluciones con sus compañeros. 9. Investigue o averigüe con su profesor los valores correctos y analice su error si es que hubo. 5.2 DENSIDAD DE AGUA A 4 C. 1. Tome el peso de un beacker vacío y seco: (Peso 1). Éste beacker le servirá en el paso 6. 2. Coloque 10 ml de agua destilada en otro beacker. 3. Agregue hielo. 4. Agite y tome la temperatura. 5. En el momento que llegue a 4 C, saque el hielo y mida 10 ml del agua. 6. Colóquelos en el beacker que pesó al inicio. 7. Llévelo a la balanza y obtenga el nuevo peso que es el Peso de beacker + Agua: (Peso 2) 8. Reste al peso 2 el peso 1: ésta será la masa de Agua. 9. Ya tiene el valor de VOLUMEN Y MASA. 10. Obtenga la Densidad del agua a 4 C (D= m/v ): 11. Coloque el valor obtenido en la siguiente tabla. 12. Obtenga los datos de las otras soluciones con sus compañeros. 13. Investigue o averigüe con su profesor los valores correctos y analice su error si es que hubo. 6/8
SOLUCIÓN DENSIDAD A 25 C DENSIDAD A 4 C NaCl 4% p/v NaCl 20% p/v Etanol 70% Jarabe Dextrometorfano Agua Destilada V. ANÁLISIS DE RESULTADOS VI. CONCLUSIONES VII. CUESTIONARIO 1. Qué sucedió con la solubilidad del MgSO 4 al aumentar la temperatura? 2. Cuál es la naturaleza de los solventes utilizados? a. Cloroformo: b. Agua: 3. Se solubilizó el aceite en cloroformo? SI NO Por qué? 7/8
4. Qué tipo de mezcla se formó cuando puso en contacto la sal inglesa (MgSO 4 ) con el cloroformo? 5. Cuando mezcló agua y aceite cuántas fases se formaron? Por qué? 6. Al destapar las aguas gaseosas La presión aumenta o disminuye dentro del envase? Por qué? 7. Cuál será la masa de 60mL de jarabe dextrometorfano? Utilice la densidad que obtuvo en el laboratorio. 8. Llene el siguiente cuadro AGUA Agua de la casa IONES DETECTADOS Agua desmineralizada Agua dura 1 Agua dura 2 9. La muestra de agua que trajo de casa, Es dura o blanda? 10. Cuál de las siguientes soluciones presentó mayor densidad? NaCl 20% Etanol 70% NaCl 4% VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Manual de Prácticas de Laboratorio de Química 2013, Unidad Didáctica de Química. Facultad de Ciencias Médicas, Universidad de San Carlos de Guatemala. 2. Timberlake, Karen C. Química: General, Orgánica y Biológica. Estructuras de la Vida. 4ª. Editorial Pearson Educación de México. México, 2013. 8/8