SOLUBILIDAD1 Objetivos Estudiar cmo vara la solubilidad en agua de un compuesto puro, con la temperatura. Relacionar la solubilidad con el equilibrio que se establece entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver en el momento de la saturacin.

2 TeoraCuando una sustancia se disuelve en otra, las partculas del soluto se distribuyen a travs del solvente. Esto significa que las partculas del soluto pasan a ocupar lugares que antes eran ocupados por las molculas del solvente. Se dice que una solucin estsaturada, a una determinada temperatura, cuando existe un equilibrio entre el soluto no disuelto y el soluto presente en la solucin (figura 17.1).

Figura 1Preparacin de una solucin saturada

En una solucininsaturadano existe un equilibrio debido a que la cantidad de soluto disuelto es menor que la necesaria para alcanzar la saturacin. En un lquido, las molculas se encuentran muy cercanas unas a otras e interaccionan fuertemente entre s. La mayor o menor facilidad con la que un soluto se disuelve depende de: Las fuerzas relativas de atraccin entre las molculas del solvente. Las fuerzas relativas de atraccin entre las molculas del soluto. La fuerza de las interacciones soluto-solvente.Cuando un slido se disuelve en un lquido hay difusin del slido, las molculas de ste quedan rodeadas y hasta cierto punto unidas a las molculas del solvente.La solubilidad se define como la mxima cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad dada de solvente, a temperatura constante, formando un sistema estable y en equilibrio. Su valor numrico corresponde a laconcentracinde la solucin saturada y se calcula como:S = ( msto/ mste)x 100(1)Aquellas sustancias que exhiben fuerzas de atraccin intermoleculares muy similares, son solubles entre s. Este hecho se resume en la conocida frase:lo semejante disuelve lo semejante. Como se explic en el experimento anterior, los cambios en temperatura siempre cambian la solubilidad de un soluto. Generalmente, los slidos son ms solubles en agua caliente que en agua fra, aunque existen algunas sales como el Ca(OH)2y el CaCrO4que son ms solubles en fro que en caliente. Otros compuestos como el NaCl presentan una solubilidad que vara ligeramente con la temperatura. En los compuestos cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura el proceso de disolucin del soluto esendotrmico. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse.

3 Materiales y equipo KNO3, KClO3, KBr, KCl, Pb(NO3)2 Tubo de ensayo Termmetro Pinza para tubo

4 ProcedimientoPesar exactamente la cantidad de sal que se especifica en la tabla 1 y colocarla en un tubo de ensayo (figura 2). Aadir el volumen inicial de agua que se especifica en la tabla 1 e introducir el termmetro el cual puede usarse simultneamente para agitar suavemente la solucin (tenga cuidado!, el termmetro puede quebrarse).

Figura 2Disolucin del soluto en caliente

Tabla 1Masa de soluto a utilizar en el experimentoSolutom (g)Vagua inicial(mL)Incremento (mL)Vagua final(mL)

KNO34.003.001.008.00

KClO32.005.001.008.00

KBr5.005.001.008.00

KCl5.0010.001.0014.00

Pb(NO3)24.004.001.007.00

El sistema se calienta al bao Mara hasta quetodoel soluto se haya disuelto. En este punto se suspende el calentamiento, se retira el tubo del bao y se agita suavemente con el termmetro hasta que se observe turbia la solucin. En este momento la solucin est saturada y su concentracin corresponde a la solubilidad. Anotar la temperatura. Posteriormente se aade cierto volumen de agua (tabla 2), se calienta nuevamente el sistema al bao Mara y cuando todo el soluto se ha disuelto se suspende el calentamiento, se retira el tubo del bao y se agita suavemente con el termmetro hasta que se observe turbia la solucin. Si es necesario usar un bao con hielo. Anotar de nuevo la temperatura. El proceso se repite hasta obtener un nmero suficiente de datos para construir un grfico de solubilidad versus temperatura. Finalmente se procede de manera similar con los otros solutos.

5 Datos y resultadosTabla 2Solubilidad en agua de algunas salesKNO3KClO3KBrPb(NO3)2

V, mlT, CSV, mlT, CSV, mlT, CSV, mlT, CS

* S se expresa comog sto / 100 g de aguay se calcula mediante la ecuacin 16 Discusin y anlisis de resultados Para cada temperatura, calcular la solubilidad de los solutos utilizados expresada comog sto / 100 g H2Oy calculada comoS = g sto / g H2O ? 100. Dibujar una grfica de solubilidad de cada soluto versus temperatura (graficar en la misma hoja de papel milimetrado). Analizar la grfica obtenida. Qu conclusin se deriva de ella? Hallar la relacin matemtica entre solubilidad y temperatura para el KNO3. Utilizando la curva experimental determine qu masa de cada sal precipita si se enfra la solucin desde 55 C hasta 30 C. Establecer la diferencia entre solucinsaturaday solucinsobresaturada. Qu son aguasduras? En qu consiste el proceso deablandamientode dichas aguas?La solubilidad tambin puede calcularse como: S = (msto/ msln) x 100 (2)

