Solubilidad practica

Química General I y II SOLUBILIDAD MARIA HELENA NARANJO QUÍMICA APLICADA A LA INDUSTRIA Bogotá 07 de Febrero de 2011

Solubilidad • Objetivo:Identificar la temperatura de cristalización de las Disoluciones de nitrato de potasio en diferentes concentraciones y observar si hay alguna relación entre ella Práctica No. :4 Problema 1 Las disoluciones A, B y C tienen la siguiente composición: disolución A: 0.613 g de KNO3 en 1 mL de agua, disolución B: 1.226 g de KNO3 en 2 mL de agua, disolución C: 3.065 g de KNO3 en 5 mL de agua. ¿A qué temperatura se inicia la cristalización en estas disoluciones?

Procedimiento experimental 1. Caliente en un vaso de precipitados 200 mL de agua de la llave para un baño María. 2. Etiquete por triplicado nueve tubos de ensaye como se indica en la tabla 2 y pese directamente en cada uno de ellos la cantidad de KNO3 indicada en la tabla 1. Nota: Evite que la sal se pegue a las paredes de los tubos. 3. Agregue la cantidad de agua destilada indicada en la tabla 1 al primer tubo. En caso de que se tenga algo de sal en las paredes arrástrela con el agua que se agregue. Si la sal no se disuelve fácilmente, ponga el tubo en baño María; procure no sobrecalentarlo para evitar una evaporación significativa que afecte la concentración de la disolución. 4. Introduzca el termómetro en el tubo procurando no moverlo y no lo retire hasta que termine la medición correspondiente. 5. Cuando la sal esté completamente disuelta, retire el tubo del baño María y enfríe poco a poco. Registre en la tabla 2 la temperatura en la cual aparezcan los primeros cristales. Nota: La aparición de los cristales es repentina, por lo que debe trabajar cómodamente para que la observación de los primeros cristales resulte lo más fácil posible. En caso necesario utilice una lupa.

6. Proceda de la misma forma con el resto de los tubos. Enjuague y seque el termómetro al terminar cada medición.

TABLA 1 Tubos

A

B

C

gKNO₃

0.613

1.226

3.065

mL agua

1

2

5

TABLA 2 Tubo

Tubo'

Tubo''

Tcrist

Tcrist

Tcrist

A

A'

A''

0,6172

0,6284

0,6117

39º

38º

37º

1,2235

1,2348

1,2192

40º

39º

38º

3,061

3,060

3,062

40º

39º

39º

B

B'

C

B''

C'

C''

Cuestionario 1 1. Calcule la concentración de las disoluciones A, B y C, en gramos de sal que se disuelven en 1 mL de agua y en gramos de sal que se disuelven en 100 mL de agua. Registre sus datos en la tabla 3. TUBO

Tcrist

gKNO₃

Ml agua

G KNO₃/ml agua

g KNO₃ en 100ml agua

A

37º

0,6191

1

m 0,6191gr = = 0,6191gr / ml V 1ml

m 0,6191gr = × 100ml = 61,91gr V 1ml

B

39º

1,2258

2

C

39º

3,061

5

m 1,2258gr = = 0,6129gr / ml V 2ml

m 1,2258gr = × 100ml = 61,29 gr V 2ml

m 3,061gr = = 0,6122 gr / ml V 5ml

m 3,061gr = ×100 = 61,22 gr V 5ml

2. ¿Son similares las temperaturas de cristalización de las disoluciones A, B y C? ¿Por qué? Justifique sus resultados en función de las concentraciones de las disoluciones A, B y C. Si aunque hay una diferencia notoria entre la A y la C esto se debe a la cantidad.

3. ¿Qué propiedad de la materia relaciona los gramos de sustancia que se pueden disolver en un determinado volumen de agua a una temperatura específica? Solubilidad ya que corresponde a la cantidad de soluto presente en una disolución saturada (aquella que se encuentra en equilibrio con un exceso de soluto). La solubilidad de un compuesto depende de la temperatura: es una característica de cada soluto para cada valor de temperatura. 4. ¿Esta propiedad es intensiva o extensiva? ¿Por qué? Intensiva, porque caracteriza a la sustancia diferenciándola de otras es independiente del tamaño de la muestra. 5. ¿A qué temperatura se inicia la cristalización en las disoluciones A, B y C? de 39º empieza la cristalización y a bajar la temperatura. Problema 2 ¿Qué masa de nitrato de potasio se debe disolver en 1 mL de agua para que cristalice a las siguientes temperaturas: 25oC, 35oC y 45oC?

