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Laboratorio de química general Actividad virtual No. 6 Solubilidad Nicolás Salcedo Cuevas (Biología) 17/09 /
1. Objetivos 1.1. Objetivo general. - Determinar las características de las interacciones físicas de una disolución química. 1.2. Objetivos específicos. - Comprobar las interacciones que coexisten entre un soluto y un solvente. - Identificar las propiedades de las variables aplicadas a cada sistema de solubilidad. - Evidenciar el comportamiento de algunos compuestos bajo condiciones físicas establecidas.
2. Metodología ensayo experimental en casa.
3.1.2. Grafica de solubilidad sustancia A. 3.2. Cálculos ensayo experimental virtual 3.2.1. Sustancia B. Soluto (g) Solvente (mL) Temperatura (°C) Disolución 10 g 100 mL 25 °C Insaturada 15 g 100 mL 25 °C Insaturada 20 g 100 mL 25 °C Insaturada 25 g 100 mL 25 °C Saturada Tabla 5 : Variabilidad de los solutos sustancia B. Soluto (g) Solvente (mL) Temperatura (°C) Disolución 20 g 10 mL 25 °C Saturada 15g 10 mL 25 °C Saturada 10 g 10 mL 25 °C Saturada 5 g 10 mL 25 °C Saturada 2,5 g 10 mL 25 °C Saturada 2 g 10 mL 25 °C Insaturada 1,3 g 10 mL 25 °C Insaturada Tabla 6 : Disminución del valor del soluto sustancia B. y = 0,1527x + 10, R² = 0, 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 Solubilidad (Gramos de soluto en 100 mL de agua) Temperatura °C
Sustancia A
Ilustración 1 : Grafica de solubilidad sustancia A.
Soluto (g) Solvente (mL) Temperatura (°C) Disolución 10 g 10 mL 25 °C Saturada 10 g 10 mL 30 °C Saturada 10 g 10 mL 35 °C Saturada 10 g 10 mL 40 °C Saturada 10 g 10 mL 45 °C Saturada 10 g 10 mL 50 °C Saturada Tabla 7 : Aumento de la temperatura sustancia B. Soluto (g) Solvente (mL) Temperatura (°C) Disolución 10 g 10 mL 25 °C Saturada 10 g 15 mL 25 °C Saturada 10 g 20 mL 25 °C Saturada 10 g 25 mL 25 °C Saturada 10 g 30 mL 25 °C Saturada 10 g 35 mL 25 °C Saturada 10 g 40 mL 25 °C Saturada 10 g 50 mL 25 °C Insaturada Tabla 8 :Aumento volumen del solvente sustancia B. 3.2.2. Grafica de solubilidad sustancia B 19, 20 20, 21 21, 22 22, 23 23, 0 10 20 30 40 50 60 Solubilidad (Gramos de soluto en 100 mL de agua) Temperatura (°C)
Sustancia B
Ilustración 2 : Grafica solubilidad sustancia B.
temperatura es de 1,8g, este rango de disolución de los solutos en ambas sustancias es directamente proporcional a la cantidad de solvente que se tenga, en este caso es una contante de 10mL, en donde se obtiene que la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en 10mL de agua es de 1,8g con una temperatura de 50°C.
- El aumento del volumen del solvente se registra en la tabla 4 y tabla 8 donde se obtienen las constantes del soluto (10g) y de la temperatura (25°C) y como valor variable el aumento del solvente desde 10 mL hasta 50 mL en ambas sustancias, en este apartado se evidencia que en la solución A 10g de soluto es una cantidad considerable para diluirlo en un solvente con un volumen no superior a 50mL, por lo que este siempre estará saturado y aun quedará soluto por disolver, en la solución B se evidencia que la disolución se equilibra cuando el solvente alcanza un volumen de 50mL por lo que a partir de este valor la disolución ha no tiene mas soluto que disolver y estará insaturada del mismo. 4.2. Resultados ensayo experimental virtual sustancias C y D.
- Sustancia C, el grado de solubilidad de la sustancia C fue adaptado a un volumen de solvente de 100mL y una cantidad de soluto de 10 gramos, la cantidad variable y en aumento de la temperatura postula la cantidad máxima de la sustancia C que se puede agregar a 100mL de solvente para que este se equilibre y este insaturado de soluto, en un rango de temperatura aplicada de 5°C hasta 85°C la disolución permanece insaturada, a partir de 85°C la solución no puede disolver más soluto pues esta se saturo proporcionalmente al aumento exponencial de la temperatura.
