UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS, CUM UNIDAD DIDÁCTICA DE QUÍMICA, PRIMER AÑO I. INTRODUCCIÓN PRACTICA DE LABORATORIO 2016 SEMANA 7 AGUA Y SOLUBILIDAD DE SUSTANCIAS QUÍMICAS Elaborado por: Licda. Evelyn Rodas Pernillo de Soto El agua es llamada el solvente universal debido a que es el líquido que más sustancias disuelve. Cuando disolvemos una sustancia (soluto) en otra sustancia (solvente) formamos una solución. Al disolver una cantidad dada de soluto en una cantidad dada de solvente se le denomina solubilidad. La solubilidad se ve afectada por varios factores y los principales 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: - Soluto y solvente son polares - Soluto y solvente son no polares b. Temperatura: A medida que se aumenta la temperatura, la solubilidad de un sólido en un líquido aumenta. Por ejemplo, el azúcar se disuelve más rápido en agua caliente que en agua fría. Cuando se disuelve un gas en un líquido y se aumenta la temperatura la solubilidad disminuye. Mientras que cuando se disminuye la temperatura de una solución de un gas en un líquido la solubilidad aumenta Por ejemplo: un agua gaseosa (solución de un gas en un líquido) al enfriar el agua gaseosa el CO 2 que es el soluto en estado gaseoso aumenta su solubilidad en el solvente, cuando el agua gaseosa pierde temperatura al dejarla a temperatura ambiente el CO 2 disminuye su solubilidad en el líquido. c. Presión: La solubilidad de un gas en un líquido aumenta al aumentar la presión del gas sobre el solvente. Si se disminuye la presión la solubilidad de un gas en un líquido también disminuye. Este efecto no es notable para la solubilidad de las soluciones de sólidos en 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, las suspensiones son un ejemplo Clasificación del agua 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
Densidad 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 observarán las densidades de distintas sustancias. 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 2CO 3 5% p/v 11. Cloroformo 12. Agua desmineralizada (agua blanda) 13. Agua dura 14. Agua destilada colocada en pisetas 15. Alcohol 16. Jabón líquido para platos 17. Miel de abeja 18. Jarabe de Maple 19. Trocitos de jabón de tocador DOVE *MATERIAL APORTADO POR LOS ESTUDIANTES 1. KIT DE LABORATORIO 2. 1 sobre de sal inglesa (MgSO 4) 3. 2 gramos de sal (NaCl) 4. 15 ml de aceite de cocina 5. Una muestra de agua (50mL) * 6. 1 agua mineral en envase plástico a temperatura ambiente. ++ 7. 1 agua mineral en envase plástico fría (deberán traerla con hielo en una lonchera)++ 8. 2 globos (vejigas) del mismo tamaño 9. Cinta adhesiva (masking tape) * Deberá tomar la muestra del agua potable que llega a su casa del chorro a un frasco limpio. ++ Las dos deberán tener el mismo volumen y marca. 2/8
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 polar ó 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). TUBO No 1 Agua 2 Agua 3 Agua 1 ml de 4 Cloroformo 5 Cloroformo 6 Cloroformo NATURALEZAD ELSOLVENTE (polar o no polar) AGREGUE AGITAND O *Sal (NaCl) 6-8 gotas de aceite *Sal inglesa (MgSO4) *Sal (NaCl) 6-8 gotas de aceite *Sal inglesa (MgSO4) 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 1 25 C * 2 60 C 5mL de H 2O a AGREGUE 0.1 g de Sal Inglesa (MgSO 4) TIEMPO QUE TARDA EN SOLUBILIZARSE EN SEGUNDOS 3 85 C * Use agua a temperatura ambiente. 3/8
