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UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA Solubilidad y separación de mezclas Marco teórico Solubilidad: La solubilidad puede definirse como la cualidad, que hace posible que se desarrolle el fenómeno de disolución, en el cual una sustancia denominada soluto, se puede deshacer hasta que sus partículas queden incorporadas en otra sustancia llamada solvente o disolvente, produciendo una solución o disolución. La solubilidad también hace referencia a un valor cuantitativo, y este valor esta medido por la cantidad de sustancia soluto, que puede haber disuelta en una cantidad fija de solvente, a ciertas condiciones de temperatura, y de presión en el caso de los gases, esta cantidad puede ser expresada en unidades de concentración, como lo son la molaridad, la fracción molar y etc. Cuando en una disolución, la cantidad del solvente es la mayor, y en esta aún se posee capacidad para diluir soluto, se dice que esa solución esta insaturada, cuando en la disolución la concentración de disolvente y soluto es igual y ya no se puede diluir más del segundo, se dice que la mezcla está saturada, mientras que cuando la cantidad de soluto es la mayor de lo que puede admitir la solución , y el exceso de este aparece como precipitado, se dice que la mezcla está sobre saturada. La razón por la que ciertas sustancias son solubles en ciertos solventes, está en la polaridad, el motivo por el cual la sal se puede disolver en el agua, mientras que el aceite no, es porque “igual disuelve igual”, esto quiere decir que las sustancias polares se disuelven en disolventes polares y las sustancias no polares se disuelven en disolventes no polares. Para el caso de los polares, Un disolvente polar puede separar los iones ya que sucede una

solvatación,

el cual es un proceso de formación de interacciones

atractivas entre moléculas de un disolvente con moléculas o iones de un soluto es decir los iones del soluto se dispersan y son rodeados por moléculas de solvente, lo mismo ocurre en las moléculas del solvente; Mientras que en el caso de las partículas de una

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA sustancia no polar se atraen débilmente unas a otras y es por ello que estas atracciones son superadas fácilmente por las atracciones ejercidas por el disolvente. Factores que afectan la solubilidad: Existen cinco principales factores que afectan a la solubilidad y estos son: 1. El efecto ion común, es un término que describe la disminución en la solubilidad de un compuesto iónico cuando se añade a la mezcla una sal que contiene un ion que ya existe en el equilibrio químico. 2.

La temperatura tiene un efecto directo sobre la solubilidad. Para la mayoría de los sólidos iónicos, el aumento de la temperatura aumenta la rapidez con la que se puede hacer la solución. A medida que la temperatura aumenta, las partículas del sólido se mueven más rápido, lo que aumenta las posibilidades de que interactúen con más partículas del disolvente. Esto da como resultado el aumento de la velocidad a la que se produce una solución. La temperatura también puede aumentar la cantidad de soluto que se puede disolver en un disolvente. En términos generales, a medida que aumenta la temperatura, se disuelven más partículas de soluto.

3. La presión, afecta a la solubilidad de un gas en un líquido pero nunca de un sólido que se disuelve en un líquido. Cuando se aplica presión a un gas que está por encima de la superficie de un disolvente, el gas se moverá al disolvente y ocupará algunos de los espacios entre las partículas del disolvente. 4. Naturaleza del soluto La naturaleza del soluto y del solvente y la presencia de otros compuestos químicos en la solución afectan la solubilidad. El tamaño del soluto es también un factor importante. Cuanto más grandes sean las moléculas del soluto, mayor es su peso molecular y su tamaño. Es más difícil que las moléculas de disolvente rodeen moléculas más grandes. 5. Factores mecánicos en contraste con la velocidad de disolución, la cual depende principalmente de la temperatura, la velocidad de re cristalización depende de la concentración de soluto en la superficie de la red cristalina, caso que se favorece

