PRÁCTICA N° 3SOLUBILIDAD (CURVA DE SOLUBILIDAD Y CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA) I. OBJETIVO GENERAL Establecer de forma experimental, la dependencia de la solubilidad con la temperatura. Utilizar la variación de esta dependencia, para obtener sustancias puras por cristalización fraccionada. II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al finalizar la práctica el alumno será capaz de: 1. Definir solución y solubilidad. 2. Distinguir los tipos de soluciones según el estado físico 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 técnica de cristalización fraccionada, para purificar una muestra de KNO3 contaminada con NaCl. 6. Calcular el porcentaje de sustancia pura que se obtiene por cristalización fraccionada. MARCO TEÓRICO Una solución es una mezcla homogénea de composición variable pero limitada por la solubilidad. Se dice que es una mezcla porque tiene más de un componente (soluto y solvente) que no reaccionan entre sí. 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 más de un componente (H2, N2,O2, Ar, Xe, etc). 41 es la que contiene más soluto que la contenida en una solución saturada del mismo soluto a la misma temperatura. a una temperatura específica. Estas soluciones no son muy estables. Según el estado físico: Soluciones Sólidas Gas en sólido Líquido en sólido Sólido en sólido Soluciones Gaseosas Gas en gas Sólido en gas Líquido en gas Soluciones Líquidas Gas en líquido Sólido en líquido Líquido en líquido Según la cantidad relativa de sus componentes: Ejemplo H2 gaseoso en paladio Empastes dentales (mercurio en plata) Bronce (zin/cobre) Ejemplo Aire Polvo en aire Vapor de agua en aire Ejemplo CO2 en soluciones (Coca-Cola) Azúcar en agua Alcohol en agua a) Diluída b) Concentrada No Saturada c) Saturada d) Sobresaturada a) Solución diluída es la que contiene una cantidad relativamente pequeña de soluto. De acuerdo a lo anteriormente expuesto puede deducirse que una solución no saturada contiene menor cantidad de soluto que la que es capaz de disolverse. b) Solución concentrada es la que contiene una cantidad relativamente grande de soluto. 42 . el proceso inverso de disolución (la cristalización). una parte del soluto se separa de la disolución sobresaturada en forma de cristales. pero sin llegar a la saturación. c) Solución saturada contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular. d) Solución sobresaturada.Tipos de soluciones. dando lugar. es una solución sobresaturada. la solución es no saturada.00 246. Por lo general. Compuesto Gramos de soluto en 100 gr de agua Nombre Fórmula a 0°C a 50°C a 100°C Hidróxido de potasio Nitrato de potasio Clorato de potasio Cloruro de sodio Cromato de calcio Hidróxido de calcio Sulfato de zinc KOH KNO3 KClO3 NaCl CaCrO4 Ca(OH)2 ZnSO4 97.06 80. La temperatura. Esta expresión significa que es probable que dos sustancias cuyas fuerzas intermoleculares son del mismo tipo y magnitud sean solubles entre sí. Según la definición de solubilidad se puede inferir que la temperatura afecta la solubilidad de la mayoría de las sustancias. Si el soluto añadido produce la cristalización de una parte del soluto que estaba disuelto. esto dependerá de algunos factores como: 1. 2. a una temperatura especifica.10 76.63 4.00 39. se expresa ordinariamente como los gramos de soluto contenidos en 100 gramos de disolvente. El término solubilidad. Con frecuencia hemos escuchado la frase “lo semejante disuelve a lo semejante”. Por lo tanto.80 43 . Sin embargo.42 0.80 178. lo que es de gran ayuda para predecir la solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente. Algunos solutos son más difíciles de disolver que otros. se define como la máxima cantidad de un soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente. este efecto debe determinarse en forma experimental. los compuestos iónicos (polares) casi siempre son solubles en disolventes polares (sal en agua). es una solución saturada.50 0. hay algunas excepciones.12 0.50 19. y los compuestos covalentes (no polares o débilmente polares) se disuelven en disolventes no polares (tetracloruro de carbono en benceno).67 1.00 57. Cuando una sustancia se disuelve en otra. como lo indica el siguiente cuadro: TABLA 14. la solubilidad de los sólidos aumenta con el incremento de la temperatura. Si el soluto no se disuelve ni produce