Práctica 16

Solubilidad (I)

16.1 Objetivos

• Comparar la miscibilidad de algunos solutos en varios solventes.

• Analizar cómo incide la polaridad en la miscibilidad de una sustancia en otra.


16.2 Teoría

Soluciones

Una solución es una mezcla homogéneas de dos o más sustancias que se dispersan como moléculas en vez de permanecer como agregados de regular tamaño. La formación de una solución generalmente implica desprendimiento o absorción de calor. En las soluciones binarias sólo se tienen dos componentes: el soluto y el solvente, siendo generalmente este último la sustancia que se encuentra en mayor cantidad.

Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partículas del soluto se distribuyen a través del solvente. Esto siginifica que el soluto ocupa lugares que originalmente correspondían a las moléculas del solvente. En un líquido, las moléculas se encuentran empaquetadas e interaccionan fuertemente unas con otras, de modo que la menor o mayor facilidad con la cual una molécula de soluto reemplaza a una del solvente, depende de:

• Las fuerzas relativas de atracción entre moléculas del solvente
• Las fuerzas relativas de atracción entre moléculas del soluto
• La fuerza de las interacciones entre moléculas soluto-solvente

Las sustancias que muestran fuerzas atractivas intermoleculares similares tienen la tendencia a ser solubles entre sí. Este hecho se resume en la conocida regla: “lo semejante disuelve lo semejante”.

La solubilidad de un soluto depende, por lo tanto, de varios factores :

Naturaleza de los componentes

Experimentalmente se ha observado que mientras más semejantes sean los compuestos en su estructura y propiedades, más fácilmente forman soluciones. Dicha semejanza se observa en la estructura, la polaridad y la facilidad de formar puentes de hidrógeno.

Temperatura

Los cambios en temperatura siempre cambian la solubilidad de un soluto. Generalmente, los sólidos son más solubles en agua caliente que en agua fría, aunque existen algunas sales como el Ca(OH)2 y el CaCrO4 que son más solubles en frío que en caliente. Otros compuestos como el NaCl presentan una solubilidad que varía ligeramente con la temperatura.

En los compuestos cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura el proceso de disolución del soluto es endotérmico. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse.

Presión

Los cambios de presión son fundamentales en la determinación de la solubilidad de un gas en un líquido. Generalmente al aumentar la presión aumenta la solubilidad, mientras que la solubilidad de un sólido o un líquido es prácticamente independiente de la presión.

16.3 Materiales y equipo

• Hexano, etanol, ciclohexano, etilén glicol, glicerol, yodo, agua destilada
Precauciones: el hexano, el etanol y el ciclohexano son tóxicos e inflamables. El etilén glicol es tóxico si se ingiere o inhala. El yodo puede causar quemaduras y manchas.
• Colorante para alimentos
• Probeta
• Espátula
• Tapones de caucho
• Tubos de ensayo
• Vidrio de reloj


16.4 Procedimiento

16.4.1 Solubilidad del yodo en agua, etanol, hexano y ciclohexano

Tomar 2.00 mL de cada uno de los solventes (agua, etanol, hexano, ciclohexano) y adicionarlos, por separado, a un tubo de ensayo. Utilizando una espátula, añadir dos pequeños cristales de yodo (I2) a cada uno de los tubos, colocar un tapón y agitar vigorosamente (figura 16.1).

Anote sus observaciones acerca del color de la solución resultante y la solubilidad del yodo en cada uno de los solventes –establezca una escala de 0 a 5-.



Figura 16.1 Solubilidad del yodo en diferentes solventes


16.4.2 Solubilidad de hexano en agua, etanol, etilén glicol y glicerol

Tomar 2.00 mL de cada uno de los solventes (agua, etanol, etilén glicol, glicerol) y adicionarlos, por separado, a un tubo de ensayo. Añadir a cada tubo una gota de colorante y homogenizar. Adicionar 2.00 mL de hexano a cada uno de los tubos, colocar un tapón y agitar vigorosamente (figura 16.2).

Anotar el número de capas que se forman: la formación de una sola fase indica que ambos líquidos son solubles entre sí, la formación de dos capas indica que ambos líquidos son insolubles. (En aquel tubo donde el hexano es insoluble, éste se ubicará en la parte superior).