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA cuando una solución está inmóvil. Por lo tanto, la agitación de la solución evita esta acumulación, maximizando la disolución. Criterio de separación de mezclas: Los criterios para separar mezclas son las pautas o normas que debemos tener en cuenta a

la hora de separar mezclas, estos criterios se basan en las propiedades de los

compuestos que conforman las mezclas, por ejemplo si tenemos una mezcla de sal y arena, teniendo en cuenta sus propiedades, podríamos pensar que la opción más plausible seria colocar la mezcla en un embudo y verter agua, diluyendo la sal, y dejando la arena sobre el embudo. Métodos de separación de mezclas: Los métodos de separación de mezclas son aquellos procesos realizados con el fin de extraer los componentes de una mezcla. En la separación se somete a algún tratamiento a una sustancia dividiéndola en al menos dos sustancias diferentes. En el proceso de separación, las sustancias conservan su identidad, sin cambio alguno en sus propiedades químicas. Entre las propiedades físicas de las fases que se aprovechan para su separación, se encuentra el punto de ebullición, la solubilidad, la densidad y otras más. Los métodos de separación de mezclas más comunes son los siguientes: Decantación: La decantación es un método físico para la separación de mezclas heterogéneas, se separa un sólido a líquido o más denso de otro fluido o menos denso y que por lo tanto ocupa la parte superior de la mezcla. Filtración: Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión a través de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro. En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA Imantación o separación por magnetismo: La imantación es un método que consiste en separar una mezcla en la que una de sus sustancias tiene propiedades magnéticas, se debe utilizar un material que contenga un campo magnético para separar las sustancias metálicas en la mezcla, como la extracción de las limaduras de hierro en una mezcla con arena. No todos los sólidos que tengan propiedades magnéticas pueden ser separados por imantación, por ejemplo trozos de hierro en una fuente de agua. Tamizado o tamización: Este método se utiliza para separar dos o más sólidos cuyas partículas posean diferentes grados de subdivisión.4 Para ejecutar el tamizaje, se hace pasar la mezcla por un tamiz, por cuyas aberturas caerán las partículas más pequeñas, quedando el material más grueso dentro del tamiz. Un ejemplo en el cual se utiliza el tamizaje es para separar una mezcla de piedras y arena. Destilación: El proceso de destilación se inicia al aplicar altas temperaturas a la mezcla. El líquido más volátil se evaporará primero, quedando el otro puro. Luego, la fase evaporada se recupera mediante condensación al disminuir la temperatura. Según el tipo de mezcla que se desee separar, se contemplan dos tipos de destilación: la destilación simple en la cual se separan sólido y líquido; y la destilación fraccionada en la que se separan dos líquidos. En la segunda es en la que se obtiene una mejor separación de los componentes, si bien esta va a depender de qué tan alta sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las diferentes fases. Cromatografía líquida de alta eficacia: La cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) por sus siglas en inglés, es una clase de cromatografía en columna utilizada con frecuencia en bioquímica y química analítica. Se le llama también, cromatografía líquida de alta presión o cromatografía líquida de alta resolución, aunque esta terminología se considera antigua y está en desuso. El HPLC es una técnica utilizada para separar los componentes de una mezcla basándose en diversos tipos de interacciones químicas entre las sustancias analizadas y la columna cromatografíca. Resultados:

