UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Escuela Profesional de Ingeniería Química ASIGNATURA: LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL II GRUPO DE LABORATORIO: 90 “G” PRÁCTICA Nº1: “SISTEMAS DISPERSOS” INTEGRANTES: RODAS ANGELES, GUIDO PONTE VALVERDE, ERICK RIOS RODRIGUEZ, LUIS VARGAS VILLENA, EDSON PROFESOR: ING. RONALD PORTALES BELLAVISTA 1 DE SETIEMBRE DEL 2014 I. INTRODUCCION En este informe se identificaran las distintas mezclas de acuerdo a sus propiedades físicas que estas presentan. Se identificaran mezclas heterogéneas el cual también se divide en dos tipos, coloide y suspensión; en el caso de la mezcla homogénea se encuentran las soluciones. La solución es lo que se profundizara más en este informe debido a los tipos y formas que este presenta. Las soluciones son importantes por las diversas propiedades que estos presentan, como la capacidad que tienen estos al conducir la corriente y como otras soluciones no pueden. Se acompañara con una investigación bibliográfica para explicar los fenómenos que ocurren dentro de una reacción. Además de explicar cómo se relacionan sus componentes, soluto y solvente. II. OBJETIVOS 1. Diferenciar los sistemas dispersos realizados en clase y observando sus propiedades físicas generales, clasificarlos en suspensión, coloide y solución. 2. Diferenciar las soluciones según la energía involucrada y clasificarlas en endotérmicas o exotérmicas. 3. Preparar soluciones de sales hidratadas y anhidras, y calcular la variación de energía involucrada. 4. Clasificar las soluciones con respecto a su conductividad eléctrica, si es electrolítica o no electrolítica. III. MARCO TEORICO 3.1 Sistemas Dispersos Los sistemas dispersos son mezclas de dos o más sustancias simples o compuestas en la que una fase es dispersa o discontinua, generalmente en menor cantidad, y otra es dispersante o continua, generalmente en mayor proporción. 3.2 Clasificación de Sistemas Dispersos Existen diferentes criterios para clasificar las dispersiones. Uno de ellos es el tamaño de las partículas de la fase dispersa, que nos permite agrupar a los sistemas dispersos en: suspensiones, coloides y soluciones. a) Suspensión Las suspensiones se definen como dispersiones heterogéneas, donde la sustancia dispersada sedimenta fácilmente al encontrarse en reposo. El tamaño de sus partículas es mayor a 1000nm. Se puede separar a través de filtración, decantación, filtración y evaporación. Ejemplos: jarabes, tinta china, agua turbia, mylanta, leche de magnesia, etc. b) Coloide Son mezclas heterogéneas. Son sistemas en los que un componente se encuentra disperso en otro, pero las entidades dispersas son mucho mayores que las moléculas del disolvente. El tamaño de las partículas dispersas son mayores a 1nm pero menores a 1000nm. Sus partículas no se pueden apreciar a simple ya que estos no sedimentan, debido a que se encuentran en constante movimiento. Presentan las siguientes propiedades generales: Efecto Tyndall: Se conoce como efecto tyndall, al fenómeno a través del cual se hace presente la existencia de partículas de tipo coloidal en las disoluciones o también en gases, debido a que estas son capaces de dispersar a la luz. Movimiento Browniano: Las partículas dispersas en sistemas coloidales se mueven constantemente en zigzag, este movimiento se debe a choques que se dan entre moléculas debido a su polaridad. Los coloides se clasifican según la afinidad de la fase dispersante de la dispersa, están pueden ser liofílicos, que poseen fuerte afinidad sus dos fases, son fáciles de reconstruir si el sistema coloidal es roto; liofobos, si sus dos fases tienen poca afinidad, son difíciles de reconstruir cuando sus sistema coloidal es roto. Cuadro de clasificación de los distintos sistemas dispersos Clasificación de las soluciones según su estado físico c) Solución o disolución Es una mezcla homogénea, de una fase donde cualquier porción de su