UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO. FACULTAD DE QUÍMICA. LABORATORIO DE INORGÁNICA I.
FUERZAS INTERMOLECULARES Y SOLUBILIDAD. Profesora. Profesora. MARGARITA CHAVEZ MARTINEZ SEM 2011-2 GRUPO 2 LABORATORIO 2.
Introducción. Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas intermoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades químicas de las sustancias. Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actúan sobre distintas moléculas o iones y que hacen que éstos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las propiedades físicas de las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, el punto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la la tensión superficial, la densidad, etc. Por lo lo general son fuerzas débiles pero, al ser muy numerosas, su contribución es importante. La figura inferior resume los diversos tipos de fuerzas intermoleculares. Pincha en los recuadros para saber más sobre ellas. Las principales fuerzas intermoleculares son y y
El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno) las fuerzas de Van der Waals. Que se pueden clasificar a su vez en: Dipolo - Dipolo. Dipolo - Dipolo inducido. Fuerzas de dispersión de London. o o o
Las fuerzas de orientación (aparecen entre moléculas con momento dipolar diferente). Las fuerzas de inducción (ion o dipolo permanente producen en una molécula apolar una separación de cargas por el fenómeno de inducción electrostática), las de dispersión o de London (aparecen en tres moléculas apolares). En la naturaleza, las uniones entre molécula son de tipo dipolar, siendo las más características las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno. Las fuerzas de atracción entre moléculas (monoatómicas o poliatómicas) sin carga neta se conocen con el nombre de fuerzas intermoleculares o fuerzas de van der Waals. Dichas fuerzas pueden dividirse en tres grandes grupos: las debidas a la existencia de dipolos permanentes, las de enlace de hidrógeno y las debidas a fenómenos de polarización transitoria (fuerzas de London). A continuación realizaremos un estudio elemental de cada uno de dichos grupos. Las Fuerzas de Van der Waals: Es una fuerza intermolecular atractiva, pero poco intensa, que se ejerce a distancia entre moléculas. Son fuerzas de origen eléctrico que pueden tener lugar entre dipolos instantáneos o inducidos y entre dipolos permanentes. Las sustancias moleculares están formadas por moléculas individuales entre las que únicamente existen interacciones de tipo residual que son las responsables del enlace conocido como fuerza de Van der Waals. Pero este tipo de fuerza no sólo está presente en los sólo los sólidos moleculares, sino que también aparece entre los átomos o iones sometidos a cualquier clase de enlace, ya sea iónico, metálico o covalente; por eso se considera como una interacción residual.
Las disoluciones pueden ser saturadas, sobresaturadas o insaturadas depende de la cantidad de soluto que haya en el solvente ya que cada solvente tiene una capacidad para disolver una cantidad de soluto. Cuando esta capacidad es infinita se habla de una solubilidad miscible. Además si hay una mayor temperatura o una mayor presión el solvente puede diluir más soluto. Se conocen algunos sólidos covalentes prácticamente infusibles e insolubles, que son excepción al comportamiento general descrito. Un ejemplo de esto es el diamante. La gran estabilidad de estas redes cristalinas se debe a que los átomos que las forman están unidos entre sí mediante enlaces covalentes. Para deshacer la red, es necesario romper estos enlaces, lo cual consume gran cantidad de energía. El factor que determina si dos sustancias pueden unirse son las interacciones entre las partículas de los átomos a las que se les llaman fuerzas intermoleculares. Estas actúan de tal forma que los átomos se atraigan suficientes como para producir una mezcla homogénea. La naturaleza de las moléculas es lo que determina si se unen o no normalmente, las moléculas polares se unen con moléculas polares y las no polares con las no polares. Las fuerzas intermoleculares son las que explican la cohesión entre las sustancias y el porqué de que se mezclen.
Objetivos. y y
y
y
Determinar cuándo es posible disolver una sustancia en otra. Identificar las fuerzas intermoleculares que se encuentran en cada una de las sustancias a estudiar. Utilizar el término de miscibilidad y aplacarlo en la observación en la interacción de las sustancias a emplear. Identificar las fases que se encuentran al disolver dos sustancias y la interacción que se genera al agregar una nueva sustancia.
sarrollo experimental.
De
1.Con una serie de disolventes: disolventes: hexano, acetona, éter, metanol y agua.
A
B
C
D
E
Figura 1. Estructuras d e los disolventes a utilizar en esta práctica. a) Hexano ; b) Metanol; c) Éter; d) Acetona; e) Agua.
Se probó que tan miscibles eran cada uno de estas moléculas, se mezclaron entre ellas ellas por ejemplo, hexano-acetona , hexano- éter, hexano- metanol, hexano-agua así con cada uno de los sustancias evitando repetir repetir mezclas ya que se probó cuales eran solubles solubles ,en cual y cuáles no eran miscibles.
