Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Escuela de Ciencias Químicas
1. DATOS INFORMATIVOS INFORMATIVOS
Nombre: Camila Reinoso Asignatura: Química Analítica I Fecha de realización de la práctica: 2 de Octubre de 2017 Tema: Curvas de solubilidad. 2. OBJETIVO
Determinar la solubilidad en agua del clorato de potasio sólido cuando existe una variación de temperatura con el fin de construir la curva de solubilidad correspondiente a este compuesto.
3. RESUMEN La presente práctica de laboratorio consistió en la disolución de clorato de potasio para observar el comportamiento de la solubilidad de este compuesto a medida que varía el volumen de agua y la temperatura. El método utilizado para obtener la información necesaria para trazar la curva de solubilidad fue calentar la solución y agitar el clorato de potasio hasta lograr disolverlo por completo, posteriormente se retiró el tubo de ensayo que contenía la solución para dejarlo enfriar y procedimos a tomar la temperatura a la cual empieza la cristalización del soluto, después se añadió el siguiente volumen de agua y se repitió el proceso de calentamiento y enfriamiento expuesto anteriormente hasta completar las 6 lecturas descritas en la guía de laboratorio.
4. FUNDAMENTO TEÓRICO La solubilidad es la capacidad de una sustancia para disolverse en otra, se expresa en términos de la masa de soluto que pueden disolverse disol verse en una masa de solvente, los factores factor es que influyen de manera directa en la solubilidad son: la temperatura, la presión y la naturaleza del soluto y del solvente. La dependencia de la solubilidad con la temperatura se representa por medio de las curvas de solubilidad, las cuales muestran si la solubilidad aumenta o disminuye, y permiten calcular la cantidad de solvente necesaria para disolver completamente una cantidad de soluto a determinada temperatura. La solubilidad de un sólido en un líquido por lo general aumenta cuando la temperatura se incrementa, por lo que el proceso es endotérmico sin embargo algunos sólidos, líquidos y gases se disuelven en procesos exotérmicos; por tanto, sus solubilidades suelen disminuir al elevarse la temperatura.
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5. MATERIALES Agitador circular de alambre de 30 cm de largo Balanzas semi-analíticas Espátula metálica Malla de amianto Mechero Pinza Pinza para tubo de ensayo Probeta 10 mL
Soporte universal Tapón con dos orificios, para el tubo de ensayo Termómetro (-10°C-220°C) Trípode Tubo de ensayo de 25 x 200 mm Vaso de precipitación de 400 mL Vidrio reloj
6. REACTIVOS Clorato de potasio sólido (KClO3) Agua destilada Hielo
7. EQUIPO
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8. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Armar el baño maría 1.1. Encima del trípode colocar la malla. 1.2. Llenar aproximadamente las ¾ partes del vaso de precipitación de 400 mL con agua y colocarlo encima de la malla. 1.3. Colocar el mechero de bunsen debajo del trípode y encenderlo. 1.4. Dejar hervir el agua. 2. Preparar el tapón con el termómetro y el tubo de ensayo en donde se colocará la muestra. 2.1. En uno de los orificios del tapón introducir el termómetro hasta que el bulbo quede 2 cm por encima del fondo del tubo de ensayo. (Para evitar romper los termómetros es necesario colocar vaselina alrededor de los mismos). 2.2. En el otro orificio introducir el agitador de alambre y colocar el bulbo del termómetro dentro del anillo del agitador. 2.3. Elaborar un pequeño recipiente utilizando papel aluminio, posteriormente colocar este recipiente en la balanza analítica, encerarla y proceder a pesar aproximadamente 4.5 gramos de clorato de potasio. 2.4. Anotar el peso exacto del compuesto. 2.5. Con mucho cuidado colocar el clorato de potasio contenido en el recipiente de aluminio en un tubo de ensayo limpio y seco. 3. Añadir el primer volumen de agua descrito en la siguiente tabla. Tabla 1. Volumen de agua para cada lectura
Lecturas Volumen de agua mL 1 2 3 4 5
12 mL 8 mL 5 mL 5 mL 10 mL
4. Colocar el tapón que contiene el termómetro y el agitador en el tubo de ensayo que contiene el respectivo volumen de agua y la masa de clorato de potasio.
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5. En el soporte universal colocar un brazo con muelle. 5.1. Colocar el tubo de ensayo en el brazo con muelle y ajustarlo para evitar posibles accidentes. 5.2. Regular la altura del brazo con muelle de tal manera que el tubo de ensayo quede sumergido en el agua y aproximadamente a unos 2 cm del fondo del vaso de precipitación. 6. Mientras el tubo de ensayo se calienta en el baño maría es necesario agitar el clorato de potasio hasta que la sal se disuelva por completo. 7. Retirar el tubo de ensayo con la ayuda de una toalla para evitar quemaduras y dejarlo enfriar. 8. Tomar la temperatura el momento en que se observa la presencia de cristales. 9. Enfriar completamente el tubo de ensayo. 10. Repetir el ensayo hasta completar las 5 lecturas requeridas en la guía de laboratorio.
