Se estudia la solubilidad de ciertos compuestos entre otras cosas, con el fin de establecer su nivel de solubilidad en unsistemacon un solvente o tal vez dos, si fuera as, ambos solventes deben ser insolubles entre s, pero deben de solubilizar al soluto.En 1391 se formula laleydel reparto, dada por Nerst, esta ley se ha aplicado al estudio deproblemasa nivel terico y prctico, como elprocesode extraccin, el deanlisisy determinacin de las constantes deequilibrio, las cuales dependen de latemperaturadada.Poniendo de ejemplo a la extraccin, esteprocedimientose utiliza a nivel delaboratorioe industrial. En el primero se utiliza para remover una sustancia de un lquido o de un slido mediante la utilizacin de un solvente orgnico como ter, cloroformo, benceno, tetracloruro decarbonoo enagua.A nivel industrial se aplica en la remocin de elementos no deseables en elproductofinal, pero para esto se necesita saber la cantidad de solvente a utilizar y el nmero de veces que se ha de efectuar el ciclo de la extraccin, ya que no se debe desperdiciar reactivos ni energa.

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.

LasolubilidadEs una medida de la capacidad de disolverse una determinadasustancia(soluto) en un determinado medio (solvente); implcitamente se corresponde con la mxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solucin est saturada. Su concentracin puede expresarse enmolesporlitro, engramospor litro, o tambin en porcentaje desoluto(m(g)/100 ml). El mtodo preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese mximo y pasan a denominarse comosoluciones sobresaturadas.No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve elalcoholy lasal, en tanto que elaceitey lagasolinano se disuelven. En la solubilidad, el carcterpolaroapolarde la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carcter, la sustancia ser ms o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con ms de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles enter etlico.Entonces para que un compuesto sea soluble en ter etlico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener ms de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: lasparafinas, compuestos aromticos y los derivados halogenados.El trmino solubilidad se utiliza tanto para designar al fenmeno cualitativo del proceso dedisolucincomo para expresar cuantitativamente laconcentracinde las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, as como de latemperaturay lapresindel sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor mximo deentropa. Al proceso de interaccin entre lasmolculasdel disolvente y las partculas del soluto para formar agregados se le llamasolvataciny si el solvente es agua,hidratacin.Solvente y solutoFrecuentemente, uno de los componentes es denominadosolvente,disolvente,dispersanteomedio de dispersiny los demssolutos. Los criterios para decidir cul es el disolvente y cules los solutos son ms o menos arbitrarios; no hay una razn cientfica para hacer tal distincin.Se suele llamar solvente al componente que tiene el mismoestado de agregacinque la disolucin; y soluto o solutos, al otro u otros componentes. Si todos tienen el mismo estado, se llama disolvente al componente que interviene en mayor proporcin de masa,aunque muchas veces se considera disolvente al que es ms frecuentemente usado como tal (por ejemplo, una disolucin conteniendo 50% de etanol y 50% de agua, es denominada solucin acuosa de etanol).En el caso de dosmetalesdisueltos mutuamente en estado slido, se considera disolvente a aqul cuyaestructura cristalinapersiste en la solucin; si ambos tienen la misma estructura (ej.: aleacin aleacionespaladio-plata), se considera disolvente al metal que ocupa la mayora de las posiciones en la estructura cristalina.Wilhelm Ostwalddistingue tres tipos de mezclas segn el tamao de las partculas de soluto en la disolucin: Dispersiones,suspensionesofalsas disoluciones: cuando el dimetro de las partculas de soluto excede de 0,1 m Dispersiones,coloidesodisoluciones coloidales: el tamao est entre 0,001 m y 0,1 m Dispersionesodisoluciones verdaderas: el tamao es menor a 0,001 mEstas ltimas se clasifican en: Disoluciones con condensacin molecular: la partcula dispersa est formada por una condensacin demolculas. Disoluciones moleculares: cada partcula es una molcula. Disoluciones inicas: la partcula dispersa es union(fraccin de molcula concarga elctrica). Disoluciones atmicas: cada partcula dispersa es untomo.

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).

