Práctica 17

Solubilidad (II)

17.1 Objetivos

• Estudiar cómo varía la solubilidad en agua de un compuesto puro, con la temperatura.

• Relacionar la solubilidad con el equilibrio que se establece entre el soluto disuelto y el soluto sin disolver en el momento de la saturación.


17.2 Teoría

Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partículas del soluto se distribuyen a través del solvente. Esto significa que las partículas del soluto pasan a ocupar lugares que antes eran ocupados por las moléculas del solvente.

Se dice que una solución está saturada, a una determinada temperatura, cuando existe un equilibrio entre el soluto no disuelto y el soluto presente en la solución (figura 17.1).



Figura 17.1 Preparación de una solución saturada


En una solución insaturada no existe un equilibrio debido a que la cantidad de soluto disuelto es menor que la necesaria para alcanzar la saturación.
En un líquido, las moléculas se encuentran muy cercanas unas a otras e interaccionan fuertemente entre sí. La mayor o menor facilidad con la que un soluto se disuelve depende de:

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

Cuando un sólido se disuelve en un líquido hay difusión del sólido, las moléculas de éste quedan rodeadas y hasta cierto punto unidas a las moléculas del solvente.

La solubilidad se define como la máxima cantidad de soluto que se disuelve en una cantidad dada de solvente, a temperatura constante, formando un sistema estable y en equilibrio. Su valor numérico corresponde a la concentración de la solución saturada y se calcula como:

S = ( msto / mste )  x 100                                               (17.1)

Aquellas sustancias que exhiben fuerzas de atracción intermoleculares muy similares, son solubles entre sí. Este hecho se resume en la conocida frase: lo semejante disuelve lo semejante.

Como se explicó an el experimento anterior, 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.

17.3 Materiales y equipo

• KNO3, KClO3, KBr, KCl, Pb(NO3)2
• Tubo de ensayo
• Termómetro
• Pinza para tubo


17.4 Procedimiento

Pesar exactamente la cantidad de sal que se especifica en la tabla 17.1 y colocarla en un tubo de ensayo (figura 17.2). Añadir el volumen inicial de agua que se especifica en la tabla 17.1 e introducir el termómetro el cual puede usarse simultáneamente para agitar suavemente la solución (¡tenga cuidado!, el termómetro puede quebrarse).



Figura 17.2 Disolución del soluto en caliente


Tabla 17.1
Masa de soluto a utilizar en el experimento

Soluto
m (g)
Vagua inicial (mL)
Incremento (mL)
Vagua final (mL)
KNO3
4.00
3.00
1.00
8.00
KClO3
2.00
5.00
1.00
8.00
KBr
5.00
5.00
1.00
8.00
KCl
5.00
10.00
1.00
14.00
Pb(NO3)2
4.00
4.00
1.00
7.00


El sistema se calienta al baño María hasta que todo el soluto se haya disuelto. En este punto se suspende el calentamiento, se retira el tubo del baño y se agita suavemente con el termómetro hasta que se observe turbia la solución. En este momento la solución está saturada y su concentración corresponde a la solubilidad. Anotar la temperatura.

Posteriormente se añade cierto volumen de agua (tabla 17.2), se calienta nuevamente el sistema al baño María y cuando todo el soluto se ha disuelto se suspende el calentamiento, se retira el tubo del baño y se agita suavemente con el termómetro hasta que se observe turbia la solución. Si es necesario usar un baño con hielo. Anotar de nuevo la temperatura.

El proceso se repite hasta obtener un número suficiente de datos para construír un gráfico de solubilidad versus temperatura. Finalmente se procede de manera similar con los otros solutos.

17.5 Datos y resultados

Tabla 17.2 Solubilidad en agua de algunas sales

KNO3
KClO3
KBr
Pb(NO3)2
V, ml
T, ºC
S
V, ml
T, ºC
S
V, ml
T, ºC
S
V, ml
T, ºC
S
     
 
 
             
     
 
 
             
     
 
 
             
     
 
 
              
                       
                        


* S se expresa como g sto / 100 g de agua y se calcula mediante la ecuación 17.1

17.6 Discusión y análisis de resultados

• Para cada temperatura, calcular la solubilidad de los solutos utilizados expresada como g sto / 100 g H2O y calculada como S = g sto / g H2O ? 100.

• Dibujar una gráfica de solubilidad de cada soluto versus temperatura (graficar en la misma hoja de papel milimetrado).

• Analizar la gráfica obtenida. ¿Qué conclusión se deriva de ella? Hallar la relación matemática entre solubilidad y temperatura para el KNO3.

• Utilizando la curva experimental determine qué masa de cada sal precipita si se enfría la solución desde 55 ºC hasta 30 ºC.

• Establecer la diferencia entre solución saturada y solución sobresaturada.

• ¿Qué son aguas duras? ¿En qué consiste el proceso de ablandamiento de dichas aguas?

La solubilidad también puede calcularse como:
                                        
S = (msto / msln )  x 100                                                                       (17.2)


17.7 Problemas sugeridos

Trata de resolver los siguientes ejercicios

Los problemas señalados con (*) presentan un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesoría de su Profesor.

• Calcular hasta qué temperatura debe enfriarse una solución saturada de KNO3 cuya solubilidad es de 60 g/100 g H2O para que ésta se reduzca hasta 30 g/100 g H2O. Tenga en cuenta sus datos experimentales.

• Determinar si una solución de KNO3 que contiene 4.0 g de soluto en 10.0 g de agua a 40 °C está insaturada o saturada.

• Se prepararon 335 g de solución saturada de KNO3 en agua a 45 °C. Si se evaporaron 55 g de agua de la solución y al mismo tiempo la temperatura se redujo hasta 25 °C, ¿qué masa de KNO3 recristalizará?


17.8 Lecturas recomendadas

Wolke, Robert L. Camarero, la mermelada tiene sal. En: Lo que Einstein no sabía. Robin BooK. Bogotá, 2002. pp. 95.

Umland, Jean B. Las soluciones de la naturaleza. En: Química General. Thomson. México. 2000. pp. 136.


17.9 Glosario

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: disociación, solubilidad, solución insaturada, solución saturada, soluto, solvente.


17.10 Referencias Internet

• http://www.sciencebyjones.com/kcl_solubility.htm
• 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://www.cs.mtu.edu/gk/Solubility_lab.html
• http://207.190.243.125/dduaneweb/science8th/solubility_lab.htm
• http://edunet2.sd41.k12.id.us/SMHS/Staff/teachers/teacher%20pages/
m_san/chem/Unit%207%20Solutions/solutions%207%20labs/
kno3_solubility_curve.htm