- Sustancia D, los valores constantes aplicados para la determinación de la solubilidad de la sustancia D son 100mL de solvente y 10g de soluto, el aumento exponencial de temperatura de 5 a 100°C pone en evidencia que la cantidad máxima de soluto disuelto en 100mL de solvente aumenta considerablemente hasta los 400g en 100°C, la capacidad de esta sustancia en diluirse es amplia en comparación a la de otras sustancias.
4.3. Resultados ensayo experimental influencia de la naturaleza del soluto y del disolvente en la solubilidad de las sustancias. 4.3.1. Solubilidad del cloruro de sodio. El cloruro de sodio es un compuesto iónico que consta de un anión de cloro y un catión de sodio que conforman la molécula de NaCl con carga, de naturaleza inorgánica, muy soluble en agua, esta disuelve gran número de sustancias (disolvente universal); la elevada solubilidad de este compuesto radica en la atracción de los polos parciales positivos y negativos que la molécula del agua ejercen sobre los cristales de NaCl, específicamente sobre los iones de Na (+) y Cl(- ). La molécula de agua posee cargas parciales positivas de los hidrógenos, estos atraen las cargas negativas del anión de Cl(-), mientras que la carga parcial negativa del átomo de hidrogeno atrae al catión Na(+), produciendo la dispersión de los iones de Na(+) y Cl(-) por medio de alteraciones electrostáticas que hacen que estos sean hidratados. Por otro lado, la estructura química de el alcohol se caracteriza por ser una molécula de naturaleza orgánica, que contiene un grupo oxidrilo muy poco polar, con capacidades de hidratar, en este caso al cloruro de sodio, de la misma manera que lo hace el agua, sin embargo, el limitado grupo apolar del alcohol impide la disolución se lleve manera completa, por eso su disolución es parcial. El aceite es un compuesto de naturaleza orgánica y sus moléculas no contienen cargas eléctricas estas están compuestas de largas cadenas de carbono e hidrogeno unidos entre si que no tienen ninguna carga neta, la sal al ser una molécula con carga no es químicamente igual a la molécula sin carga de aceite y simplemente no se mezclan manteniéndose independientes y separados. Ilustración 3 : Solubilidad cloruro de sodio.
4.3.3. solubilidad del bicarbonato de sodio. El bicarbonato de sodio también conocido como carbonato acido de sodio NaHCO3, se caracteriza por ser un polvo cristalino, blanco, inoloro y ligeramente alcalino, su solubilidad en agua genera una descomposición química que busca el equilibrio de la molécula, para que esto ocurra este se descompone en carbonato de sodio, dióxido de carbono y agua, la velocidad de la reacción o disolución depende de la temperatura que se le este generando, pues esta acelerar la descomposición molecular, este carbonato sódico es quien verdaderamente se solubiliza con el agua, produciendo a su vez una efervescencia debido a en presencia de un acido en el ion bicarbonato libera CO2. La solubilidad en compuestos alcohólicos depende de la naturaleza polar de la molécula pues en general el alcohol puede disolver sustancias no polares y ligeramente polares, sin embargo, con el bicarbonato de sodio, al ser este una molécula altamente polar por sus características acidas no se diluirá en el medio alcohólico, de igual manera con el aceite debido a que este solo diluye sustancias no polares. 4.3.4. Solubilidad del Isodine. Ilustración 5 : Solubilidad bicarbonato de sodio. Ilustración 6 : Solubilidad Isodine.
El Isodine denominado povidona, es un polímero soluble en agua formado por una solución de povidona y yodo molecular, esta combinación le otorga características de solubilidad, en el ensayo experimental se puede evidenciar que este compuesto se mezclo con el agua haciendo un equilibrio de solubilidad, el caso contrario ocurrió con el aceite, en donde se aprecia que los compuestos moleculares no son compatibles con las moléculas apolares del aceite, sin embargo en el etanol la disolución es lenta, pero se está efectuando pues los componentes no polares del yodo se integran con la composición apolar del etanol.