9. OBSERVACIONES Y RESULTADOS Observaciones: El clorato de potasio KClO 3 se encuentra en estado sólido , es cristalino presenta una coloración blanca y su textura es similar a la del azúcar. Al lograr disolver el compuesto observamos que se forma una solución incolora y no se evidencia ningún tipo de residuos en la misma, la solución formada no es turbia. Cuando empieza la cristalización del compuesto se observan partículas blancas muy pequeñas pero a medida que la solución se vuelve sobresaturada el tamaño de los cristales aumenta, estos poseen una forma rectangular y brillo.
Resultados: Los resultados obtenidos varían dependiendo de cada uno de los ensayos, esto debido a que existió una variación en el volumen y la temperatura en cada uno de los ensayos por esto es necesario tabular los datos para lograr obtener los valores necesarios para realizar la curva de solubilidad. Como se ha mencionado anteriormente la curva de solubilidad nos proporciona la información necesaria con relación al grado de solubilidad de un soluto en base a la variación de la temperatura para así poder conocer la cantidad exacta de soluto que se necesita para preparar una solución saturada, insaturada y sobresaturada a un volumen específico de solvente. Los datos obtenidos en este caso fueron:
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DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE Lecturas Volumen de agua (mL)
Volumen total de agua (mL)
1 2 3 4 5
12 20 25 30 40
12 mL 8 mL 5 mL 5 mL 10 mL
Ml Ml mL mL Ml
Peso de KClO3 (g) 4.516 4.516 4.516 4.516 4.516
g g g g g
Temperatura (°C) 80 60 50 45 35
°C °C °C °C °C
Solubilidad (g de sal/100 g de agua) 37.63 22.58 18.06 15.05 11.29
La fórmula aplicada para obtener el valor de solubilidad (g de sal/100 g de agua) fue:
Lectura #1 4.516 100 =
Lectura #2
12
= 37.63
4.516 100 =
Lectura #3
20
= 22.58
4.516 100 =
Lectura #4
25
= 18.06
4.516 100 =
Lectura #5
30
= 15.05
4.516 100 =
35
= 11.29
En base a estos resultados se pudo determinar que la solubilidad disminuye a medida que la temperatura disminuye y el volumen de agua aumenta, esto se genera debido a que la ∆ ó > 0 por lo que el proceso es endotérmico y se necesita más temperatura para lograr una mejor interacción entre las partículas del soluto y del solvente por lo que una temperatura alta favorece a la formación de una solución homogénea (una sola fase) lo que a su vez nos indica que en este caso la solubilidad es alta. El clorato de potasio cumple con ∆ ó > 0 y esto se confirma debido a que los cambios de entropía son positivos dado que el sistema pasa de un estado más ordenado (sólido) a un estado menos ordenado (líquido).
A continuación se detalla la gráfica de la curva de solubilidad del clorato de potasio construida a partir de los datos obtenidos experimentalmente.
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10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS En el primer ensayo se colocaron 4.516 g de clorato de potasio en 10 mL de agua en donde a pesar de que la temperatura era elevada y existía agitación constante no se logró disolver por completo el compuesto y el resultado obtenido fue una solución turbia. Debido a que el resultado que se necesitaba era una solución homogénea no turbia se procedió a aumentar 2 mL de agua para tratar de solubilizar por completo el compuesto sin embargo se obtuvo un resultado erróneo puesto que en la solución se podía apreciar una especie de nata blanquecina. El error que tuvo lugar en este ensayo se debe a que el reactivo entregado por parte de sala de preparaciones no correspondía a nuestra práctica sino que se trataba de clorato de potasio para la obtención de oxígeno. Al repetir el ensayo obtuvimos distintos rangos de temperaturas los que nos permitieron deducir que en el caso del clorato de potasio cuando la temperatura aumenta su solubilidad también lo hace y esto se debe a que cuando la temperatura es mayor, la energía cinética de las moléculas de soluto y de las del disolvente aumentan generando un mayor número de choques e intercambio de energía entre las moléculas de soluto y solvente lo cual genera que el soluto se disuelva por completo. Sin embargo al dejar enfriar las soluciones observamos que se produce el fenómeno de cristalización lo que se debe a que al dejar que la temperatura disminuya la interacción de partículas y los valores de solubilidad van disminuyendo, generando así que la solución se sature. Si se deja enfriar aún más se obtiene una solución sobresaturada esto debido a que no existe la suficiente energía cinética para que se efectúen los choques intermoleculares entra las partículas de soluto y solvente lo que genera la precipitación total de los cristales de clorato de potasio. Al momento de realizar un contraste de los valores de solubilidad de clorato de potasio a distintas temperaturas se pudo encontrar un ligero margen de error el cual se debe a que los termómetros utilizados en esta práctica no fueron calibrados y por tanto la medida tomada por estos no corresponde a la medida real. Sin embargo los valores de solubilidad obtenidos experimentalmente son muy similares a los valores de solubilidad del clorato de potasio a ciertas temperaturas por lo que se puede concluir que el margen de error obtenido al momento de la toma de temperaturas y en el cálculo de la solubilidad es mínimo.