volumen tiene la misma composición química, toda solución está construida por un solvente y uno o más solutos, en proporciones variables. Sus componentes se separan por métodos físicos como la destilación, la vaporización, la osmosis inversa, etc. Componentes de una solución Soluto: Llamado también fase discontinua, es la sustancia que se dispersa en forma de átomos o moléculas, razón por lo cual no se visualiza por ningún medio óptico. En la solución el soluto se presenta menor proporción que el solvente, y puede encontrarse en cualquier estado físico. Solvente: Llamado también fase continua, es la sustancia que dispersa el soluto y se caracteriza por tener la misma polaridad que el soluto. El solvente se encuentra en mayor cantidad en una solución. Clasificación de soluciones Según la energía involucrada: Solución exotérmica: Es aquella solución que libera energía en el proceso de disolución hacia el medio externo, el soluto tiene energía suficiente para que sus enlaces se rompan, reordenarse en la solución. La energía que libera es la energía en exceso que quedo luego del reordenamiento. Solución endotérmica: Es la solución que durante el proceso de disolución absorbe energía del medio externo, el soluto no tiene la energía necesaria para su formación posterior en la solución, por ello debe absorber del medio externo energía. Según la conductividad eléctrica: Solución electrolítica: Es la solucion donde el soluto se disocia completamente en iones por lo cual es un buen conductor eléctrico. Solución no electrolítica: Es la solucion donde el soluto se encuentra dispersa en forma de moléculas neutras, por lo cual no es un buen conductor. IV. MATERIALES Y REACTIVOS 4.1 Materiales Bagueta. Pisceta con agua des ionizada. 3 vasos precipitados. 3 tubos de ensayo. 1 probeta de 25 ml. 1 pipeta de 2.5 ml. 1 matraz aforado (fiola) de 50 ml. Balanza digital. Termómetro. Puntero láser. Circuito eléctrico. 4.2 Reactivos CaSO4.2H2O (tiza molida) Detergente. NaCl(s) C12H22O11(s) NaOH H2SO4(ac) CO(NH2)2(s) Na2CO3(s) y Na2CO3.10H2O Metanol y Etanol. V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL A. Diferenciar entre suspensión, coloide y solución. 1. A tres vasos de precipitado vierta cada uno 50mL de agua des ionizada. 2. Agregar a cada vaso de precipitado 2g de CaSO4.2H20 (tiza molida), 2g de detergente y 2g de NaCl(s), respectivamente. 3. Agitar cada vaso de precipitado y dejar reposar por 5 minutos (ver figura 5.1). Figura 5.1 En la figura se aprecia las siguientes mezclas; contienen NaCl, Tiza molida y detergente, respectivamente de izquierda a derecha. 4. Clasificar cada mezcla y justificar. De la mezcla con NaCl: Es una mezcla homogénea ya que al dejarlo reposar 5 minutos se mantuvo en una sola fase, además que al pasar el puntero laser no afecto su trayectoria ya que el cloruro de sodio se disoció completamente en iones y no obstruía el paso del laser. De la mezcla con CaSO4.2H2O: Es una mezcla heterogénea, específicamente suspensión, ya que al dejarlo reposar 5 minutos este sedimento y presento dos fases, además que al pasar el puntero laser, no pasaba por el conglomerado de moléculas en ella. De la mezcla con detergente: Es una mezcla heterogénea, específicamente coloide; al dejarlo reposar 5 minutos este no sedimento, pero cuando se paso el puntero laser, esta lo disperso debido a sus moléculas (ocurría el efecto tyndall). B. Identificación de una solución endotérmica y exotérmica. 