Procedimiento experimental

1. Repita el procedimiento experimental utilizado para resolver el problema 1, pero utilice ahora las cantidades de sal y de agua indicadas en la tabla 4. Registre sus resultados en la tabla 5. Tabla 4 Tubo

A

B

C

D

E

F

G

H

gKNO₃

0.212

0.316

0.453

0.613

0.836

1.060

1.365

1.670

mlagua

1

1

1

1

1

1

1

1

Tabla 5 Tubo

Tubo'

Tubo''

Tcrist

Tcrist

Tcrist

A

A'

A''

26º

27º

27º

0.2141

0.2137

0.2139

B

C

D

E

F

B'

C'

D'

E'

F'

B''

C''

D''

E''

F''

25º

24º

25º

0.3172

0.3166

0.3182

30º

30º

30º

0.4548

0.4560

0.4571

40º

40º

39º

0.6130

0.6184

0.6134

45º

44º

45º

0.8513

0.8306

0.8359

46º

46º

47º

1.0690

1.0612

1.0619

Cuestionario 2 1. Calcule la concentración de cada solución en gramos de sal que se disuelven en 1 mL de agua y en gramos de sal que se disuelven en 100 mL de agua. Registre sus resultados en la tabla 6. Tabla 6 Tubo

Tcrist

gKNO₃

mlagua

gKNO₃/mlagua gKNO₃ en 100ml agua

A

26º

0.2139

1

0.2139

21,39

B

25º

0.3173

1

0.3173

31,73

C

30º

0.4559

1

0.4559

45,59

D

40º

0.6149

1

0.6149

61,49

E

45º

0.8526

1

0.8526

85,26

F

46º

1.0640

1

1.0640

106,40

2. Trace una gráfica de Solubilidad (g KNO3 en 100 mL de agua) (ordenadas) en función de la temperatura (oC) (abscisas); el gráfico debe ocupar la mayor parte del tamaño de la hoja del papel milimetrado.

3. Interprete la gráfica obtenida. Mientras haya mayor cantidad de concentración, la temperatura aumenta, por lo que conforme aumenta la temperatura es mejor la solubilidad, esto se debe a que mientras más soluto exista en la misma cantidad de agua, la temperatura de disolución deberá ser mayor para facilitar la solubilidad del soluto en el disolvente. 4. ¿Cambia la concentración de cada solución si se queda sal pegada al tubo? ¿Por qué? Si, ya que la cantidad de soluto disminuiría y por lo tanto la concentración cambiaria ya que los gramos de soluto son directamente proporcionales a la concentración e inversamente proporcionales a los mililitros de disolvente, por lo que si disminuyen los gramos de soluto, disminuye la concentración. 5. ¿Por qué se recomienda no sacar el termómetro del tubo hasta que se haya registrado la temperatura de cristalización? Primero porque podría pegarse un poco de la solución en el termómetro al sacarlo, y en segunda por que podría no obtenerse la temperatura exacta de cristalización si se llega a sacar el termómetro ya que podría cristalizarse de un segundo al otro y no tendríamos el dato en el momento. 6. Si conoce la concentración de una disolución de KNO3, cualquiera que esta sea, ¿puede determinar su temperatura de cristalización en el gráfico obtenido? ¿Cómo? Se puede hacer una aproximación ya que no sigue un patrón determinado. 7. Analice la gráfica y determine la temperatura de cristalización para las siguientes disoluciones: Disolució n 1

KNO3 (g) Agua (ml) 1 5

Concentración (g/ ml) 0.2

T (°C) de cristalización 29

2 3 4 5 6 7 8

2 3 5 2 2 2 2

5 5 5 3 6 8 10

0.4 0.6 1 0.66 0.33 0.25 0.2

33 37 45 30 25 -

8. Explique por qué es importante conocer y mantener las cantidades de sal y agua durante el experimento. Para que no varíe la concentración, ya que por un miligramo o mililitro de diferencia que haya, la concentración y la temperatura de cristalización pueden cambiar. 9. ¿Existe alguna diferencia entre la temperatura en la cual aparecen los primeros cristales y la temperatura en la cual aparece el resto? Si, varían por grados de temperatura, pero si hay diferencia, ya que terminan de aparecer los cristales cuando se enfría por completo la disolución.