Por otro lado en un tubo de ensaye se colocaron 0.5 mL de agua y posteriormente se agregaron 0.5 mL de éter. Se adicionaron unas gotas de acetona. Agitando vigorosamente. En un tubo de ensaye se colocó un pequeño cristal de yodo. yodo. Se agregó 1 mL de agua intentando disolver el cristal, agitando vigorosamente. Se separo el agua colocándola en otro tubo. A este último, se le adicionó 1 mL de hexano. Después se disolvió otro cristalito de yodo en un tubo con 1 mL de agua. En otro tubo una Pequeña cantidad de yoduro de potasio se disolvió. Se vertió la disolución disolución de KI al tubo con la la disolución de yodo yodo y al tubo final del punto 6 se le agregó una pequeña cantidad de KI y se agitó vigorosamente. Por último se colocó 1 mL de agua en un tubo de ensaye añadiéndole un poco de Acetilacetonato Acetilacetonato de hierro (III) (lo que se tomo con la punta de la espátula). De todos estos procedimientos se realizaron tablas y llenado de preguntas, para entender mejor los conceptos y los objetivos de la práctica.
R esultados.
a)¿Qué tipo de interacción se manifiesta las moléculas de cada disolvente?
Tabla 2. Interacciones entre moléculas de disolv entes puros. Moléculas Tipo de interacción Hexano-Hexano
Dipolo instantáneo-dipolo inducido
Metanol-Metanol
Dipolo-Dipolo
Éter-Éter
Dipolo inducido-dipolo instantáneo
Acetona-Acetona
Dipolo-dipolo
Agua-Agua
Dipolo-dipolo
b) De acuerdo con lo que se anotó en la tabla anterior, se colocaron los disolventes en orden
decreciente de la fuerza intermolecular que mantiene unidas sus moléculas: Agua > Metanol > Acetona > Éter > Hexano
2.- Prueba de la miscibilidad de los diferentes disolventes. Se llenó la tabla 3, marcando con una cuando dos disolventes resultaron ser miscibles y con una X cuando no lo fueron.
Tabla 3. R esultados de miscibilidad al mezclar pares de disolventes. Éter Metanol Hexano Acetona
H2O
Éter
X
Metanol
X
Hexano
X
X
a)¿Qué tipo de interacción se manifiesta entre las moléculas de los diferentes disolventes que componen cada una de las mezclas que probaste? Tabla 4: Interacciones entre moléculas de dos disolventes distintos. MOLECULAS ACETONA-ETER ACETONA-METANOL ACETONA-HEXANO ACETONA-AGUA ETER-METANOL ETER-HEXANO ETER-AGUA METANOL-HEXANO METANOL-AGUA HEXANO-AGUA
TIPO DE INTERACCION dipolo- dipolo inducido dipolo-dipolo dipolo-dipolo inducido dipolo-dipolo dipolo-dipolo inducido dipolo instantáneo-dipolo inducido dipolo-dipolo inducido dipolo- dipolo inducido dipolo-dipolo dipolo-dipolo inducido
3. En un tubo de ensaye se colocó 0.5 mL de agua y posteriormente se agregó 0.5 mL de éter. Se agitó y se observó. Se adicionó unas gotas de acetona. Se Agitó VIGOROSAMENTE y se observó con mucha atención lo que pasó. a) ¿A cuál de las dos fases se integra la acetona? Se integra ala cetona b) ¿Cómo puedes explicarlo? Ya que el agua es una sustancia polar al mezclarla con la acetona que es otra sustancia polar van a hacer miscibles entre sí, el éter es una sustancia no polar por ello no fue miscibles entre ellos.
4. Se Continuó con la adición de acetona hasta que se añadió 2 mL. Se agitó vigorosamente al final de la adición y se observó el resultado. a) ¿Qué pasó? Se formó una sola fase, también la acetona quedó en medio medio de las las dos sustancias formando una burbuja.
como
b) ¿Por qué? Porque entre ellos existen interacciones fuertes que les permite formar enlaces y por tanto tienen un cierto grado de solubilidad.
5. Se disolvió un cristal (muy pequeño) de yodo en 1 mL de acetona y se observó. Repitiendo la operación en otro tubo de ensaye, ensaye, pero ahora con hexano y se observó. A este último tubo se le añadió mililitro mililitro por mililitro, mililitro, 3 mL totales de acetona. a) Describe lo que pasó entre el yodo y la acetona: El yodo no fue miscible miscible en la cetona solo tuvo un cambio cambio de color a amarillo amarillo pero el yodo estaba ahí como precipitado. b) ¿Qué tipo de interacción intermolecular se manifiesta entre el yodo y la acetona? Dipolo-dipolo inducido c) Describe lo que observaste en el tubo que contiene yodo y hexano: El yodo yodo volvió a no ser miscible miscible en el hexano y el cambio cambio de color en la mezcla se torno entre azul y rosita. d) ¿Qué tipo de interacción intermolecular se presenta entre el yodo y el hexano Dipolo instantáneo ± dipolo inducido. e) Describe lo que observaste en el tubo que contenía yodo y hexano al agregar la acetona: Sol volvió volvió del mismo mismo color que la mezcla de la cetona con yodo yodo ya que las fuerzas que predominan son las de la cetona. f) ¿Cuál de las dos posibles interacciones predomina y que explicación sugieres para esta observación? La de la cetona. g) Después de realizado este experimento, ¿qué opinión tienes acerca de la conocida regla empírica ³lo similar disuelve a lo similar´? Que es muy cierta esta regla ya que lo no polar polar no se disuelve en lo polar como por ejemplo ejemplo el agua es una sustancia polar y el éter es una sustancia no polar y no fueron miscibles entre sí por ello podemos decir que esta regla es muy cierta. 6.
