PRCTICA N 3

PRCTICA N 3SOLUBILIDAD

(CURVA DE SOLUBILIDAD Y CRISTALIZACIN FRACCIONADA)

I. OBJETIVO GENERAL

Establecer de forma experimental, la dependencia de la solubilidad con la temperatura. Utilizar la variacin de esta dependencia, para obtener sustancias puras por cristalizacin fraccionada.

II. OBJETIVOS ESPECFICOS

Al finalizar la prctica el alumno ser capaz de:

1. Definir solucin y solubilidad.2. Distinguir los tipos de soluciones segn el estado fsico y de acuerdo a la cantidad relativa de sus componentes.3. Determinar el efecto de la temperatura en la solubilidad del nitrato de potasio (KNO3) y cloruro de sodio (NaCl).4. Construir una curva de solubilidad para cada compuesto (KNO3 y NaCl).5. Utilizar la tcnica de cristalizacin fraccionada, para purificar una muestra de KNO3 contaminada con NaCl.6. Calcular el porcentaje de sustancia pura que se obtiene por cristalizacin fraccionada.

MARCO TERICO

Una solucin es una mezcla homognea de composicin variable pero limitada por la solubilidad. Se dice que es una mezcla porque tiene ms de un componente (soluto y solvente) que no reaccionan entre s. La homogeneidad se debe a la uniformidad en el sistema, es decir que presenta una sola fase, por ejemplo: un volumen de aire representa un sistema de una sola fase que contiene ms de un componente (H2, N2,O2, Ar, Xe, etc).

41Tipos de soluciones. Segn el estado fsico:Soluciones SlidasEjemploGas en slidoH2 gaseoso en paladio Lquido en slidoEmpastes dentales (mercurio en plata) Slido en slidoBronce (zin/cobre)

Soluciones GaseosasEjemploGas en gasAireSlido en gasPolvo en aireLquido en gasVapor de agua en aire

Soluciones LquidasEjemploGas en lquidoCO2 en soluciones (Coca-Cola) Slido en lquidoAzcar en aguaLquido en lquidoAlcohol en agua

Segn la cantidad relativa de sus componentes:

a) Diludab) Concentrada

c) Saturadad) Sobresaturada

No Saturada

a) Solucin diluda es la que contiene una cantidad relativamente pequea de soluto.b) Solucin concentrada es la que contiene una cantidad relativamente grande de soluto, pero sin llegar a la saturacin.De acuerdo a lo anteriormente expuestopuede deducirse que una solucin no saturadacontiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolverse.c) Solucin saturada contiene la mxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura especfica.d) Solucin sobresaturada, es la que contiene ms soluto que la contenida en una solucin saturada del mismo soluto a la misma temperatura. Estas soluciones no son muy estables,una parte del soluto se separa de la disolucin sobresaturada en forma de cristales, dando lugar, el proceso inverso de disolucin (la cristalizacin).

Como diferencias estas soluciones:

Si el soluto se disuelve todo o parte de l, la solucin es no saturada. Si el soluto no se disuelve ni produce precipitacin de lo que estaba disuelto, es una solucin saturada. Si el soluto aadido produce la cristalizacin de una parte del soluto que estaba disuelto, esuna solucin sobresaturada.

Solubilidad y factores que afectan la solubilidad.

El trmino solubilidad, se define como la mxima cantidad de un soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente, a una temperatura especifica, se expresa ordinariamente como los gramos de soluto contenidos en 100 gramos de disolvente.

No todas las sustancias son solubles en las dems sustancias. Algunos solutos son ms difciles de disolver que otros, esto depender de algunos factores como:

1. Las propiedades del soluto y del disolvente. Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partculas del soluto se dispersan en el disolvente. Con frecuencia hemos escuchado la frase lo semejante disuelve a lo semejante, lo que es de gran ayuda para predecir la solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente. Esta expresin significa que es probable que dos sustancias cuyas fuerzas intermoleculares son del mismo tipo y magnitud sean solubles entre s. Por lo tanto, los compuestos inicos (polares) casi siempre son solubles en disolventes polares (sal en agua), y los compuestos covalentes (no polares o dbilmente polares) se disuelven en disolventes no polares (tetracloruro de carbono en benceno).