7 Problemas sugeridos

Los problemas sealados con (*) presentan un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesora de su Profesor. Calcular hasta qu temperatura debe enfriarse una solucin saturada de KNO3cuya solubilidad es de 60 g/100 g H2O para que sta se reduzca hasta 30 g/100 g H2O. Tenga en cuenta sus datos experimentales. Determinar si una solucin de KNO3que contiene 4.0 g de soluto en 10.0 g de agua a 40 C est insaturada o saturada. Se prepararon 335 g de solucin saturada de KNO3 en agua a 45 C. Si se evaporaron 55 g de agua de la solucin y al mismo tiempo la temperatura se redujo hasta 25 C, qu masa de KNO3recristalizar?

8 Lecturas recomendadasWolke, Robert L. Camarero, la mermelada tiene sal. En:Lo que Einstein no saba. Robin BooK. Bogot, 2002. pp. 95.Umland, Jean B. Las soluciones de la naturaleza. En:Qumica General. Thomson. Mxico. 2000. pp. 136. http://www.sciencebyjones.com/kcl_solubility.htm http://www.chem.lsu.edu/lucid/tutorials/solubility/Solubility.html http://educ.queensu.ca/~science/main/concept/chem/c10/c10main.htm http://www.chem.uidaho.edu/~honors/ionicsol.html http://www.acdlabs.com/products/phys_chem_lab/aqsol/ http://www.cs.mtu.edu/gk/Solubility_lab.html http://207.190.243.125/dduaneweb/science8th/solubility_lab.htmhttp://edunet2.sd41.k12.id.us/SMHS/Staff/teachers/teacher%20pages/m_san/chem/Unit%207%20Solutions/solutions%207%20labs/kno3_solubility_curve.htm

PRCTICA 2

1 Objetivos Comparar la miscibilidad de algunos solutos en varios solventes. Analizar cmo incide la polaridad en la miscibilidad de una sustancia en otra.

2 TeoraSolucionesUnasolucines una mezcla homognea de dos o ms sustancias que se dispersan como molculas en vez de permanecer como agregados de regular tamao. La formacin de una solucin generalmente implica desprendimiento o absorcin de calor. En las soluciones binarias slo se tienen dos componentes: el soluto y el solvente, siendo generalmente este ltimo la sustancia que se encuentra enmayorcantidad. Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partculas del soluto se distribuyen a travs del solvente. Esto significa que el soluto ocupa lugares que originalmente correspondan a las molculas del solvente. En un lquido, las molculas se encuentran empaquetadas e interaccionan fuertemente unas con otras, de modo que la menor o mayor facilidad con la cual una molcula de soluto reemplaza a una del solvente, depende de: Las fuerzas relativas de atraccin entre molculas del solvente Las fuerzas relativas de atraccin entre molculas del soluto La fuerza de las interacciones entre molculas soluto-solventeLas sustancias que muestran fuerzas atractivas intermoleculares similares tienen la tendencia a ser solubles entre s. Este hecho se resume en la conocida regla: lo semejante disuelve lo semejante. La solubilidad de un soluto depende, por lo tanto, de varios factores:Naturaleza de los componentes: Experimentalmente se ha observado que mientras ms semejantes sean los compuestos en su estructura y propiedades, ms fcilmente forman soluciones. Dicha semejanza se observa en la estructura, la polaridad y la facilidad de formar puentes de hidrgeno.Temperatura: Los cambios en temperatura siempre cambian la solubilidad de un soluto. Generalmente, los slidos son ms solubles en agua caliente que en agua fra, aunque existen algunas sales como el Ca(OH)2y el CaCrO4que son ms solubles en fro que en caliente. Otros compuestos como el NaCl presentan una solubilidad que vara ligeramente con la temperatura. En los compuestos cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura el proceso de disolucin del soluto es endotrmico. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse.Presin: Los cambios de presin son fundamentales en la determinacin de la solubilidad de un gas en un lquido. Generalmente al aumentar la presin aumenta la solubilidad, mientras que la solubilidad de un slido o un lquido es prcticamente independiente de la presin.

3 Materiales y equipo Hexano, etanol, acetona, etiln glicol, glicerol, yodo, agua destiladaPrecauciones:el hexano, el etanol y la acetona son txicos e inflamables. El etiln glicol es txico si se ingiere o inhala. El yodo puede causar quemaduras y manchas. Colorante para alimentos Probeta Esptula Tapones de caucho Tubos de ensayo Vidrio de reloj

4 Procedimiento4.1 Solubilidad del yodo en agua, etanol, hexano y acetonaTomar 2 mL de cada uno de los solventes (agua, etanol, hexano, acetona) y adicionarlos, por separado, a un tubo de ensayo. Utilizando una esptula, aadirdos pequeos cristales de yodo (I2) a cada uno de los tubos, colocar un tapn y agitar vigorosamente (figura 1).Anote sus observaciones acerca del color de la solucin resultante y la solubilidad del yodo en cada uno de los solventes establezca una escala de 0 a 5-.