1. A tres tubos de ensayo se le agrega 10mL de agua des ionizada; la temperatura del agua es de 24°C. 2. Al tubo uno agregar 1.2g de NaOH, luego de la disolución completa, la temperatura de la solución aumenta hasta los 41°C. 3. Al tubo dos agregar 1.5mL de H2SO4(ac), el ácido debe verterse por las paredes del tubo con mucho cuidado, luego agitar y al medir la temperatura esta aumenta hasta los 53°C. 4. Al tubo tres adicionar 1.7g de CO(NH2)2(s), luego de la disolución completa la temperatura desciende hasta los 11°C. 5. Clasificando cada solución: La solución de hidróxido de sodio es exotérmica, ya que durante el proceso libera energía. El NaOH tiene suficiente energía como para romper sus enlaces, y la energía que excede es liberada. La solución de acido sulfúrico es exotérmica, durante el proceso de su disociación en iones, esta tiene suficiente energía para formarse después de su ruptura de enlaces, y la energía que excede es liberada. La solución de CO(NH2)2 es endotérmica, requiere energía del medio exterior para su reorganización en moléculas. C. Diferencia en el proceso de una sal hidratada y una sal anhidra. 1. Se agrega 10mL de agua des ionizada en 2 tubos de ensayo; la temperatura es de 24°C. 2. Al tubo uno se agrega 1.6g de Na2CO3(s), luego de disolver la temperatura fue de 24°C. 3. Al tubo dos se agrega 1.6g de Na2CO3.10H2O, luego de disolver la temperatura descendió fue de 15°C. 4. La sal hidratada necesita más energía que una sal anhidra, debido al agua que contiene entre sus moléculas. D. Diferencia entre una solución Electrolítica y una solución no Electrolítica. 1. A cada uno de los vasos de precipitado que contienen las soluciones del experimento “B” añadir agua des ionizada hasta 250 mL. En un vaso precipitado adicional con el mismo volumen de agua des ionizada se agregara azúcar. 2. Luego a cada una de las soluciones llevar al circuito eléctrico, para comprobar la conductividad eléctrica de las soluciones preparadas. 3. Clasificación de cada solución según su conductividad eléctrica. De la solución de NaOH: Es una solución electrolítica debido a que conduce la corriente eléctrica, debido a que se disocia completamente en iones Na+ y OH-. De la solución de H2SO4: Es una solución electrolítica, conduce la corriente eléctrica y se disocia completamente en iones H+ y SO4-2. De la solución de CO(NH2)2: Es no electrolítica, no conduce la corriente eléctrica. Por ser un compuesto orgánico, no se disocia en iones. De la solución con C12H22O11: Es no electrolítica, no conduce la corriente eléctrica. Esta no se disocia en iones, solo se diluye hasta formar moléculas. E. Tendencia de una solución real a ser solución ideal. 1. Mida dos veces 25mL de agua des ionizada, vierta en la fiola de 50mL, luego marque el aforo de los 50mL de agua des ionizada en la fiola. 2. Luego se agrega 25mL de agua des ionizada mas 25mL de metanol, el volumen total no llega al aforo indicado antes por el agua des ionizada. 3. Se repite el paso anterior cambiando el metanol por el etanol, el volumen total no llega al aforo indicado, pero con un poco más a comparación con el metanol. 4. El etanol tiende a ser una solución más ideal que el metanol, ya que las moléculas del etanol con las moléculas del solvente tienen un poco menos de atracción que tiene el metanol con el solvente, pero sigue siendo fuerte ya que el volumen disminuyó. VI. RESULTADOS Y ANALISIS EXPERIMENTAL 6.1 Diferencia entre mezclas y su clasificación a) En este parte de la experiencia se realizo las siguientes mezclas con el agua des ionizada: NaCl(s), detergente y CaSO4.2H2O. b) Luego de haber hecho la mezcla, se deja reposar por 5 minutos. c) En la mezcla que contiene cloruro de sodio, después de los 5 minutos, se pudo observar que seguir en una fase (no sedimenta). Al pasar el puntero laser por dicha mezcla, esta paso sin que su recorrido cambie. Se clasifico como mezcla homogénea, solución. d) En la mezcla con detergente, después de 5 minutos, no sedimento pero no se podía decir que es una solución, al pasar el puntero laser este en su recorrido se disperso en su trayectoria, esto era ocasionado por sus moléculas y macromoléculas. Se clasifico como mezcla heterogénea, coloide. e) En la mezcla con CaSO4.2H2O, después de 5 minutos, sedimento y al pasar el puntero laser este no pasaba. Esta mezcla se clasifico como mezcla heterogénea, suspensión. 