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA Para los resultados, se tomaron las diferentes sustancias y se colocaron en papeles con sus respectivos nombres para diferenciarlas, y Antes de determinar las solubilidades de los distintos solutos, procedimos a analizar sus propiedades organolépticas, colocando la información obtenida en un cuadro. Posterior a esto procedimos a verificar la solubilidad de las sustancias, para esto se tomaron pequeñas cantidades de cada muestra, y se colocaron en tubos de ensayos diferentes, se tomaron 2 mililitros de agua con la pipeta, y se vertieron sobre el tubo de ensayo número uno el cual contenía sal de mesa, se agito un poco y se anotó en una tabla lo observado, este procedimiento se repitió con cada uno de las sustancias, luego de haber mezclado todas las sustancias con agua, se desechó la mezcla, se lavaron los tubos de ensayo, y se repitió el procedimiento solo que ahora con ácido clorhídrico, hay que mencionar que a diferencia del agua, ácido clorhídrico reacciono con el hierro y el magnesio, tras terminar de aplicar este solvente a las muestras, nuevamente desechamos el producto de los tubos, y los preparamos para la siguiente prueba la cual se realizó con acetona, tras escribir los datos, se desechó el líquido de los tubos, y se realizó la última prueba con etanol, relazando el mismo procedimiento y anotando los resultados. Los datos recopilados pueden ser observados en la tabla de propiedades organolépticas. Por último se preparó una mezcla con todos los solutos, y se nos pidió que la separáramos, para ello primero retiramos las partículas de hierro usando un imán, preparamos un montaje para separar la sal de la mezcla, ponemos un embudo con un papel filtro sobre un tubo de ensayo, y sobre el papel colocamos la mezcla, posteriormente vertimos agua a la mezcla, y esperamos que toda el agua baje al tubo de ensayo, la sustancia que ahora tenemos en el tubo es agua con sal, colocamos el tubo en un lugar separado y seguimos con el proceso, ahora sacaremos el naftaleno de la mezcla, para ello haremos un montaje similar al anterior con un tubo de ensayo vació, pero en vez de agua, derramaremos cetona, esperaremos a que la solución baje al tubo de ensayo, y colocaremos a este en otra parte, ahora tenemos una mezcla de arena con magnesio, para separar esta, echaremos con mucho cuidado ácido clorhídrico sobre la

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA mezcla, este reaccionara y liberara hidrogeno gaseoso y dejara en el embudo una mezcla de arena y cloruro de magnesio, para separar estos, tomaremos un tubo de ensayo limpio, y lo colocaremos bajo el embudo, ahora volveremos a verter agua y esperaremos a que esta baje, ahora solo tenemos arena en el embudo, y tres tubos de ensayo con soluciones, el primero es el del agua con sal y el segundo el de la cetona con naftaleno, y el ultimo el de el cloruro de magnesio con agua para separar el agua y el sal, tomaremos el tubo de ensayo y lo calentaremos cerca de un mechero, así evaporaremos el agua, y en el recipiente solo quedara la sal, igualmente haremos con la solución de cloruro de magnesio y agua y por ultimo para separar la cetona con el naftaleno, basta dejar la solución a temperatura ambiente y esta se evaporara sola, dejando el naftaleno en el tubo de ensayo. Los datos tomados, pueden ser observados en la tabla de solubilidad. Posterior al laboratorio, consultamos algunas otras características de las sustancias usadas, como lo pueden ser su punto de fusión, punto de ebullición, peso molecular entre otras. Datos observables en la tabla de propiedades químicas. Tabla 1 TABLA DE PROPIEDADES ORGANOLÉPTICAS SUSTANCIA

COLOR

OLOR

FORMA

ESTADO

OTRAS

BLANCO

INOLORO

GRANULAR

SOLIDO

NO BRILLA

ARENA

CAFÉ

INOLORO

GRANULAR

SOLIDO

NO BRILLA

NAFTALENO

BLANCO

ALQUITRÁN

GRANULAR

SOLIDO

NO BRILLA

HIERRO

GRIS

METÁLICO

GRANULAR

SOLIDO

BRILLA

BLANCO

INOLORO

GRANULAR

SOLIDO

BRILLA

CLORURO SODIO

MAGNESIO

DE

PLATEADO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA Tabla 2

Tabla de solubilidad

Soluto/solvente

ARENA

AGUA

No soluble

ACETONA ÁCIDO CLORHÍDICO ETANOL

CLORUDO

NAFTALENO

HIERRO

Magnesio

Soluble

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

Soluble

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

reacciona

reacciona

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

No soluble

DE SODIO

Tabla 3

Tabla de propiedades químicas

SUSTANCIA CLORURO DE

FÓRMULA O SÍMBOLO

DENSIDAD

NaCl

2,16 g/cm³

NAFTALENO

C10H8

1,14 g/cm3

HIERRO

Fe

7874 kg/m3

MAGNESIO

Mg

1738 kg/m3

ARENA

SiO2

2,634 g/cm3

SODIO

PUNTO FUSIÓN 1074 (801 °C) 353 (80 °C) 1808

DE PUNTO

EBULLICIÓN K 1738

K 491

K

K

(218 °C) K 3023 (2750 °C)