Figura 16.2 Solubilidad del hexano en diferentes solventes

Mezclar, en otro tubo de ensayo, 2.00 mL de hexano con 2.00 mL de ciclohexano. Anote sus observaciones. Guardar los tubos y su contenido para el siguiente apartado.

16.4.3 Efecto de la adición de etanol

Añadir 2.00 mL de etanol a cada uno de los tubos utilizados en la actividad inmediatamente anterior, excepto al que ya contiene etanol. Tapar cada tubo con un tapón y agitar vigorosamente. Medir la altura de la capa inferior y la altura de la capa superior. (En aquel tubo donde el hexano es insoluble, éste se ubicará en la parte superior).

16.5 Datos y resultados

Procedimiento 16.4.1 - Solubilidad del yodo


Tabla 16.1 Solubilidad del yodo en varios solventes

Agua + I2
Etanol +I2
Hexano +I2
Ciclohexano +I2
Solubilidad
Color
Solubilidad
Color
Solubilidad
Color
Solubilidad
Color
 
 
 
 
 
 
 
 


Procedimiento 16.4.2 - Solubilidad de varios solutos líquidos en hexano

Tabla 16.2 Solubilidad de diversos líquidos en hexano

  Hexano +
agua
Hexano +
etanol
Hexano +
etilén glicol
Hexano +
glicerol
Hexano + ciclohexano
Número de capas          


Procedimiento 16.4.3 - Efecto de la adición de etanol

Tabla 16.3 Adición de etanol a mezclas de líquido-hexano

Hexano + …
No. de capas
(al principio)
No. de capas
(al final)
Altura de la capa inferior (mm)
Altura de la capa superior (mm)
Agua
 
 
 
 
Etilén glicol
 
 
 
 
Glicerol
 
 
 
 
Ciclohexano
 
 
 
 


16.6 Discusión y análisis de resultados

• Teniendo en cuenta que el hexano, el ciclohexano y el yodo son no polares, y que el agua, el etanol, el etilén glicol y el glicerol son polares, ¿están de acuerdo los resultados experimentales con la información teórica? Explicar.

• ¿Qué efecto tiene la adición de etanol a las mezclas de los diversos solventes? Explicar los resultados en términos de las atracciones intermoleculares

16.7 Preguntas de consulta

• Cuando se tienen dos solventes inmiscibles y se añade un soluto, ¿qué es el llamado coeficiente de reparto?

• ¿Soluble y miscible son términos sinónimos? Explicar.

• ¿Cómo es, comparativamente, la solubilidad de sólidos iónicos y sólidos covalentes en agua?

• ¿Cuál sustancia de cada uno de los siguientes pares esperaría que fuera más soluble en hexano?

a. CH3COCH3                                     CH3COOH
b. C2H5Cl                                             C2H5OH
c. CH3OCH3                                        CH3CH2OH
d. HO(CH2)6OH                                  CH3(CH2)6OH
e. CH3CH2CH3                                   CH3OCH3

• ¿Cuál sustancia de cada uno de los siguientes pares esperaría que fuera más soluble en agua?

a. CH3(CH2)6COOH                        CH3COOH
b. CH3Cl                                             CH3OH
c. CH3OCH3                                      CH3CH2OH
d. HO(CH2)6OH                                CH3(CH2)6OH
e. CH3CH2CH3                                 CH3OCH3

• Como regla general, los líquidos parcialmente miscibles llegan a ser más solubles entre sí cuando se aumenta la temperatura. Explicar por qué esto es así.

16.8 Lecturas recomendadas

Wolke, Robert L. Aplicar frío o calor. En: Lo que Einstein no sabía. Robin BooK. Bogotá, 2002. pp. 135

16.9 Glosario

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: miscibilidad, solubilidad, solución insaturada, solución saturada, fuerzas intermoleculares.


16.10 Referencias Internet

• http://129.93.84.115/Chemistry/DoChem/DoChem064.html
• http://www.chem.lsu.edu/lucid/tutorials/solubility/Solubility.html
• http://educ.queensu.ca/~science/main/concept/chem/c10/c10main.htm
• http://www.chem.uidaho.edu/~honors/ionicsol.html
• http://www.acdlabs.com/products/phys_chem_lab/aqsol/
• http://dwb.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale25.html
• http://www.princeton.edu/teacher/tsm/scienceaction/mixtures.htm