5. Discusión de resultados 5.1. Ensayo experimental virtual La aplicación de las variables a los distintos modelos de sustancia proporciona evidencia para que ocurra un equilibrio de la disolución entre el soluto y el solvente, este se encuentra directamente ligado con el aumento de temperatura; comúnmente en las cuatro sustancias el mediante la temperatura se incrementaba mayor capacidad de diluir un soluto poseía el solvente para así hallar una permanencia de sus componentes y que estos no saturen la disolución. Las distintas variables aplicadas evidencian las propiedades físicas de la naturaleza de cada soluto, pues algunos reaccionan con cambios de temperatura y otros no, así como característicamente algunos solventes se presentan en calidad de diluir moléculas orgánicas u inorgánicas dependiendo su polaridad. 5.2. Ensayo experimental naturaleza del soluto y del disolvente en la solubilidad de las sustancias. Las disoluciones se rigen bajo el principio del equilibrio de solubilidad en donde cualquier tipo de reacción química entre dos estados físicos de la materia son condicionados para que sus componentes se equiparen en una solución homogénea, estos en algunos casos dependen directamente de la proporción de temperatura generada al sistema de la solución, hay diversos solventes que diluyen solutos a temperatura ambiente y otros a temperaturas altas. Evidentemente el agua es el solvente con mayor capacidad de diluir compuestos, esto debido a que el agua es un compuesto inorgánico que tiende a formar fuerzas intramoleculares fuertes con gran variedad de solutos, al tener un elevado momento dipolar facilita las interacciones para formar puentes de hidrogeno. Estas disoluciones empleadas en su mayoría son sustancias homogéneas con iguales o distintos grados de agregación de soluto, la concentración de una disolución constituye características que evidencian las interacciones moleculares de cada componente con un soluto, es por eso que la
se correlacionan en búsqueda de un equilibrio, que también esta ligado a las variaciones de temperatura y velocidad de dilución.
- ¿Cómo varia la solubilidad de una sustancia con respecto a la temperatura? El efecto de la temperatura en el estado de solubilidad afecta la capacidad de diluir solutos en solventes que reciben esta energía térmica, es por ello por lo que al subir la temperatura en una solución donde hay un sólido, la solubilidad del solido aumenta, contrariamente en los gases disueltos en un liquido determinado, al aumentar la temperatura, la solubilidad de este gas disminuye, hay una clara correlación entre la variación de la solubilidad con la temperatura generada. “Podemos decir sobre las disoluciones es que es un proceso físico, más no químico, puesto que las sustancias que intervienen no se producen en otras diferentes, sustentándose en el principio de conservación de la masa” (Galeano, 2020). El calor suministrado es absorbido por las moléculas del soluto, debilitándose las fuerzas intermoleculares y llevando a cabo el proceso de solvatación.
- ¿Qué significa que una solución este saturada? Es el estado de una solución que corresponde a la magnitud de la relación de solubilidad de una sustancia o una cantidad proporcional de esta, la cual contienen la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en particular y a un gradiente de temperatura en aumento.
- ¿qué significa que una solución este sobresaturada? Hace referencia cunado la solución contiene mas soluto de el que se puede descomponer en una disolución saturada en forma de cristales, esta depende del control de la variable de temperatura pues usualmente entre mas aumente esta, mas probabilidades hay que el soluto sea disuelto.
- ¿Cómo afecta la naturaleza del solvente, la solubilidad del soluto? En el momento que un soluto es agregado a un solvente ocurre un proceso de difusión de las moléculas del soluto hacia la integridad de las moléculas del solvente, lo cual ocurre cuando estas moléculas del sistema establecen fuerzas interactivas, es por eso que el fenómeno de disolución se aplica en sustancias con una misma naturalidad, es decir, los solventes polares tienden a disolver sustancias de polaridad semejantes, aunque hay excepciones en donde algunas moléculas son muy grandes y complejas para que estas se desintegren con una misma velocidad de disolución y a la misma temperatura y/o presión. “No existe una regla fija que permite establecer una generalización en cuanto al fenómenos de disolución” (Guillen, 2020).
- ¿Qué representa una gráfica de solubilidad? La solubilidad de una sustancia aumenta a medida que se expone a una temperatura creciente, si se mide la cantidad de un soluto disuelto en 100mL de agua a diferentes temperaturas, esto se podría representar en una grafica en donde se obtiene gráficamente el análisis de la composición de las soluciones saturadas correspondientes a distintas temperaturas, en donde estos dos valores representados son directamente proporcionales en vista de los solutos disueltos en función de la temperatura. 7. Conclusiones
- Durante el desarrollo de las actividades experimentales se correlacionaron los términos de solubilidad y sus componentes con los resultados arrojados por los distintos ensayos, generando una evidencia la cual se analizo para una correcta comprensión de las afectaciones físicas y químicas que los mecanismos de disolución de sustancias empleados expresan en un determinado rango de experimentación.
- Las propiedades de la materia de cada componente del sistema de solubilidad fueron identificadas con base en la experimentación y análisis teórico de estas características de cada unidad molecular que hace parte de la disolución.
- El evidente comportamiento de algunos compuestos que hacen parte de los procesos de disolución fueron identificados con respecto a las características físicas suministradas.