923 K

1363

(650 °C)

(1090 °C)

(1713 °C)

MOLÉCULAR

(1465 °C)

(1535 °C)

1986

DE PESO

K 2503 (2230 °C)

K

K

58.4 g/mol

128.1705 g/mol

55.845 u

24.305 u

K 60.08 g/mol

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA Análisis de resultados: Como se pudo observar a lo largo de toda la práctica, no todos los solutos son miscibles en los mismos solventes, la explicación a este fenómeno ya se mencionó con anterioridad, y es debido a que “igual disuelve igual’ Esto significa que los solventes polares disuelven mejor a sustancias polares mientras que los solventes no polares disuelven mejor a las sustancia no polares. En nuestra práctica vimos como el agua diluía a la sal, debido a que ambas sustancias son polares, mientras que la cetona disolvía el naftaleno porque ambas sustancias eran no polares. Pero en la práctica no solo observamos disoluciones, también pudimos observar dos reacciones químicas, y estas fueron las del magnesio y el hierro con el ácido clorhídrico, durante estas reacciones se observa la liberación de hidrogeno en forma de gas y subsecuente generación de las respectivas sales. Conclusión: A la hora de plantearse un método para la separación de mezclas, es necesario tener un criterio, este criterio está dado por el conocimiento sobre las propiedades de las mezclas, en esta práctica tras el análisis de la solubilidad de cada sustancia, pudimos hacer las observaciones necesarias, para establecer cuáles eran los solventes y los procedimientos adecuados para separar cada componente al ver que el etanol no disolvía a ninguna sustancia, lo descartamos para el procedimiento, también pudimos observar que la arena no se disolvía en nada, así que pensamos en simplemente retirarle uno por uno los demás solutos que estaban mezclados junto a esta, sabíamos que el agua disolvería a la sal y que la cetona retiraría al naftaleno, pero no podríamos retirar el hierro y el magnesio al mismo tiempo con el ácido clorhídrico, puesto que podría ocurrir una reacción peligrosa, así que aprovechando el magnetismo del primero, decidimos extraerlo por medio de la manipulación de un imán, ahora podríamos asegurarnos que la reacción del magnesio y el ácido clorhídrico no fuera

UNIVERSIDAD DE LA SALLE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS LABORATORIO DE QUÍMICA peligrosa dejándola de ultima, cuando solo quedara magnesio ya arena, así ni la sal y el naftaleno intervendrían en la reacción, el resultado de esta reacción liberaría hidrogeno gaseoso y dejaría una sal junto a la arena, sal que también podría ser removida con agua y que finalmente nos permitiría aislar cada soluto. Bibliografía y referencias Cloruro de sodio. (2018). Obtenido de Cloruro de sodio: https://www.clorurodesodio.org/ Morris & Chapman. (2001-2008). Green facts. Obtenido de Solubilidad: https://www.greenfacts.org/es/glosario/pqrs/solubilidad.htm Wikipedia. (1 de abril de 2018). Obtenido de Arena: https://es.wikipedia.org/wiki/Arena Wikipedia. (24 de febrero de 2018). Obtenido de Oxido de silicio: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_silicio_(IV) Wikipedia. (26 de enero de 2018). Obtenido de Naftalina: https://es.wikipedia.org/wiki/Naftalina Wikipedia. (27 de marzo de 2018). Obtenido de Cloruro de sodio: https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio Wikipedia. (21 de marzo de 2018). Obtenido de Magnesio: https://es.wikipedia.org/wiki/Magnesio Wikipedia. (26 de marzo de 2018). Obtenido de Hierro: https://es.wikipedia.org/wiki/Hierro...