Factores que afectan la solubilidadLa solubilidad se define para fases especficas. Por ejemplo, la solubilidad dearagonitoycalcitaen el agua se espera que difieran, si bien ambos son polimorfos decarbonato de calcioy tienen la mismafrmula molecular.La solubilidad de unasustanciaen otra est determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el disolvente y el soluto, y la variacin deentropaque acompaa a la solvatacin. Factores como latemperaturay lapresin influyen en este equilibrio, cambiando as la solubilidad.La solubilidad tambin depende en gran medida de la presencia de otras sustancias disueltas en el disolvente como por ejemplo la existencia de complejos metlicos en loslquidos. La solubilidad depender tambin del exceso o defecto de algnioncomn, con el soluto, en la solucin; tal fenmeno es conocido como el efecto delioncomn. En menor medida, la solubilidad depender de la fuerza inica de las soluciones. Los dos ltimos efectos mencionados pueden cuantificarse utilizando la ecuacin de equilibrio de solubilidad.Para unslidoque se disuelve en una reaccin redox, la solubilidad se espera que dependa de las posibilidades (dentro del alcance de los potenciales en las que el slido se mantiene la fase termodinmicamente estable). Por ejemplo, la solubilidad deloroen el agua a alta temperatura se observa que es casi de un orden de magnitud ms alta cuando el potencial redox se controla mediante un tampn altamente oxidante redox Fe3O4-Fe2O3que con un tampn moderadamente oxidante Ni-NiO.La solubilidad (metaestable) tambin depende del tamao fsico del grano decristalo ms estrictamente hablando, de la superficie especfica (o molar) del soluto. Para evaluar la cuantificacin, se debe ver la ecuacin en el artculo sobre el equilibrio de solubilidad. Para cristales altamente defectuosos en su estructura, la solubilidad puede aumentar con el aumento del grado de desorden. Ambos efectos se producen debido a la dependencia de la solubilidad constante frente a la denominada energa libre de Gibbasociada con el cristal. Los dos ltimos efectos, aunque a menudos difciles de medir, son de relevante importancia en la prctica pues proporcionan la fuerza motriz para determinar sugrado de precipitacin, ya que el tamao de cristal crece de forma espontnea con el tiempo.

TemperaturaSegn 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:

La solubilidad de un soluto en un determinado disolvente principalmente depende de la temperatura. Para muchos slidos disueltos en elagualquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 C,aunque existen casos que presentan un comportamiento inverso. En el agua lquida a altas temperaturas la solubilidad de los solutos inicos tiende a disminuir debido al cambio de las propiedades y la estructura del agua lquida, el reducir los resultados de la constante dielctrica de un disolvente menos polar.Los solutos gaseosos muestran un comportamiento ms complejo con la temperatura. Al elevarse la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mnimo que est por debajo de 120 C para la mayora de gases), pero ms solubles en disolventes orgnicos.El grfico muestra las curvas de solubilidad de algunas sales slidas inorgnicas tpicas. Muchas sales se comportan como el nitrato de bario y el arseniato cido disdico, y muestran un gran aumento de la solubilidad con la temperatura. Algunos solutos (por ejemplo, NaCl en agua) exhiben una solubilidad bastante independiente de la temperatura. Unos pocos, como el sulfato de cerio (III) y elcarbonato de litio, se vuelven menos solubles en agua a medida que aumenta la temperatura. Esta dependencia de la temperatura se refiere a veces como retrgrada o solubilidad inversa. En ocasiones, se observa un patrn ms complejo, como con sulfato de sodio, donde el cristal decahidrato menos soluble pierde agua de cristalizacin a 32 C para formar una fase anhidra ms soluble.La solubilidad de loscompuestos orgnicoscasi siempre aumenta con la temperatura. La tcnica de la recristalizacin, utilizado para lapurificacinde slidos, depende de un soluto de diferentes solubilidades en un disolvente caliente y fra. Existen algunas excepciones, tales como determinadas ciclodextrinas.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.

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 sal Al 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 sal El rendimiento terico debe ser: % Rendimiento = sal cristalizada * 100% Cantidad inicial de la sal De 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.

Materiales Balanza analtica vaso precipitado 100 ml

Papel filtromechero bunsen

Trpode malla de asbesto

Solubilidad del KNO3 pesar en un vaso de10 ml 1,0 g de KNO3 y por separado en papel, 4 porciones de 1,0g exactamente pesados. Agregar al vaso con KNO3 4 ml de agua, agitar hasta disolver y tomar la temperatura a la quesedisuelve. 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 6,0 g de NaCl y por separado pesar en papel, 2 porciones de 0,5 g y 2 porciones de 0,1 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 (0.5 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 (0,5;0,5; 0,1 y 0,1). Construya en una misma grfica, las curva para las dos sales.Purificacin del KNO3 contaminado con NaCl 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 disolucin. 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 100 C. Pesar los cristales y calcular el porcentaje de KNO3.