3. PRESIÓN 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 ambas botellas de agua mineral la de temperatura ambiente y la fría. 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 Agua Mineral A TEMPERATURA AMBIENTE OBSERVACIÓN Indique cuál de los globos se infló más. FRÍA 4. DUREZA DEL AGUA : DETERMINACIÓN DEL IÓN CALCIO (Ca +2 ) y ION MAGNESIO (Mg +2 ) La dureza en el agua es una propiedad ocasionada por la presencia de cationes metálicos, ésta se manifiesta por reacciones entre los cationes de durezas y ciertos aniones. Debido a que la dureza puede deberse más que todo a los iones Calcio y Magnesio, ésta se puede dividir en tres tipos de dureza: 4.2 Dureza Total: Que involucra a todos los iones metálicos polivalentes que puedan encontrarse presentes en la muestra. 4.3 Dureza Cálcica: Que cuantifica solo la dureza por efecto del ión Calcio. 4.4 Dureza Magnesiana: Que cuantifica solo la dureza por efecto del ión Magnesio. Dureza Cálcica (Detección del ion Ca +2 ): Una solución de Na 2CO 3 al 5% p/v determina la presencia de ion calcio. De acuerdo a la siguiente reacción. Ca +2 (ac) + CO 3-2 (ac) CaCO 3(s) MANIFESTACIÓN: Precipitado 4/8
Tubo No. 1 ml de AGUA 1 DESMINERALIZADA 2 DE LA CASA 3 DURA # 1 AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR 2 gotas de Na 2CO 3 5% p/v Manifestación (turbidez o precipitado blanco) Dureza Cálcica ( +/-) 4 DURA # 2 Dureza Magnesiana (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:Precipitado Tubo No. 1 1 ml de AGUA AGUA DESMINERALIZADA 2 AGUA DE LA CASA AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR 3 gotas de NaOH 5% p/v Manifestación (turbidez o precipitado blanco) SI / NO Dureza Magnesiana ( +/-) 3 DURA # 2 5. Determinación de la Calidad del Agua: Para la determinación de la calidad del agua se utiliza la determinación del cloro residual si ésta es menor de 0.2mg/L en el agua es necesario añadir más cloro. El cloro es un producto químico relativamente barato y ampliamente disponible que, cuando se disuelve en agua limpia en cantidad suficiente, destruye la mayoría de los organismos causantes de enfermedades. 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 : 5/8
Cl - + Ag + AgCl (s) MANIFESTACIÓN: Precipitado Tubo No. 1 2 3 1 ml de AGUA DESMINERALIZADA DE LA CASA DURA # 1 AGREGUE, AGITE Y DEJE REPOSAR 2 gotas de AgNO 3 1% p/v Manifestación (turbidez o precipitado blanco) RESULTADO (+ / -) 4.1 COMPROBACIÓN DE AGUA DURA POR LA PRODUCCIÓN DE ESPUMA: Proceda de acuerdo al siguiente cuadro: Tubo AGREGAR 1 ml de 1 Agua desmineralizada 2 Agua de la Casa 3 Agua Dura # 1 4 Agua Dura # 2 AGREGUE UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE JABÓN DOVE Y AGITE VIGOROSAMENTE FORMACIÓN DE ESPUMA SI o NO 5. DENSIDAD DE SOLUCIONES Densidad se define como una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. En este procedimiento se observarán las densidades de distintas sustancias. Procedimiento: Coloque en una probeta de 10 ml, cuidadosamente, sin agitar y sin tocar las paredes, las sustancias que se detallan a continuación, en el siguiente orden: 1.5 ml de miel de abeja, 1.5 ml de jarabe de maple, 1.5 ml de jabón líquido para platos, 1.5 ml de agua destilada, 1.5 ml de aceite de cocina y por último 1.5 ml de alcohol. Las cantidades pueden ser aproximadas, medidas directamente en su probeta. 6/8
Anote sus observaciones en las siguientes líneas e incluya en su análisis y conclusiones su inferencia con respecto al valor teórico y el lugar relativo que ocupa la sustancia en la probeta al efectuar el procedimiento: V. ANÁLISIS DE RESULTADOS VI. CONCLUSIONES VII. CUESTIONARIO 1. Aumento o disminuyo la solubilidad del MgSO 4 al aumentar la temperatura? 2. Se solubilizó el aceite en cloroformo? SI NO Por qué? 3. Según los resultados obtenidos Cómo se clasifica el agua de la casa? (Dura o blanda) 4. Al destapar las aguas gaseosas: a) La presión aumenta o disminuye dentro del envase? 7/8
b) La solubilidad del CO 2 aumenta o disminuye? 5. En el último experimento se utilizó 1.5 ml de cada una de las sustancias, determine la cantidad en gramos utilizada para cada una, realice sus cálculos con los datos de las densidades teóricas (investigar) y la fórmula de densidad. SUSTANCIA DENSIDAD TEÖRICA CANTIDAD EN GRAMOS Miel de Abeja Jarabe de Maple Jabón líquido Agua Destilada Aceite Alcohol VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Lilian Guzmán, Prácticas de Laboratorio 2015, Semana 7. Manual de Prácticas de Laboratorio de Química 2015, 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