6.2 Identificación de soluciones según la energía involucrada a) Se colocan a 3 tubos de ensayos 10mL de agua des ionizada y la temperatura medida es de 24°C. b) En el primer tubo que se agrego 1.2g de hidróxido de sodio, la temperatura ascendió hasta 41°C. Se clasifica como una solución exotérmica por la energía liberada, el exceso de energía del soluto para romper sus enlaces hace que se libere en el medio externo. c) En el segundo tubo que se agrego 1.5mL de acido sulfúrico, la temperatura ascendió hasta los 53°C, debido a la gran energía en exceso que contenía el soluto. Se clasifica como una solución exotérmica. d) En el tercer tubo que se agrego 1.7g de CO(NH2)2, la temperatura descendió hasta los 11°C. El soluto tenía que absorber energía del exterior para poder reorganizarse nuevamente en la solución. 6.3 Diferencia en la disolución de una sal hidratada y una sal anhidra a) En dos tubos de ensayo se coloca 10mL de agua des ionizada. La temperatura medida era de 24°C. b) En el primer tubo se agrego Na2CO3, la temperatura de la solución permaneció constante a 24°C. c) En el segundo tubo se agrego Na2CO3.10H2O, la temperatura de la solución descendió hasta los 15°C debido al agua que contenía entre sus moléculas, requería de más energía del exterior para poder reorganizarse al final de la solución. 6.4 Diferencia entre una solución Electrolítica y no Electrolítica. a) En 4 vasos de precipitado se agrego 250mL de agua des ionizada. b) En el primer vaso de precipitado se agrego la muestra anterior con H 2SO4 y se coloco en un circuito eléctrico. Al prender el interruptor el foco encendía, esto indicaba que es una solución electrolítica por lo que se disocia completamente en iones. c) En el segundo vaso de precipitado se agrego la muestra con NaOH y se coloco en un circuito eléctrico. Al prender el interruptor el foco encendía, demostrando así que la solución es eléctrica. Debido a que se disocia completamente en iones, facilitando el paso de la corriente eléctrica. d) En el tercer vaso de precipitado se agrego la muestra con CO(NH 2)2 y se coloco en un circuito eléctrico. Al prender el interruptor el foco no encendía, esto indica que es una solución no electrolítica por ser un compuesto orgánico, no se disocia en iones. e) En el tercer vaso de precipitado se agrego la muestra de C 12H22O11 y se coloco en un circuito eléctrico. Al prender el interruptor el foco no encendía, indicando que es una solución no electrolítica, no conduce la corriente eléctrica. Esta solución no se disocia en iones, solo se diluye hasta formar moléculas. 6.5 Tendencia de una solución real a ser solución ideal. a) Utilizando una probeta de 25mL y una fiola de 50mL se demostrara la tendencia del etanol y metanol, a ser una solución ideal. b) En la probeta se mide 25mL de agua des ionizada y se vierte en la fiola, luego se mide 25mL de etanol en la probeta y se vierte en la misma fiola, y se observa que el volumen no alcanza el aforo que marca la fiola. c) Igualmente se hace el mismo procedimiento con el agua des ionizada, y se agrega metanol a la fiola. Se observa que tampoco llega al aforo indicado. d) El metanol llego a medir en volumen con el agua 46mL, mientras el etanol llego a 48mL. Quien tiene mayor tendencia a ser mas ideal es el etanol, ya que sus moléculas tienen un poco menos de fuerzas de atracción con el solvente, a comparación del metanol con el solvente. Por ello ocurre esa desviación de volumen ocasionado por las fuerzas de atracción que existen entre sus componentes, en el caso del etanol las fuerzas que tiene con el solvente son fuertes y hace que el volumen disminuya, el volumen final sería una solución real. VII. CONCLUSIONES 1. Se concluye que las distintas mezclas se clasifican en heterogénea y homogénea con respecto a sus propiedades físicas, comprobándolo con el puntero laser y también por haberlo dejado reposar 5 minutos, y si este sedimentaba o no. 2. Se diferencia las soluciones si durante el proceso liberan calor o absorben calor, se clasifica en exotérmica o endotérmica respectivamente. 