2. La temperatura. Segn la definicin de solubilidad se puede inferir que la temperatura afecta la solubilidad de la mayora de las sustancias, este efecto debe determinarse en forma experimental. Por lo general, la solubilidad de los slidos aumenta con el incremento de la temperatura. Sin embargo, hay algunas excepciones, como lo indica el siguiente cuadro:

TABLA 14. Dependencia de la solubilidad con la temperatura.CompuestoGramos de soluto en 100 gr de agua

NombreFrmulaa 0Ca 50Ca 100C

Hidrxido de potasioKOH97,00144,00178,00

Nitrato de potasioKNO313,3085,50246,00

Clorato de potasioKClO33,3019,3057,00

Cloruro de sodioNaCl35,6336,6739,12

Cromato de calcioCaCrO44,501,120,42

Hidrxido de calcioCa(OH)20,140,100.06

Sulfato de zincZnSO441,976,8080,80

3. La presin. Las soluciones formadas slo por lquidos y slidos no se ven afectadas en forma apreciable por la presin. Sin embargo, las soluciones de gases en lquidos o gas en gas tienen una influencia directa de la presin.

Curvas de solubilidad.

La dependencia de la solubilidad con la temperatura puede expresarse grficamente mediante curvas de solubilidad (Figura 15), donde en el eje de las bsidas se marca la temperatura y en el eje de las ordenadas, la solubilidad. Es el mejor procedimiento para observar inmediatamente no slo el valor de solubilidad sino su variacin con la temperatura.

Variacin de la solubilidad del Nitrato de Plomo con la Temperatura

Solubilidad g/100 g deagua120100806040200

ABN

020406080100Temperatura C

Fig. 15 Curva de solubilidad del nitrato de plomo en agua.

En el grfico superior el punto B indica que a 60C una solucin saturada de nitrato de plomo contiene 95 gramos de soluto en 100 gramos de agua. La lnea ABN indica que al aumentar la temperatura se produce una solucin no saturada (punto N) y que, en cambio, por cuidadoso enfriamiento, para evitar que se deposite parte del soluto, la solucin originalmente saturada se convertir en sobresaturada (punto A). El punto N indica que la solucin est a 80C, a esa temperatura podra contener 114 gramos de soluto en cada 100 gramos de agua, y slo contiene 95 gramos , por lo tanto se trata de una solucin no saturada. El punto A muestra que la solucin, a 40 C, contiene 95 gramos, segn el grfico, a esa temperatura slo debera tener 75 gramos, de lo que se deduce que se trata de una solucin sobresaturada.

Por medio de la curva de solubilidad se puede determinar grficamente la solubilidad de las sustancias a diferentes temperaturas, realizar clculos necesarios para llevar a cabo una cristalizacin fraccionada, empleada para la purificacin de las sustancias slidas.

Ejemplo: Se necesita recristalizar 1 Kg de CuSO4. Calcular en qu cantidad de agua debe ser disuelto y cul ser el rendimiento de la sal recristalizada, si la disolucin se verifica a 100C enfrindola despus hasta 15C.La solubilidad a 100C, en 100 g de agua es de 73,6 g; y a 15C, es de 20,5 g.

Si 73, 6 gramos de sal se disuelven en 100 gramos de agua, cunto se necesita de agua para disolver 1 Kg de sal?

1000 g sal * 100 g de agua = 1359 g de agua 73,6 g salAl enfriar la solucin saturada desde 100C a 15C, la cantidad de sal que se cristaliza es igual a la diferencia de solubilidades a estas temperaturas, ya que a 15C slo quedar disuelto 20, 5 g de sal.

73,6 g 20, 5 g = 53,1 g

Si al enfriar una solucin preparada a partir de 73,6 g de sal se cristaliza 53,1 g de sal, Cunto se cristalizar a partir de 1000 g de sal?

53,1 g de sal * 1000g de sal= 722 g de sal 73,6 g de salEl rendimiento terico debe ser:

% Rendimiento =sal cristalizada* 100%(3)cantidad inicial de la salDe manera, que el rendimiento de CuSO4 recristalizado constituye 72,2%.

Cristalizacin fraccionada.

La cristalizacin fraccionada es la separacin de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base a sus diferentes solubilidades.

Como ya se haba mencionado la mayor parte de las sustancias slidas, especialmente las sales, aumentan su solubilidad con la temperatura. Este aumento puede ser:

a) Rpido; Pb(NO3)2, KNO3, K2Cr2O7.b) Lento, KCl.c) Muy pequeo, NaCl.

Sin embargo, existen compuestos, para los cuales su solubilidad disminuye con la temperatura. Esto ocurre con algunos compuestos como el hidrxido de calcio, el cromato de calcio, el acetato de calcio, el carbonato de litio , el acetato de estroncio y el sulfato de cerio. Estas marcadas diferencias de la solubilidad con respecto a la temperatura pueden utilizarse para llevar a cabo la cristalizacin fraccionada.

