Equilibrio de solubilidad: obtención de sulfato de bario

INTRODUCCIÓN

En la practica no. 1, “equilibrio de solubilidad: obtención de sulfato de bario”, se realizo sulfato de bario a partir de, sulfato de sodio y cloruro de bario. Para obtener el sulfato de bario se utilizó la técnica de gravimetría. La cual se realiza por medio de una secuencia de pasos, entre los cuales los mas importantes son: Preparación de soluciones, formación de precipitado, lavado y filtración y por ultimo el secado en un horno.

En este caso, se llego a un porcentaje de rendimiento de 336% debido a fallos en la realización de los procedimientos de la gravimetría en los que podría ser, la oclusión y la humedad factores importantes que influyeron a tener un resultado erróneo de la obtención de sulfato de bario.

La práctica se realizó según accuweather a una temperatura aproximada de 25 °C, y a una presión de 0.973 atm.

OBJETIVOS

Objetivo General

Estudiar los Equilibrios de Solubilidad de una solución dentro del laboratorio.

Objetivos Específicos

• Formar un precipitado de Sulfato de Bario.

• Determinar el porcentaje de rendimiento respecto a la recuperación de Sulfato de Bario. 

• Comparar propiedades fisicoquímicas que afectan la Solubilidad en la realización de la práctica. 

• Evaluar las técnicas gravimétricas de determinación para la realización de la práctica en el laboratorio. 

MARCO TEORICO

Solubilidad

La solubilidad de un soluto partículas es la cantidad máxima de ese soluto que se puede disolver en una cierta cantidad de disolvente a una determinada temperatura.

En particular, la solubilidad en agua acostumbra expresarse como los gramos de sustancia que se logran disolver en 100 mL de agua a temperatura ambiente 25°C.

Para algunas sustancias, la solubilidad en agua es mayor que otras.

Para romper la red cristalina, hay que suministrar energía, esta energía debe ser igual a la energía de red cristalina; de esta manera se vencen las fuertes atracciones que existen entre los iones en el sólido cristalino.

Por otro lado, al hidratar los iones se desprende energía, pues se establecen atracciones electrostáticas ion-dipolo entre los iones y el agua. A este proceso, se le llama entalpia estándar de hidratación de los iones. La entalpia desprendida en la hidratación de los iones debe ser mayor a la entalpia requerida para romper la red cristalina; de esto depende que una sal sea soluble o insoluble.

Cuantificación de la solubilidad

Un soluto formado por iones, al disolverse en agua da lugar a cationes hidratados y aniones hidratados. En el caso particular (aunque muy común), de las sales iónicas que son sólo ligeramente solubles, se suele cuantificar su solubilidad mediante el estudio del siguiente equilibrio:

[pic 1]

Se puede escribir la constante de equilibrio como:

[pic 2]

Cuando en un equilibrio participa alguna sustancia sólida, la concentración de ésta no aparece en la expresión de la constante de equilibrio, ya que permanece constante. Esto ocurre con la concentración de MX, por lo que la expresión queda:

[pic 3]

Para cualquier equilibrio de solubilidad, la concentración del sólido no se incluye. A las constantes asociadas a los equilibrios de solubilidad se les conoce como constante del producto de solubilidad, o simplemente producto de solubilidad y se les denomina Kps.

Factores que afectan a la solubilidad

Efecto ion común

El efecto ion común, es un término que describe la disminución en la solubilidad de un compuesto iónico cuando se añade a la mezcla, una sal que contiene un ion que ya existe en el equilibrio químico.

Efecto del pH

En muchos casos, los aniones que conforman una sal poco soluble tienen características marcadamente básicas, es decir, tienen una gran afinidad por el .[pic 4]

Temperatura

La temperatura tiene un efecto directo sobre la solubilidad. Para la mayoría de los sólidos iónicos, el aumento de la temperatura aumenta la rapidez con la que se puede hacer la solución.

A medida que la temperatura aumenta, las partículas del sólido se mueven más rápido, lo que aumenta las posibilidades de que interactúen con más partículas del disolvente. Esto da como resultado el aumento de la velocidad a la que se produce una solución.

La temperatura también puede aumentar la cantidad de soluto que se puede disolver en un disolvente. En términos generales, a medida que aumenta la temperatura, se disuelven más partículas de soluto.