DATOS EXPERIMENTALES

TABLA. Solubilidad y temperatura de disolucin de KNO3 Y NaCl

compuestoCantidad pesada (g) Solubilidadg de soluto/100g de solventeTemperatura deDisolucin (C)

KNO31,0002,0003,0004,0005,0002550751001252037526780

NaCl6,0006,5007,0007,1007,2003032.53435.53621.723.524.725.326

Volumen de agua para la solubilidad del KNO3: 4 mlVolumen de agua para la solubilidad del NaCl: 20 mlMasa de muestra contaminada: m (gua) + m (NaCl) +m (KNO3)=36.2gMasa de papel filtro: 1,804gMasa de papel filtro + cristales secos: 2.86g

RESULTADOS

Masa de los cristales: 1.056gPorcentaje de KNO3 en la muestra: si en los cristales se mantiene el porcentaje de las sales como 40.9 % de nitrato de potasio y 59.1% de cloruro de sodio entonces tenemos: 1.056 -----100%X------40.9% entonces x=0.423gEntonces el porcentaje del nitrato de potasio es 40.1%

GRAFICAS TEMPERATURA VS SOLUBILIDAD1) KNO3

Donde el eje x es la temperatura en grados CelsiusEl eje y es la solubilidad g de soluto por 100 g de solventeSu ecuacin matemtica es y=1.66312x-10.15168

2) NaCl

Donde El eje x es la temperatura en grados CelsiusEl eje y es la solubilidad g de soluto por 100 g de solventeY su ecuacin matemtica es y=1.4399x-1.27441Cuestionario

1. Por qu el sulfato de calcio se incluye en el grupo de las sustancias con solubilidad anmala?Porque su solubilidad disminuye con la cantidad de agua y el aumento de la temperatura y cada vez se pone ms slido liberando calor haciendo esta liberacin de calor que el sulfato de calcio se solidifique rpidamente al mezclarlo con agua

2. Tres frascos contienen soluciones saturada, sobresaturada y no saturada de la misma sustancia. Cmo determinar qu solucin hay en cada frasco?

Diluida: podemos reconocer por la intensidad del color donde en la solucin diluida este color es muy opaco.Saturada: la intensidad de color aumenta en la solucin saturada el color es ms notable que en una solucin diluida.Sobresaturada: su color es oscuro pues comparado con los otros dos y adems si dejamos que la solucin baje su temperatura existir una re cristalizacin y esto se ve como soluto que queda sin disolver en el solvente.

3. A partir de los siguientes datos trazar la curva de solubilidad de Pb(NO3)2 y determinar su solubilidad a 37 CTemperatura C 10 20 30 50 60 70Solubilidad, g/100g de agua 44.5 52.2 60.8 78.6 88.0 97.6

Donde El eje x es la temperatura medida en grados CelsiusEl eje y es la Solubilidad, g/100g de agua Y la expresin matemtica es y=0.88821x + 34.75476 LA SOLUBILIDAD A 37 C Usando la ecuacin obtenida de la grafica tenemos:X=37Y=?Entonces reemplazando Y = 0.888(37) + 34.75476Y = 67.6107 g de soluto /100 g de solvente

4. La solubilidad de una sal es igual a 64.7 y 13.8 g/100g de agua a 80 C y 17 C , respectivamente.Qu cantidad de sal slida y agua hace falta tomar para obtener 1Kg de la sal recristalizada?La solucin se calienta a 80 C y se enfra hasta 17 C.Sol:Al enfriar la solucin saturada desde 80 C hasta 17 C la cantidad de sal que se cristaliza es igual a la diferencia de solubilidades a estas temperaturas, ya que a 17 C solo quedara disuelta 13.8 de sal64.7-13.8=50.9Entonces se cristaliza 50.9a) si para cristalizar 50.9 g de sal se necesito 64.7 g de sal solida cuanto se necesitara para cristalizar 1000 g64.7 g de sal solida-------50.9 g de sal cristalizada X -----------1000g de sal cristalizadax=1271.1198 g de sal solida serian necesarios

b) la cantidad de agua que es necesario es,50.9 g de sal cristalizada -------100g de agua1000 g de sal cristalizada ----- yY=1964.6365 g de agua

Conclusiones La solubilidad por efecto de la temperatura vara dependiendo si el soluto es soluble o no en un determinado solvente. La solubilidad por efecto de la temperatura depende de la cantidad de soluto en el solvente y de otrasvariablescomo la presin. En la grfica experimental hay valores que no se ajustan a una recta debido a que las concentraciones a una temperatura dada no estn muy cercanas.Recomendaciones Al hacer el experimento mantener lo ms que sea posible una agitacin constante. Un aumento de temperatura produce una mayor saturacin de soluto en la solucin. Esto se cumple en el sistema utilizado en el laboratorio. Una baja temperatura de fusin y un bajo calor de fusin, favorecen la solubilidad.En el caso ideal, el calor diferencial de solucin es directamente proporcional a la temperatura, pero cuando la solucin est muy diluida, la curva se convierte en recta y este calor se hace constante, como se ha podido demostrar. Se recomienda mantener la solucin sobresaturada en un bao caliente, ya que se debe evitar la presencia de soluto en estado slido. Adems, se debe contar con el material correctamente lavado.

Bibliografa

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