precipitación de lo que estaba disuelto.00 13.30 3. las partículas del soluto se dispersan en el disolvente. Solubilidad y factores que afectan la solubilidad. Las propiedades del soluto y del disolvente.00 85.Como diferencias estas soluciones: • • • Si el soluto se disuelve todo o parte de él.30 35. No todas las sustancias son solubles en las demás sustancias. Dependencia de la solubilidad con la temperatura.30 36.9 144.12 0.14 41. en cambio. a 40 °C. las soluciones de gases en líquidos o gas en gas tienen una influencia directa de la presión. según el gráfico. la solubilidad. la solución originalmente saturada se convertirá en sobresaturada (punto A). La línea ABN indica que al aumentar la temperatura se produce una solución no saturada (punto N) y que. para evitar que se deposite parte del soluto. realizar cálculos necesarios para llevar a cabo una cristalización fraccionada. contiene 95 gramos. Curvas de solubilidad. 15 Curva de solubilidad del nitrato de plomo en agua. La dependencia de la solubilidad con la temperatura puede expresarse gráficamente mediante curvas de solubilidad (Figura 15). por lo tanto se trata de una solución no saturada. En el gráfico superior el punto B indica que a 60°C una solución saturada de nitrato de plomo contiene 95 gramos de soluto en 100 gramos de agua.3. La presión. Las soluciones formadas sólo por líquidos y sólidos no se ven afectadas en forma apreciable por la presión. 44 . El punto N indica que la solución está a 80°C. El punto A muestra que la solución. Por medio de la curva de solubilidad se puede determinar gráficamente la solubilidad de las sustancias a diferentes temperaturas. a esa temperatura sólo debería tener 75 gramos. y sólo contiene 95 gramos . empleada para la purificación de las sustancias sólidas. Variación de la solubilidad del Nitrato de Plomo con la Temperatura Solubilidad g/100 g de agua 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 Temperatura °C A B N Fig. donde en el eje de las ábsidas se marca la temperatura y en el eje de las ordenadas. a esa temperatura podría contener 114 gramos de soluto en cada 100 gramos de agua. Es el mejor procedimiento para observar inmediatamente no sólo el valor de solubilidad sino su variación con la temperatura. Sin embargo. por cuidadoso enfriamiento. de lo que se deduce que se trata de una solución sobresaturada. que el rendimiento de CuSO4 recristalizado constituye 72. 5 g = 53. NaCl.6 g de sal El rendimiento teórico debe ser: sal cristalizada * 100% (3) cantidad inicial de la sal De manera.1 g de sal. ¿Cuánto se cristalizará a partir de 1000 g de sal? 53.2%. KNO3. Este aumento puede ser: a) Rápido. Calcular en qué cantidad de agua debe ser disuelto y cuál será el rendimiento de la sal recristalizada. aumentan su solubilidad con la temperatura. y a 15°C. ¿cuánto se necesita de agua para disolver 1 Kg de sal? 1000 g sal * 100 g de agua = 1359 g de agua 73.6 g – 20. el acetato de estroncio y el sulfato de cerio.6 g de sal se cristaliza 53. especialmente las sales. el carbonato de litio . K2Cr2O7. Estas marcadas diferencias de la solubilidad con respecto a la temperatura pueden utilizarse para llevar a cabo la cristalización fraccionada. Como ya se había mencionado la mayor parte de las sustancias sólidas. en 100 g de agua es de 73. el acetato de calcio.6 g sal Al enfriar la solución saturada desde 100°C a 15°C. Si 73. Esto ocurre con algunos compuestos como el hidróxido de calcio.1 g Si al enfriar una solución preparada a partir de 73. 73. La cristalización de las sustancias cuya solubilidad disminuye en función de la temperatura puede lograrse bajando la temperatura de la solución saturada (recristalización). es de 20. Cristalización fraccionada. si la disolución se verifica a 100°C enfriándola después hasta 15°C.Ejemplo: Se necesita recristalizar 1 Kg de CuSO4. 5 g de sal. c) Muy pequeño. el cromato de calcio. Sin embargo. Si la temperatura 45 % Rendimiento = . Pb(NO3)2. existen compuestos. ya que a 15°C sólo quedará disuelto 20. KCl.1 g de sal * 1000g de sal = 722 g de sal 73. b) Lento. La cristalización fraccionada es la separación de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base a sus diferentes solubilidades. La solubilidad a 100°C.5 g.6 g. para los cuales su solubilidad disminuye con la temperatura. 