Tabla de solubilidad experimentalmente T °C 80 °C 60 °C 50 °C 45 °C 35 °C
Solubilidad 37.63 22.58 18.06 15.05 11.29
obtenida
Tabla de solubilidad de referencia T °C 100 °C 80 °C 60 °C 50°C 40 °C 30 °C 20 °C 10 °C
Solubilidad 57.0 38.5 24.5 19.3 14 10.5 7.4 5.0
Recuperado de: https://es.slideshare .net/goumana/guias laboratorioquimica-iii-2011-8875073
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11. CONCLUSIONES 1. El clorato de potasio es un sólido cuya solubilidad aumenta a medida que la temperatura también lo hace. 2. A medida que la temperatura del tubo de ensayo disminuye la solución pasa a ser saturada cuando empiezan a aparecer pequeños cristales, y posteriormente se torna sobresaturada cuando el contenido total de clorato de potasio precipita y se deposita en el fondo del tubo de ensayo. 3. La curva de solubilidad nos proporciona la información necesaria con relación al grado de solubilidad de un soluto en base a la variación de la temperatura. 4. La curva de solubilidad es de suma importancia dentro de la química analítica debido a que nos permite conocer la cantidad exacta de soluto que se necesita para preparar una solución saturada, insaturada y sobresaturada a un volumen específico de solvente. 5. El aumento de la solubilidad del clorato de potasio con un incremento de la temperatura sucede generalmente porque es necesario la absorción de calor en el proceso de disolución. 6. Cuando los valores de solubilidad se encuentran justo en la curva de solubilidad se considera una solución saturada, cuando los valores se encuentran por encima se trata de una solución sobresaturada mientras que cuando los valores se encuentran debajo de la curva se trata de una solución insaturada.
12. CUESTIONARIO 1. Comparar la solubilidad del clorato de potasio y el nitrato de potasio a 17 °C (temperatura promedio de Quito). Utilice las curvas de solubilidad de las 2 sales. Solubilidad del clorato de potasio T (°C) 0 g sal/ 100 5 g de H2O
10 7.4
20 10.5
30 14
40 19.3
50 24.5
60 33.5
20 31.6
30 45.8
40 63.9
50 85.55
60 110
Solubilidad del nitrato de potasio 0 T (°C) g sal/ 100 13.3 g de H2O
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10 20.9
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Curva de solubilidad clorato de potasio
Recuperado de: https://es.slideshare.net/goumana/guias-laboratorio-quimica-ii-i-20118875073
Curva de solubilidad nitrato de potasio
Recuperado de: http://descubrirlaquimica2.blogspot.com/p/la-materia.html
En base a las curvas de solubilidad expuestas anteriormente se puede deducir que el compuesto más soluble es el nitrato de potasio, esto se debe a que a mayor temperatura mayor son los gramos de soluto disueltos en 100 g de agua. A la temperatura ambiente de Quito (17 °C) la solubilidad del nitrato de potasio es de aproximadamente 28 gramos por 100 mL de agua mientras que en el caso del clorato de potasio la solubilidad es de aproximadamente 6 gramos por 100 mL por lo que se confirma que el compuesto con mayor solubilidad es el nitrato de potasio.
13. BIBLIOGRAFÍA
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Barrios, W. (2015). Calameo. Solubilidad Informe de Laboratorio. Obtenido de http://es.calameo.com/read/004516112cc0818638d60 Descubrirlaquímica (2014). Disoluciones. Recuperado el 14 de Octubre de 2017, de http://descubrirlaquimica2.blogspot.com/p/la-materia.html Educarchile (2012). Recuperado el 14 de Octubre http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=216792
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2017,
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Méndez, A. (20 de Mayo de 2010). La Guía, Química . Recuperado el 15 de Octubre de 2017, de: de http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/concepto-desoluciones PNA. (2009). Comparación de nitrato de potasio con diferentes fuentes de N y K. Recuperado el 14 de Octubre de 2017, de http://www.kno3.org/es/productfeatures-a-benefits/comparison-of-potassium-nitrate-to-different-n-and-ksources Vázquez, E. (17 de Septiembre de 2003). Bioquímica y Biología molecular en línea. Recuperado el 15 de Octubre de 2017, de http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/agua%20como%20solvente.htm l
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