La cristalizacin de las sustancias cuya solubilidad disminuye en funcin de la temperatura puede lograrse bajando la temperatura de la solucin saturada (recristalizacin). Si la temperatura

disminuye lentamente, las sustancia cristaliza en forma de cristales grandes, si el enfriamiento es rpido, se forman cristales pequeos. Los cristales pequeos son ms puros, mientras que el crecimiento de cristales grandes va acompaado de captura de cantidades pequeas de la solucin madre que contiene impurezas provenientes de otras sustancias. Para las sustancias cuya solubilidad aumenta con el descenso de la temperatura, la recristalizacin se lleva a cabo en orden inverso: la solucin se satura con la sustancia dada a una temperatura lo ms baja posible y despus se calienta hasta ebullicin.

A veces hay que filtrar la solucin saturada a 100C para eliminar diferentes impurezas (polvo, lodo, etc). La sustancia recristalizada se separa de la solucin madre por filtracin al vaco (succin). Esto es necesario porque en la filtracin ordinaria queda una gran parte de la solucin madre sobre la superficie de los cristales (lo que contamina el producto) y hace falta secar por mucho tiempo los cristales.

PARTE EXPERIMENTAL

Solubilidad del KNO3.

Pesar en un vaso de 10 mL 1,0000 g de KNO3 y por separado en papel, 4 porciones de 1g exactamente pesados. Agregar al vaso con KNO3 4 mL de agua, agitar hasta disolver y tomar la temperatura a la que se disuelve. Cuando toda la sustancia este disuelta, aadir una nueva porcin (1g) y colocar en la plancha de calentamiento, agitar hasta que se disuelva y tomar la temperatura. Repetir el procedimiento hasta agregar las cuatro porciones de KNO3.

Solubilidad del NaCl.

Pesar en un vaso de 50 mL 6,0000 g de NaCl y por separado pesar en papel, 2 porciones de 0,5000 g y 2 porciones de 0,1000 g (exactamente pesados). Agregar al vaso con NaCl 20 mL de agua, agitar hasta disolver y tomar la temperatura a la que se disuelve. Cuando toda la sustancia este disuelta, aadir una nueva porcin (0,500 g) y colocar en la plancha de calentamiento, agitar hasta que se disuelva y tomar la temperatura. Repetir el procedimiento hasta agregar las cuatro porciones de NaCl (0,5000; 0,5000; 0,1000 y 0,1000). Construya en una misma grfica, las curvas para las dos sales.

Purificacin de KNO3 contaminado con NaCl.(Figura 16)

Pesar en un vaso de 10 mL , 5 g de muestra contaminada. Agregar 6 mL de agua en el vaso con la muestra.

Calentar a 80C hasta completa dilucin. Enfriar con bao de hielo (0C). Pesar un papel de filtro. Filtrar al vaco para separar la solucin de los cristales. Secar los cristales en estufa a 100C. Pesar los cristales y calcular el porcentaje de KNO3 en la muestra.

Fig. 16 Dibujo esquemtico para la purificacin de KNO3 contaminado con NaCl.

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 15 . Solubilidad y Temperatura de disolucin del KNO3 y NaClCompuestoCantidad pesada (g)Solubilidadg de soluto/100g de solventeTemperatura de disolucin (C)

KNO31,0000

2,0000

3,0000

4,0000

5,0000

NaCl6,0000

6,5000

7,0000

7,1000

7,2000

Volumen de agua para la solubilidad del KNO3 Volumen de agua para la solubilidad del NaCl Masa de la muestra contaminada Masa del papel de filtro Masa de vidrio de reloj Masa de vidrio de reloj + papel de filtro + cristales secos

RESULTADOS

Masa de los cristales Porcentaje de KNO3 en la muestra

CUESTIONARIO

1. Por qu el sulfato de calcio se incluye en el grupo de las sustancias con solubilidad anmala?2. Tres frascos contienen soluciones saturada, sobresaturada y no saturada de la misma sustancia.Cmo determinar qu solucin hay en cada frasco?

3. A partir de los siguientes datos trazar la curva de solubilidad del Pb(NO3)2 y determinar su solubilidad a 37C

Temperatura C102030506070

Solubilidad, g/100g de agua 44,552,260,878,688,097,6

4. La solubilidad de una sal es igual a 64,7 y 13,8 g/ 100g de agua a 80C y 17C, respectivamente.Qu cantidad de sal slida y agua hace falta tomar para obtener 1Kg de la sal recristalizada? La solucin se calienta a 80C y se enfra hasta 17C.

BIBLIOGRAFIA

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