6 gramos de sal se disuelven en 100 gramos de agua. la cantidad de sal que se cristaliza es igual a la diferencia de solubilidades a estas temperaturas. Agregar al vaso con NaCl 20 mL de agua.0000 g de NaCl y por separado pesar en papel.5000 g y 2 porciones de 0. lodo. Cuando toda la sustancia este disuelta. Agregar al vaso con KNO3 4 mL de agua. Repetir el procedimiento hasta agregar las cuatro porciones de NaCl (0. mientras que el crecimiento de cristales grandes va acompañado de captura de cantidades pequeñas de la solución madre que contiene impurezas provenientes de otras sustancias.1000). agitar hasta disolver y tomar la temperatura a la que se disuelve. Los cristales pequeños son más puros. agitar hasta que se disuelva y tomar la temperatura. 2 porciones de 0.0000 g de KNO3 y por separado en papel. Agregar 6 mL de agua en el vaso con la muestra. La sustancia recristalizada se separa de la solución madre por filtración al vacío (succión).disminuye lentamente. las sustancia cristaliza en forma de cristales grandes. Cuando toda la sustancia este disuelta. A veces hay que filtrar la solución saturada a 100°C para eliminar diferentes impurezas (polvo. se forman cristales pequeños. añadir una nueva porción (0. si el enfriamiento es rápido. 4 porciones de 1g exactamente pesados.5000. añadir una nueva porción (1g) y colocar en la plancha de calentamiento. Solubilidad del NaCl. PARTE EXPERIMENTAL Solubilidad del KNO3.(Figura 16) • • Pesar en un vaso de 10 mL . la recristalización se lleva a cabo en orden inverso: la solución se satura con la sustancia dada a una temperatura lo más baja posible y después se calienta hasta ebullición. etc). • • • • Pesar en un vaso de 10 mL 1.1000 y 0. • • • • • Pesar en un vaso de 50 mL 6. 0. Para las sustancias cuya solubilidad aumenta con el descenso de la temperatura.500 g) y colocar en la plancha de calentamiento.1000 g (exactamente pesados). 5 g de muestra contaminada. Construya en una misma gráfica. 0. 46 . las curvas para las dos sales. agitar hasta que se disuelva y tomar la temperatura.5000. agitar hasta disolver y tomar la temperatura a la que se disuelve. Repetir el procedimiento hasta agregar las cuatro porciones de KNO3. Purificación de KNO3 contaminado con NaCl. Esto es necesario porque en la filtración ordinaria queda una gran parte de la solución madre sobre la superficie de los cristales (lo que contamina el producto) y hace falta secar por mucho tiempo los cristales. Pesar un papel de filtro. Pesar los cristales y calcular el porcentaje de KNO3 en la muestra. 47 . Fig. Secar los cristales en estufa a 100°C. Enfriar con baño de hielo (0°C).• • • • • • Calentar a 80°C hasta completa dilución. 16 Dibujo esquemático para la purificación de KNO3 contaminado con NaCl. Filtrar al vacío para separar la solución de los cristales. 7 y 13. Tres frascos contienen soluciones saturada.5000 NaCl 7.2 30 60. g/100g de agua 44.6 60 88. Solubilidad y Temperatura de disolución del KNO3 y NaCl Compuesto Cantidad pesada Solubilidad Temperatura de (g) g de soluto/100g de solvente disolución (°C) 1. respectivamente.0000 6.0000 5.0000 2. sobresaturada y no saturada de la misma sustancia.DATOS EXPERIMENTALES TABLA 15 .6 4.0000 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 1.0000 6. ¿Qué cantidad de sal sólida y agua hace falta tomar para obtener 1Kg de la sal recristalizada? La solución se calienta a 80°C y se enfría hasta 17°C.0000 KNO3 3.8 g/ 100g de agua a 80°C y 17°C. ¿Cómo determinar qué solución hay en cada frasco? 3. ¿ Por qué el sulfato de calcio se incluye en el grupo de las sustancias con solubilidad anómala? 2.8 50 78.0000 4.5 20 52.0 70 97. La solubilidad de una sal es igual a 64. 48 . A partir de los siguientes datos trazar la curva de solubilidad del Pb(NO3)2 y determinar su solubilidad a 37°C Temperatura °C 10 Solubilidad. 3. W. Prentice Hall. JOESTEN y WOOD. Séptima edición. Disoluciones. MOORE. 2. Química. México. Prentice Hall. L. W y SEESE. 5.BIBLIOGRAFIA 1. W. Química. 2002. 1994. y HERRING. CHANG. Química. C y CÁCERES. McGraw-Hill. STANITSKI. 49 . Addison Wesley Longman. DAUB. 4. Octava edición. KOTZ. G. Editorial Educativa. Química. Séptima edición. Química General. El Mundo de la Química. 1996. 6. Primera edición. México. HARWOOD. R y COLLEGE.1981. BogotáColombia. México. PRETRUCCI. 2003. 2000. D. BRICEÑO. Segunda edición. MARTÍN. Segunda edición. Caracas. Madrid.