3. Se concluye que la energía que se debe utilizar para formar una solución con sal hidratada es mayor a la que se debe utilizar en una solución con sal anhidra, debido al agua que se encuentra en espacios del compuesto. 4. Se concluye que la solución será electrolítica si por esa solución puede circular la corriente eléctrica, esto quiere decir que la solución tiene iones. Si es no electrolítica, la solución no tiene iones; como en el ejemplo de la solución de azúcar, solo se disocia en moléculas neutras. VIII. RECOMENDACIONES 1. Se recomienda utilizar las medidas exactas que se colocan, ya que si se logra colocar más de lo indicado ya sea en el soluto o solvente no sé logrará obtener una buena diferenciación entre suspensión, coloide y solución. 2. Se recomienda dejar reposar un rato el termómetro en las soluciones para así obtener una mejor medida de sus temperaturas. 3. Se recomienda utilizar agua des ionizada en el diferenciación de una solución electrolítica y no electrolítica. 4. Se recomienda que las medidas sean las más exactas posibles en la probeta al realizar los experimentos. IX. BIBLIOGRAFIA 1. QUIMICA GENERAL. R.H. Petrucci, W.S. Harwood y F. G. Herring. Ed. Prentice Hall, 2003. 2. QUIMICA. R. Chang. Ed. Mc Graw-Hill, 1997. 3. FUNDAMENTOS DE FISICOQUIMICA. S.H. Maron y C.F. Prutton. Ed. Limusa, 1998. 4. QUIMICA CURSO UNIVERSITARIO. B.M. Mahan y R.J. Myers. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana, 1990. 5. QUIMICA GENERAL. J.B. Umbland y J.M. Bellana, Ed. Thomson, 1999. 6. PROBLEMAS DE QUIMICA. J.A. López, Ed. Pearson Educacion, S.A., 2006. X. ANEXOS CUESTIONARIO 1. Indique los factores que influyen en el Movimiento Browniano Los factores que de una u otra manera afectan al Movimiento Browniano son: La temperatura: Dado que la energía cinética de traslación debido a la agitación térmica por parte de las partículas aumenta a medida que las condiciones térmicas se elevan; incrementando el sentido de la velocidad con las que se mueven. Existencia de fuerzas: Fuerza resistente: Fuerza que se opone a la caída de una partícula coloidal en el seno de la dispersión Fuerza debido al empuje hidrostático Fuerza gravitatoria: La única manera de aumentar su velocidad de sedimentación sin transformar la dispersión coloidal (es decir, sin alterar la naturaleza de la fase dispersante ni el tamaño de la partículas coloidales) es aumentando el valor de la gravedad. FIGURA 10.1.-Movimiento browniano de una partícula coloidal observada al microscopio .Al ultramicroscopio la partícula seria visible y la trayectoria de la misma aparecería como una luz luminosa 2. Indique los factores que influyen en el Efecto Tyndall. Los factores que influyen en el Efecto Tyndall: Radiaciones incidentes: Como ya se sabe las partículas coloidales, tiene un tamaño <10-2000 Aº> y la longitud de onda de la luz visible <3600-7600 Aº>.Esto sugiere que sean fundamentalmente radiaciones monocromáticas de menor longitud de onda las que sufrirán difracción. La intensidad de la luz dispersa en un ángulo determinado cualquiera, es función de la concentración de las partículas dispersas, de su tamaño, de su forma, de la diferencia entre su índice de refracción de las partículas y el medio. FIGURA 10.2.- Efecto Tyndall en una dispersión coloidal 3. Conceptúe solución ideal y solución real. Solución ideal: Es toda aquella solución que obedezca la Ley de Raoult. Esta ley básicamente trata de forma semejante las moléculas del soluto con las del solvente. Basándome en la experiencia realizada en laboratorio, la cantidad de agua des ionizada con la cantidad de volumen de etanol debería haberse sumado. Solución real: Son las soluciones que sufren desviaciones con respecto a la ley de Raoult. Dicha ley no se cumple para toda solución, ya que las distintas fuerzas que pudiera haber entre soluto y solvente, hace que el volumen aumente o disminuya. 