U NIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO C-3
PRACTICA 4
“FUERZAS INTERMOLECULARES Y SOLUBILIDAD”
Profesora: Yolanda Castells Garcia
Objetivo:
Comprender y entender la definición de fuerzas intermoleculares para así predecir como se comporta unas sustancias respecto a otras, y si existirá existirá interacción química entre ellas ellas o no.
Hipótesis:
El análisis de la polaridad y distribución de los enlaces de las moléculas nos permite predecir que tipos de interacciones intermoleculares se podrían establecer entre ellas y estudiar como la distinta naturaleza de dichas fuerzas de cohesión intermolecular influye en las propiedades físicas de los compuestos. En esta practica se determinara esas propiedades esterando confirmar la regla de lo similar disuelve a lo similar ya que se sabe que si se mezcla dos sustancias no polares serán miscibles pero si se pone una no polar no se presentara miscibilidad y se hará evidente con la diferencia de fases. Antecedentes:
Fuerzas intermoleculares: son fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del comportamiento no ideal de los gases; ejercen aun mas influencia en las fases condensadas de la materia, es decir, en los líquidos y solidos. A medida que baja la temperatura de un gas disminuye la energía cinética promedio de sus moléculas. Así a una temperatura suficientemente baja, las moléculas ya no tienen la energía necesaria para liberarse de la atracción de las moléculas vecinas. En este momento, las moléculas se agregan y forman pequeñas gotas de líquido. Esta transición de la fase gaseosa a la fase liquida se conoce como condensación. A diferencia de las fuerzas intermoleculares, las fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos de una molécula. Estas fuerzas estabilizan a las moléculas individuales, en tanto que las fuerzas intermoleculares son las principales responsables de las propiedades macroscópicas de la materia (por ejemplo, punto de fusión y punto de ebullición). Las fuerzas intermoleculares suelen ser más débiles que las intramoleculares: por ello, se necesita menos energía para evaporar un liquido que para romper enlaces de sus moléculas. Interacciones entre átomos y moléculas. Covalente a Muy fuerte Compleja, pero comparativamente de largo alcance Iónica a Muy fuerte 1/r, comparativamente de largo alcance Ion-dipolo Fuerte 1/r2 , de corto alcance Dipolo-dipolo Moderadamente fuerte 1/r3 , de corto alcance Ion-dipolo inducido Débil 1/r4 , de muy corto alcance Dipolo-dipolo inducido Muy débil 1/r6 , de alcance extremadamente corto Dipolo instantáneo-dipolo inducido Extremadamente débil 1/r6 , extremadamente de corto alcance a Interacciones identificadas generalmente en enlaces interatómicos. Interacciones iónicas
Son interacciones que ocurren a nivel de catión-anión, entre distintas moléculas cargadas, y que por lo mismo tenderán a formar una unión electrostática entre los extremos de cargas opuestas. Un ejemplo claro de esto, es por ejemplo lo que ocurre entre los extremos Carboxilo ( − COO − ) y Amino de un aminoácido, péptido, polipéptido o proteína con
otro. Fuerzas ion-dipolo Estas son interacciones que ocurren entre especies con carga. Las cargas similares se repelen, mientras que las opuestas se atraen. Es la fuerza que existe entre un ion y una molécula polar neutra que posee un momento dipolar permanente. Las moléculas polares son dipolos: tienen un extremo positivo y un extremo negativo. Los iones positivos son atraídos al extremo negativo de un dipolo, en tanto que los iones negativos son atraídos al extremo positivo. La magnitud de la energía de la interacción depende de la carga sobre el ion (Q), el momento dipolar del dipolo (µ), y de la distancia del centro del ion al punto medio del dipolo (d). Las fuerzas ion-dipolo son importantes en las soluciones de las sustancias iónicas en líquidos. Enlace de hidrógeno El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos electronegativos en otra molécula (nuevamente, con N, O o F). Así mismo, se produce un cierto solapamiento entre el H y el átomo con que se enlaza (N, O o F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: Hay una relación directa entre las fuerzas intermoleculares y las propiedades físicas. Por ejemplo a mayores fuerzas intermoleculares mayores puntos de fusión o ebullición La disposición de los átomos, moléculas o iones en un sólido cristalino es tal que las fuerzas netas de atracción intermolecular tienen un valor máximo.
Código de peligrosidad:
Diseño de experimento:
Se harán diferentes mezclas entre los disolventes hexano, éter, acetona, metanol y agua; para si determinar que tipo de interacciones se presentan entre si. Diagrama de flujo
Hexano, éter, acetona, metanol y agua
Analizar sus estructuras químicas
Contestar tablas probando su miscibilidad.
En un tubo de ensaye coloca 0.5 mL de agua y posteriormente agrega 0.5 mL de éter. Agita y observa. Adiciona unas gotas de acetona. Agita VIGOROSAMENTE.
Continúa con la adición de acetona hasta que hayas añadido 2 mL Disuelve un crista de yodo en 1 mL de acetona En otro tubo de ensaye, pero ahora con hexano.