10. ¿Es posible preparar una disolución de KNO3 40% en peso a temperatura ambiente? ¿Por qué? No se puede preparar ya que el soluto no se va a disolver en el disolvente, ya que es demasiado soluto para el disolvente, por lo que es una solución saturada que a temperatura ambiente no se disuelve, y para que se disuelva se debe aplicar una mayor temperatura 11. Consulte la gráfica obtenida y conteste las siguientes preguntas considerando que está trabajando a 20ºC: a) ¿Es posible disolver 20.5 g de KNO3 en 100 mL de agua?, ¿esta disolución será saturada o no saturada? No y Es una solución insaturada b) ¿Es posible disolver 31.6 g de KNO3 en 100 mL de agua?, ¿esta disolución será saturada o no saturada? , a menos que se le aplique temperatura; es insaturada c) ¿Es posible disolver 35.3 g de KNO3 en 100 mL de agua?, ¿esta disolución será saturada o no saturada? No, ya que es demasiado solvente para el disolvente, por lo que insaturada d) ¿Cómo prepararía una disolución cuya concentración sea 35.3 g de KNO3/100 mL de agua? Consulte la preparación de disoluciones sobresaturadas. Primero agregando los 35.3 g de KNO3 en un vaso de precipitados de 150ml, luego agregar los 100ml de agua y con un agitador mezclarlos poniendo la disolución a calentar en una parrilla entre 60 y 70°C hasta que se disuelva por completo la mezcla. 12. Según la gráfica obtenida, ¿cómo varía la solubilidad del KNO3 en función de la temperatura? A mayor concentración, se requiere de una mayor temperatura para una mejor solubilidad ya que el soluto se disuelve mejor en el líquido a medida que la temperatura aumenta. 13. Investigue en la bibliografía si esta tendencia es igual para todas las sales. Mencione algunos ejemplos:

No, la solubilidad depende del tipo de sal que se maneje. Ejemplos: El cloruro de sodio, su solubilidad es de 35.9 g en 100 g de agua, las sales armoniacas son muy insolubles, los carbonatos de los metales alcalinos se disuelven fácilmente en agua, los fosfatos secundarios y terciarios como el fosfato de sodio son insolubles en agua, casi todos los nitratos son solubles en agua. 14. Consultando los datos de solubilidad del sulfato de manganeso, ¿qué masa de este compuesto se puede disolver en 1 mL de agua a las siguientes temperaturas: 25oC, 35oC y 45oC? 0.1 g, 0.2 y 0.3 g respectivamente 15. ¿Qué masa de nitrato de potasio se debe disolver en 1 mL de agua para que cristalice a las siguientes temperaturas: 25oC, 35oC y 45oC? 0.15g, 0.25g y 0.44g respectivamente

Conclusiones Por medio de esta práctica logramos observar las distintas clases de disoluciones que existen en base a la clasificación de concentración, además de distinguir sus componentes (soluto y solvente), también observamos la solubilidad del KNO3 en el agua, que requiere en las cantidades que utilizamos de soluto y solvente de una mayor temperatura que la ambiente para una mejor y más rápida solubilidad, pero en las soluciones sobresaturadas, no lo logramos disolver ya que requiere para esto de condiciones de temperatura y presión aun mas altas para poderse disolver. También utilizamos el método de separación de cristalización donde nuestro soluto que es una sal, se convirtió en cristales para separarse del agua y a través de nuestro experimento logramos comprobar que si el enfriamiento de la disolución es rápida, los cristales serán más pequeños que si este es lento, donde se forman cristales más grandes. Por otra parte también logramos observar mediante nuestros datos y experimentación como la solubilidad depende de la cantidad de soluto que haya y de la temperatura a la que la disolución este expuesta, ya que a mayor temperatura, es mejor la solubilidad y de la misma forma, mientras haya mayor concentración, la temperatura de cristalización aumenta, siempre y cuando no sea una solución sobresaturada, ya que estas no cristalizan.

BIBLIOGRAFÍA:

• • •

Allier Rosalía etal LA MAGIA DE LA QUÍMICA editorial EPSA, México DF 1995 1era edición. Talanquer Artigas Vicente A. Etal QUÍMICA editorial Santillana, México DF 2000, 6ta edición http://s3.amazonaws.com/lcp/quimica/myfiles/Solubilidad-02.pdf Fecha de consulta: 06/Febrero/2010