Figura 1Solubilidad del yodo en diferentes solventes

4.2 Solubilidad de hexano en agua, etanol, etiln glicol y glicerolTomar 2 mL de cada uno de los solventes (agua, etanol, etiln glicol, glicerol) y adicionarlos, por separado, a un tubo de ensayo. Aadir a cada tubo una gota de colorante y homogenizar. Adicionar 2 mL de hexano a cada uno de los tubos, colocar un tapn y agitar vigorosamente (figura 2). Anotar el nmero de capas que se forman: la formacin de una sola fase indica que ambos lquidos son solubles entre s, la formacin de dos capas indica que ambos lquidos son insolubles. (En aquel tubo donde el hexano es insoluble, ste se ubicar en la parte superior).

Figura 2Solubilidad del hexano en diferentes solventesMezclar, en otro tubo de ensayo, 2 mL de hexano con 2 mL de acetona. Anote sus observaciones. Guardar los tubos y su contenido para el siguiente apartado.4.3 Efecto de la adicin de etanolAadir 2 mL de etanol a cada uno de los tubos utilizados en la actividad inmediatamente anterior,exceptoal que ya contiene etanol. Tapar cada tubo con un tapn y agitar vigorosamente. Medir la altura de la capa inferior y la altura de la capa superior. (En aquel tubo donde el hexano es insoluble, ste se ubicar en la parte superior).

5 Datos y resultadosProcedimiento 4.1 - Solubilidad del yodoTabla 1Solubilidad del yodo en varios solventesAgua + I2Etanol +I2Hexano +I2Acetona +I2

SolubilidadColorSolubilidadColorSolubilidadColorSolubilidadColor

Procedimiento 4.2 - Solubilidad de varios solutos lquidos en hexanoTabla 2Solubilidad de diversos lquidos en hexanoHexano + aguaHexano +etanolHexano +etilnglicolHexano +glicerolHexano + acetona

Nmero de capas

Procedimiento 16.4.3 - Efecto de la adicin de etanolTabla 3Adicin de etanol a mezclas de lquido-hexanoHexano + No. de capas(al principio)No. de capas(al final)Altura de la capa inferior (mm)Altura de la capa superior (mm)

Agua

Etiln glicol

Glicerol

Acetona

6 Discusin y anlisis de resultados Teniendo en cuenta que el hexano, la acetona y el yodo sonnopolares, y que el agua, el etanol, el etiln glicol y el glicerol son polares, estn de acuerdo los resultados experimentales con la informacin terica? Explicar. Qu efecto tiene la adicin de etanol a las mezclas de los diversos solventes? Explicar los resultados en trminos de las atracciones intermoleculares7 Preguntas de consulta Cuando se tienen dos solventes inmiscibles y se aade un soluto, qu es el llamado coeficiente de reparto? Soluble y miscible son trminos sinnimos? Explicar. Cmo es, comparativamente, la solubilidad de slidos inicos y slidos covalentes en agua? Cul sustancia de cada uno de los siguientes pares esperara que fuera ms soluble en hexano?a. CH3COCH3CH3COOHb. C2H5Cl C2H5OHc. CH3OCH3CH3CH2OHd. HO(CH2)6OH CH3(CH2)6OHe. CH3CH2CH3CH3OCH3 Cul sustancia de cada uno de los siguientes pares esperara que fuera ms soluble en agua?a. CH3(CH2)6COOH CH3COOHb. CH3Cl CH3OHc. CH3OCH3 CH3CH2OHd. HO(CH2)6OH CH3(CH2)6OHe. CH3CH2CH3CH3OCH3 Como regla general, los lquidos parcialmente miscibles llegan a ser ms solubles entre s cuando se aumenta la temperatura. Explicar por qu esto es as.

8 Lecturas recomendadasWolke, Robert L. Aplicar fro o calor. En:Lo que Einstein no saba. Robin BooK. Bogot, 2002. pp. 135 http://129.93.84.115/Chemistry/DoChem/DoChem064.html http://www.chem.lsu.edu/lucid/tutorials/solubility/Solubility.html http://educ.queensu.ca/~science/main/concept/chem/c10/c10main.htm http://www.chem.uidaho.edu/~honors/ionicsol.html http://www.acdlabs.com/products/phys_chem_lab/aqsol/ http://dwb.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale25.html http://www.princeton.edu/teacher/tsm/scienceaction/mixtures.htm