Factores mecánicos

En contraste con la velocidad de disolución, la cual depende principalmente de la temperatura, la velocidad de recristalización depende de la concentración de soluto en la superficie de la red cristalina, caso que se favorece cuando una solución está inmóvil.

Por lo tanto, la agitación de la solución evita esta acumulación, maximizando la disolución.

Impurezas

• Oclusión

En la oclusión ocurre la precipitación de un material o compuesto que no es parte de la estructura del cristal, pero este lo atrapa dentro de él. La oclusión, ocurre cuando los iones tienen carga y tamaño similar se atrapan dentro de la retícula del cristal precipitado.

• Post-precipitación

Al dejar el precipitado con el licor madre por un periodo de tiempo muy amplio, una segunda sustancia forma un precipitado con el agente precipitante. Diversas sustancias que están en presencia de otros compuestos, tienden a prolongar sus tiempos de precipitado debido a que forman soluciones sobresaturadas.

Formación de nubes iónicas

Si la solubilidad es alta las concentraciones no son iguales a las actividades. Se forman nubes iónicas que hacen que los iones no estén libres en disolución.

Gravimetría

La gravimetría es un proceso para la separación de compuestos y obtención de nuevos. La gravimetría se realiza por medio de la precipitación química de un compuesto puro que contenga el analito deseado. En este proceso hay una serie de pasos que suceden antes de la obtención de este analito.

Preparación de la solución

El primer paso para el análisis gravimétrico consiste en preparar la solución. Es probable que se tenga que realizar una separación precia para eliminar materiales de interferencia. También se deben ajustar las condiciones de la solución para mantener baja solubilidad del precipitado y obtenerlo en una forma adecuada para la filtración. El ajuste correcto de las condiciones de la solución antes de la precipitación también puede enmascarar interferencias potenciales.

Precipitación

Después de preparar la solución, el siguiente paso consiste en efectuar la precipitación. Otra vez, son importantes ciertas condiciones. En primer lugar, el precipitado debe ser lo suficientemente insoluble como para que la cantidad perdida por solubilidad sea imperceptible. Debe estar constituido por cristales grandes que se puedan filtrar con facilidad. Todos los precipitados tienden a arrastrar algo de los otros constituyentes de la solución. La contaminación debe ser imperceptible. Mantener grandes los cristales puede minimizar esta contaminación.

Digestión

Cuando se permite que un precipitado esté en presencia del licor madre (la solución de la cual se precipitó), los cristales grandes crecen a expensas de los pequeños. Este proceso se llama digestión, o también maduración de Ostwald.

Lavado y filtrado

Las impurezas coprecipitadas, en especial las que están en la superficie, se pueden eliminar lavando el precipitado después de filtrar, el cual estará humedecido con el licor madre, que también se remueve mediante el lavado. Muchos precipitados no se pueden lavar con agua pura porque ocurre la peptización; ésta es lo contrario de la coagulación, como ya se mencionó.

El proceso de coagulación que se comentó antes es al menos parcialmente reversible. Cuando se lava un precipitado, se debe realizar una prueba para determinar cuándo se ha completado el lavado; esto se hace probando el filtrado para detectar la presencia de un ion del reactivo de precipitación. Después de varios lavados con pequeños volúmenes del líquido de lavado, se recolectan en un tubo de ensayo unas pocas gotas del filtrado para hacer la prueba.

Secado

Si el precipitado que se recolecta está en forma adecuada para pesarse, se debe calentar para remover el agua y el electrólito adsorbido del líquido de lavado. Este secado por lo regular se puede hacer calentando de 110 a 120°C durante 1 a 2 h. En general, se requiere la incineración a una temperatura mucho más alta si un precipitado se debe convertir a una forma más adecuada para el pesado.

MARCO METODOLOGICO

Algoritmo de Procedimiento

1. Se preparó 100 mL de una solución de Sulfato de Sodio al 10%.
2. Se tomó una alícuota de 50 mL de la muestra.
3. Se calentó a ebullición.
4. Se agregó 10 mL de la solución de Cloruro de Bario al 1%.
5. Se dejó reposar la solución durante 30 minutos.
6. Se filtró el precipitado.
7. Se lavó la solución con agua caliente hasta la desaparición de humos.
8. Se secó y pesó el papel filtro.

Diagrama de Flujo

[pic 5]

[pic 6]

RESULTADOS

Tabla no. 1. Razonamiento de pasos 3 al 8 en función de principios fisicoquímicos.

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