SOLUBILIDAD DE UNA SOLUCION

SOLUBILIDAD DE SOLUCIONES

Esta práctica se efectuó con la finalidad de conocer las condiciones de temperatura y cantidad de solvente necesarias para separar una mezcla solidad de KNO3/NaCl al 70:30 de composición y así mediante un proceso de disolución y precipitación selectiva recuperar la mayor cantidad de masa de KNO3 posible.

Primeramente, se realizo una curva de solubilidad  del Nitrato de Potasio (KNO3) en agua, realizada por medio de cuatro (4) determinaciones de una masa de KNO3 disuelta en 10 mL de agua destilada a una determinada temperatura de cristalización, con lo cual se calculo la cantidad de solvente necesaria para disolver 3,50g de KNO3 a 15ºC pertenecientes a una mezcla de 5,00g. Luego de tener las medidas necesarias se realizo un proceso de disolución de la mezcla con 15,0 mL de agua, donde luego de llevar la solución a una temperatura de 45ºC se procedió a sobre-enfriar la disolución de manera que se alterara el efecto de cristalización y se precipitara en mayor medida el KNO3.

Finalmente luego de filtrar la disolución y secar la muestra en una estufa se obtuvo efectivamente una masa recuperada igual a (2,02 ± 0,02)g de KNO3 con un porcentaje de recuperación 57,7% y una masa perdida de 1,48g. La pérdida de masa se ocasiono por no efectuarse una completa precipitación por parte del KNO3 y al realizarse el proceso de filtrado se desecho parte de la masa que inicialmente se desea recuperar, donde influyeron factores como la capacidad del analista en realizar el procedimiento de manera efectiva; así como también en medida al trabajar con una mezcla de dos compuestos con una determinada composición se ocasiono un cambio moderado en la solubilidad de la solución.

INTRODUCCIÓN

En los laboratorios químicos normalmente se trabaja con soluciones para obtener distintos elementos a partir de un compuesto, estas son en medio acuoso; aquellas donde los elementos que conforman un compuesto se disocian en los iones pertinentes.

Se conoce como a una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más sustancias, que no reaccionan entre sí; estas sustancias reciben el nombre de solvente que es aquella donde se disuelve un compuesto solido o liquido conocido como soluto, en una solución el solvente se encuentra en mayor cantidad que el soluto; el proceso por el cual se mezclan dichas sustancias se denomina solución. La capacidad de un solvente para disolver un soluto depende de la naturaleza química de ambos, de la temperatura en la que se realiza la disolución así como de la presión.

En las soluciones existe un concepto importante el cual define la capacidad que tiene el solvente para disolver un soluto, este se conoce como el concepto se solubilidad, por el cual se establece la cantidad de moles de un compuesto necesarios para preparar una solución saturada en un litro de agua a una determinada temperatura, es decir a concentración de la solución. Las soluciones se pueden clasificar según la concentración de estas:

• Insaturadas: Son aquellas en donde es posible seguir añadiendo más soluto a la solución, es decir donde el soluto no ha alcanzado la máxima solubilidad del solvente.
• Saturadas: Son soluciones en las que dada una temperatura, el soluto ha alcanzado la máxima capacidad en que el solvente puede disolver.
• Sobresaturadas: En estas soluciones, el soluto está presente en una cantidad excesiva, es decir supero la capacidad de disolver del solvente, y se deposita en el fondo del recipiente a través del proceso de cristalización, este se deposita en forma de un precipitado.

Cuando se disocian los elementos de un compuesto base, la solución se rige por una constante de equilibrio denominada “constante del producto de solubilidad” (Kps), que está en relación directa con la solubilidad; el valor del Kps determina la concentración de iones presentes en la solución, un valor elevado del Kps indica una alta una alta solubilidad (alta concentración de los iones) y un valor pequeño del Kps implica poca solubilidad, es decir una baja concentración de los iones.

[pic 1]

La disolución de un sólido iónico en agua depende de dos factores principalmente:

• Energía reticular (U), que es la energía para separar las partículas de un mol de sólido iónico en sus iones en estado gaseoso.
• Energía de solvatación (ΔH de solvatación): es la energía con que estas partículas son atraídas por las partículas del solvente.

[pic 2]

        Por otro lado, La energía asociada a un proceso de disolución en forma de calor, se denomina ∆H de disolución, dicho calor puede ser absorbido o liberado cuando una determinada cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de un solvente

        Como se menciono anteriormente la temperatura es un factor importante en la capacidad que tiene un solvente para disolver un soluto; es decir que la solubilidad del soluto varía a diferentes temperaturas, donde proporcionalmente a mayor temperatura mayor la capacidad para disolver. La variación de la solubilidad de un soluto con la temperatura se aprecia mediante una curva de solubilidad, esto es, midiendo la cantidad de soluto que satura una cantidad de solvente a distintas temperaturas. Esta curva permite entonces calcular la cantidad de solvente necesaria para disolver completamente una cantidad de soluto a determinada temperatura.

Las diferencias de solubilidad que presentan diferentes solutos con la temperatura permiten su separación y purificación, porque se puede alcanzar el punto de saturación de uno de los solutos para precipitarlo, dejando al otro soluto en solución. Este proceso se conoce con el nombre general de precipitación selectiva.  

        En esta práctica se utiliza nitrato de potasio (KNO3) el cual posee las siguientes características:

[pic 3]

SECCIÓN EXPERIMENTAL

PROCEDIMIENTO N°1.

Determinación de la curva de solubilidad del Nitrato de Potasio.

Primeramente se midió una cantidad de  10,0 mL de agua destilada cuatro veces con el cilindro graduado. Sobre un papel de pesada, se midió una masa de 1,02 g; 1,97g; 3,01 y 3,98g de nitrato de potasio (KNO3); posteriormente cada cantidad de masa se vertieron en tubos de ensayo distintos, donde se utilizo cada 10,0 mL de agua para transferir completamente las masas solidas a cada tubo; luego se calentó cada tubo de ensayo por separado en un baño María que tenía una temperatura que variaba entre 45ºC y 47ºC de manera que se lograra una completa disolución del nitrato de potasio para cada masa. Una vez disuelto el nitrato de potasio se procedió a enfriar la solución a temperatura ambiente, cuando se equilibro la temperatura, se decidió alterar el enfriamiento sumergiendo el tubo de ensayo en agua con hielo (a 5ºC aprox) de manera que la solución empezara a cristalizarse, cuando se empezó a cristalizar se registró la temperatura de cada tubo de ensayo con ayuda de un termómetro; dicho procedimiento se repitió tres veces para cada caso de manera que se obtuvo un valor constante para cada temperatura asociadas a las distintas masas en 10,0 mL de agua.

        Al obtener cuatro (4) determinaciones de la temperatura de la cristalización del nitrato de potasio, se procedió a graficar una curva de solubilidad, donde en el eje de la ordenada se coloco g KNO3/10 mL de agua y en el eje de la abscisa la temperatura.

PROCEDIMIENTO N°2.  

Separación del Nitrato de sodio por precipitación selectiva.

Se obtuvo una mezcla sólida formada por nitrato de potasio (KNO3) y Cloruro de Sodio (NaCl) al 70:30 de composición. Luego, se midió una masa de 5,00 g de la muestra en un beaker de 150 mL, y en base a la composición se calculo la masa presente de Nitrato de Potasio, siendo esta de 3,50 g de KNO3.

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