4. Cuando una solución tiende a ser ideal. Una solución tiende a ser ideal cuando la desviación con la ley de Roault sea mínima. Como en la experiencia realizada con el etanol y el metanol, el etanol era el más ideal porque se acercaba más al volumen ideal que se debía obtener (en este caso 50mL). 5. Por qué las sales hidratadas son endotérmicas. Porque estas necesitan energía del medio externo para poder reorganizarse nuevamente. Son más endotérmicas que las sales anhidras, debido a que las sales hidratadas tienen moléculas de agua dentro de su composición y necesitan más energía para poder evaporar esas moléculas de agua. 6. Con la ayuda de gráficos explique solvatación iónica y solvatación molecular SOLVATACION IONICA: Si disolvente se descompone en sus iones, que llaman a estas soluciones iónicas. Ácidos, bases y sales de producir soluciones iónicas. Dado que estas soluciones incluyen iones, que conducen la electricidad. Ejemplos de soluciones iónicas son los siguientes: NaNO3(s) → Na+(aq) + NO3-(ag) (NH4)2SO4(s) → 2NH4+(aq) + SO4-2(ag) Mg(NO3)2(s) → Mg+2(aq) + 2NO3-(ag) NaCl(s) → Na+(ag) + Cl-(ag) FIGURA 10.3- Solvatación iónica del NaCl. SOLVATACION MOLECULAR: Si un asunto se descompone en sus moléculas, que llaman a estas soluciones soluciones moleculares. Disolución de azúcar en el agua es un ejemplo de solvatación molecular. Puesto que no hay iones en la estructura de estas soluciones, que no conducen electricidad. Ejemplos de solvatación molecular se indican a continuación: C6H12O6(s) → C2H12O6(ag) glucosa O2(g) → O2(aq) C2H5OH(l) → C2H5OH(aq) Alcohol FIGURA 10.4.-Solvatacion molecular del etanol acuoso 7. Describa el proceso de potabilización del agua del rio Rímac mediante un flujo grama sencilla e indique en cada una de las operaciones el tipo de sistema disperso involucrado. POTABILIZACIÓN DEL AGUA DEL RIO RIMAC 1.- CAPTACIÓN.- Las aguas provenientes del rio Rímac se van captando a través de bocatomas 4.-EMBLASES REGULADORES.Aprovisionan agua y regulan el caudal de abastecimiento 2.-DESARENADO.-Se va sedimentando la arena (SUSPENSION). Dispersa (arena), dispersante (agua). 3.-PRECOLORACIÓN.-Se utiliza el cloro para ir disminuyendo la cantidad de bacterias.(SOLUCIÓN). Dispersa (cloro), dispersante (agua) 5.-TRATAMIENTO.-El Agua se trata con Cu(SO4) para eliminar las algas.(SOLUCION). Dispersa(Cu(SO4), Dispersante (agua) 6.-DECANTACIÓN.-Se agrega coagulantes y se va formando el mato de lodos(FLOCK). (SUSPENSION) Dispersa (coagulante), Dispersantes (Agua) 9.-RESERVORIOS.-Se almacena el agua purificada para su posterior distribución 7.-FILTRACION.7.1.-Fase de filtración.- El lodo se desprende por desplazamiento de agua limpia 7.2.-Fase de lavado.-El agua sobrante se recicla para su posterior re-tratamiento. 8.-COLORACION.-Se utiliza cloro para su desinfección final y se deja un sobrante de este. SOLUCION. Dispersa (Cloro), dispersante (Agua) 8. Describe el proceso de obtención de la caña de azúcar mediante un flujo grama sencilla e indique en cada operación el tipo de sistema disperso involucrado. PROCESO DE OBTENCION DEL AZÚCAR DE CAÑA MOLIENDA MEDIANTE LOS MOLINOS SE OBTIENE LA SACAROSA Y EL BAGAZO COMO MATERIA PRIMA PARA PRODUCCION DE PAPEL CLARIFICACION REDUCCION DE SU GRADO DE ACIDEZ. SE SEDIMENTAN Y DECANTAN LOS SOLIDOS.REDUCCION DE LA ACIDEZ DEL JUGO REFINADO CENTRIFUGACION EL AZUCAR SE TRATA CON ACIDO Y SACARATO DE CALCIO PARA RETENCION DE IMPUREZAS EN EL CALRIFICADOR SEPARACION DE LOS CRISTALES ,PASANDO A DISOLVERSE EN AGUA PARA SEPARARLA DE LA MIEL SECADO El azúcar refinado se lava con condensado de vapor, se seca con aire caliente, se clasifica según el tamaño del cristal y se almacena en silos para su posterior empaque. EVAPORACION EXTRACCION DEL 75%DE AGUA AL JUGO CLARIFICADO CRISTALIZACION COCIMIENTO DE LA SACAROSA.PRODUCCION DE AZUCAR CRUDO ,BLANCO O PARA REFINACION