En un tubo de ensaye ensaye se colocó un pequeño cristal de yodo. yodo. Se agregó 1 mL de agua y se intentó disolver el cristal agitando vigorosamente. Se separó el agua colocándola en otro tubo. A este último, se le adicionó 1 mL de hexano.
a) ¿Qué pasó? Se forman dos fases fases en la fase fase de arriba se se encuentra el hexano hexano y en la la de abajo abajo se encuentra el agua. b) ¿Por qué? Porque el hexano es una sustancia no polar al igual que el yodo, y el agua es una molécula polar por ello como dice la la regla ³lo similar disuelve a lo similar´ como una parte es no polar y la otra es polar por eso no son miscibles entres sí.
. Se disolvió otro cristalito de yodo en un tubo con 1 mL de agua. En otro tubo se disolvió una pequeña cantidad de yoduro yoduro de potasio, KI. Se vertió la disolución de KI KI al tubo con la disolución de yodo y se observó. 7
Al mezclar mezclar el yoduro yoduro de potasio en la la solución solución de hexano con yodo yodo en esta se formaron dos fases ya que el yoduro de potasio es una sustancia polar porque su momento dipolar es diferente a cero entonces al agregar una sustancia polar con una no no polar polar no van a hacer miscibles entre sí.
INFORMACIÓN: la reacción que se lleva a cabo es a) ¿Qué tipo de interacción es la que da origen a la especie I3 Dipolo ±dipolo inducido
. Al tubo final del punto 6 se le agregó una pequeña cantidad de KI y se agitó vigorosamente. 8
Al mezclar mezclar el yoduro yoduro de potasio en la la solución solución de hexano con yodo yodo en esta se formaron dos fases ya que el yoduro de potasio es una sustancia polar porque su momento dipolar es diferente a cero entonces al agregar una sustancia polar con una no no polar polar no van a hacer miscibles entre sí
9.- En términos de fuerzas intermoleculares, ¿cuándo 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 . 10.³Torito´ experimental: Se Colocó 1 mL de agua en un tubo de ensaye y se le añadió un poco de Acetilacetonato de hierro (III) . Observaciones: Al agregar hubo un cambio de coloración a rojizo y también se formo formo un poco de precipitado.
a) Se agregó 1 mL mL de éter etílico. etílico. Se observó : Al agregar el éter etílico etílico se formaron formaron dos fases y se se disolvió el acetilacetonato de hierro (III). b) Finalmente, se agregó NaCl, se agitó. El cloruro cloruro de sodio iba iba a interaccionar interaccionar con el agua y se forma una solo fase c) Considerando las interacciones intermoleculares, ¿cómo podrías explicar lo que observaste? Como el cloruro de sodio y el agua presentan un momento dipolar diferente de cero se puede decir que son sustancias polares y como lo dice la regla lo lo similar disuelve a lo similar por lo consiguiente estas dos sustancias van a ser miscibles entre sí.
PARA PENSAR: Si las interacciones ion-ion son mucho más fuertes que las interacciones ion-dipolo, ¿por qué muchos compuestos iónicos son solubles en agua? Porque los compuestos iónicos son átomos o grupos de átomos que llevan energía eléctrica y el agua conduce la corriente eléctrica aunque débilmente, lo que hace que al agregar los compuestos iónicos al electrolito que es el agua, las cargas tienden a ir al ánodo o al cátodo, según su carga conducción electrolítica. En otra palabras Si bien las interacciones mas fuertes son las de ion-ion, también se debe de contar las fuerzas y la cantidad de estas que tienen las moléculas que rodean a los iones. Es por esto que se pueden solubilizar, por que los iones se ven rodeados de muchas moléculas de agua, por ejemplo, las cuales si no le gana en cuestión de fuerza individual si lo hacen por cantidad.
Conclusiones:
Al finalizar esta práctica podemos concluir que la regla se cumple de lo similar disuelve a lo similar ya que si mezclábamos en este caso sustancias no polares eran miscibles pero si poníamos una polar con una no polar no eran miscibles y las dos fases eran muy evidentes, y la más densa quedaba en la la parte superior ósea era la fase fase de arriba, y los compuestos iónicos son solubles en agua ya que tiene un carga y al ponerlos en contacto con un electrolito que en este caso podría ser el agua las cargas tienden a irse con al ánodo y el cátodo.
BIBLIOGRAFIA: CHANG, R. Principios Esenciales de Química General, Cuarta edición, McGraw-Hill, Madrid, 2006. MASTERTON, W.L.; HURLEY, C.N. Química: Principios y Reacciones, Thomson Paraninfo, España, 2003. RUSSEL, J.B.; LARENA, A. Química General, McGraw-Hill, México, 1992. y
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