A este último tubo añádele, mililitro por mililitro, 3 mL totales de acetona. Anota tus observaciones. Otro cristalito de yodo en un tubo con 1 mL de agua. En otro tubo disuelve una pequeña cantidad de yoduro de potasio, KI. Vierte la disolución de KI al tubo con la disolución de yodo y toma nota de tus observaciones. Torito” experimental:
Coloca 1 mL de agua en un tubo de ensaye y añade un poco de acetilacetonato de hierro (III) Observaciones: Resultados:
a) ¿Qué tipo de interacción se manifiesta las moléculas de cada disolvente?
b) Orden decreciente de la fuerza intermolecular
2.-Prueba la miscibilidad de los diferentes disolventes
a) ¿Qué tipo de interacción se manifiesta entre las moléculas de los diferentes disolventes que componen cada una de las mezclas que probaste?
3.-En un tubo de ensaye se coloco agua y éter se agito y al final se le agrego unas gotas de acetona la fase en la cual se integro la acetona fue en la cetona, ya que el agua es una
sustancia polar que al mezclarla con la acetona que es otra sustancia polar van a hacer miscibles entre si, el éter es una sustancia no polar por ello no fue miscible entre ellos. 4.- Se continuo con la adiciono acetona hasta 2ml, agitando se observo que se formo una sola fase, también la acetona quedo en medio de las dos sustancias como formando una burbuja, debido a por que entre ellos existen interacciones fuerte que les permiten formar enlaces y por tanto tienen un cierto grado de solubilidad. 5.- al disolver un pequeño cristal de yodo en 1 ml de acetona se observo que el yodo no fue miscible en la acetona solo tuvo un cambio de color amarillo pero el yodo estaba allí presente formando otra fase. Entonces concluyo que la interacción molecular entre estos es dipolo-dipolo inducido. Al hacer la misma operación con yodo y hexano observamos que el yodo no volvió a ser miscible en el hexano y el cambio de color en la mezcla se torno entre azul y rosa. Interacción intermolecular: dipolo instantáneo-dipolo inducido. Al tubo que contenía yodo y hexano se agrego acetona y volvió el mismo color que la mezcla de la cetona con yodo ya que las fuerzas que predominan son las de la cetona. 6.- En otro tubito se coloco otro cachito de cristal de yodo se agrego 1ml de agua y se intento disolver agitando. Se separo el agua colocándola en otro tubo y a este ultimo se le agrego hexano y se formaron dos fases en la fase superior se encuentra el hexano y en la inferior el agua; por que el hexano es una sustancia no polar al igual que el yodo, y el agua es una molécula polar. 7.- Disolviendo otro cristalito de yodo en 1 ml de agua junto con una pequeña cantidad de yoduro de potasio KI y se observo que al mezclar el KI en la solución de hexano con yodo en esta se formaron dos fases ya que el KI es una sustancia polar que su momento dipolar es diferente a cero entonces al agregar una sustancia polar con una no polar no van a hacer miscible entre sí. El tipo de interacción que se da es tipo dipolo-dipolo inducido. 8.- Al tubo final del punto 6 se le agrego KI y al mezclarlos no fueron miscibles. “Torito”
Se coloco 1 ml de agua en un tubo de acetilacetonato de hierro (III), al agregar hubo un cambio de coloración rojizo y también se formo un poco de precipitado. Después se agrego 1ml de alcohol etílico y aquí se formaron dos fases y se disolvió el acetilacetonato de hierro (III). Finalmente se agrego NaCl se agito y el cloruro de sodio interacciono con el agua y se formo una sola fase.
Análisis de resultados:
Como el cloruro de sodio y el agua presenta un momento dipolar diferente de cero se puede decir que son sustancias polares por consiguiente estas son sustancias van a ser miscibles entre si. Es posible disolver una sustancia en otra cuando se pueden formar interacciones que sean por lo menos de una fuerza parecida o mayor a las interacciones originales de la sustancia. Respecto a la regla empírica de “lo similar disuelve a lo similar” es muy cierta ya que lo no
polar no se disuelve en lo no polar como por ejemplo el agua es una sustancia polar y el éter es una sustancia no polar y no fueron miscibles entre si por ello podemos decir que esta regla es muy cierta.
Conclusiones:
Como regla general “Un compuesto será más fácilmente soluble en un disolvente de naturaleza química similar”, o lo que es lo mismo “semejante disuelve a semejante”.
De acuerdo con esto se concluye con que un compuesto polar se disolverá preferentemente en un disolvente polar y un compuesto no polar lo hará en un disolvente no polar.
Bibliografía:
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/FuerzasIntermoleculares_11310.pdf (Consulta marzo 4 de 2013) Química. La ciencia central T.L. Brown, H.E. LeMay Jr., B.E. Bursten, C.J. Murphy, P. Woodward .Ed. Pearson, 11ª Edicion, 2009. Química, R. Chang, Ed. Mc Graw Hill, 10ª Edición, 2010.
