Ensayos de Solubilidad y Miscibilidad
- Determinar el grado de solubilidad de compuestos orgánicos en agua(H2O),etanol(CH3CH2OH) y tetracloruro de carbono(CCl4).
- .. Demostrar que con un incremento de temperatura(baño María) aumenta el grado de disociación, lo que permite que el compuesto se disuelva.
- Probar que el agua un solvente polar es capaz de disolver algunos compuestos orgánico
Marco Teórico
SOLUBILIDAD
La solubilidad
es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad de
disolvente a una temperatura determinada. Se expresa como gramos de soluto
por cada 100 cm3 de disolvente a una temperatura dada.
Ej. La solubilidad de la sal en agua a 60o es
de 32.4 g/cm
La
solubilidad depende de varios factores que son:
·
Propiedades de soluto y solvente
·
Temperatura
·
Presión
Para que un soluto pueda disolverse
en un solvente determinado, características de ambos son muy importantes.
MISCIBILIDAD:
Es la propiedad de los líquidos para mezclar en cualquier
proporción, formando una solución homogénea. En principio, el término se aplica
también a otras fases, pero el objetivo principal es por lo general de la
solubilidad de un líquido en otro. El agua y el etanol, por ejemplo, se pueden
mezclar porque mezclan en todas las proporciones.
Por el
contrario, las sustancias se dice que son inmiscibles si una proporción
significativa no se forma una solución.
Polaridad:
La constante dieléctrica y
el momento dipolar son
propiedades complementarias de una sustancia. Con frecuencia se utilizan ambas
constantes físicas para caracterizar su polaridad, aunque el momento dipolar no
representa la polaridad de un disolvente. Cuando se quiere decir que una molécula es polar, se
quiere decir que tiene un elevado momento dipolar. Sin embargo, cuando se dice
que un disolvente es polar,
significa que tiene una elevada constante dieléctrica. En otras palabras, la
polaridad de un disolvente o constante dieléctrica, es una propiedad
macroscópica (a nivel macroscópico),
mientras que la polaridad molecular o momento dipolar es una propiedad de moléculas aisladas.
Aunque la polaridad de un disolvente depende
de muchos factores, puede definirse como su capacidad para solvatar y
estabilizar cargas. Arbitrariamente, y como punto de referencia, empiezan a
considerarse polares aquellos disolventes que poseen una constante dieléctrica
superior a 15.
Polaridad
de enlace
Cuando dos átomos están
unidos por un enlace
covalente, el par de electrones compartido
puede ser atraído por igual por ambos átomos, o puede ocurrir que uno de ellos
lo atraiga más fuertemente que el otro. Si ocurre lo primero, el centro de
cargas positivas coincide con el de negativas y el enlace no está polarizado.
Pero si el par de electrones no es atraído por igual por ambos núcleos, se situará
más próximo a uno de ellos y entonces los centros de las cargas positiva y
negativa no coincidirán y un extremo del enlace tendrá un exceso de carga
negativa y el otro extremo un defecto. Habrá un centro o polo positivo y un
centro o polo negativo y el enlace estará polarizado.
La polaridad de los enlaces se debe a la electronegatividad característica
de cada átomo, que fue definida por Pauling como la
capacidad de cada átomo dentro de cada molécula para atraer los pares de
electrones hacia sí. Cuanto mayor sea la diferencia de
electronegatividad de dos átomos enlazados, mayor será la polaridad del enlace
entre ambos. Los átomos con distinta electronegatividad presentan la densidad
electrónica desplazada hacia el átomo más electronegativo.
No se debe confundir la polaridad del enlace
con el término polarizabilidad.
Todas las moléculas llevan asociada una densidad electrónica, de forma que en
presencia de un campo externo, ésta se distorsiona y se genera un momento
dipolar inducido que se opone a dicho campo. Este fenómeno se denomina
polarizabilidad y todos los átomos contribuyen a él, aunque es más importante
en el caso de los electrones sujetos con menor intensidad, como los electrones
externos de átomos pesados.
Materiales
*) Batería de tubos de ensayo.
*) Picetas
*) Cocinilla eléctrica.
Sustancias:
*) Etanol 70°
*) Agua destilada
*) Tetracloruro de carbono
*) Acetona
*) Acetanilida
*) Tolueno
*) Ácido Salicílico.
*) Glucosa
PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
I. Prueba de solubilidad en
frío:
Colocando
en un tubo de ensayo, con ayuda de la espátula, 0.016 g. del soluto
correspondiente y añadir 0.5 ml. del solvente especificado con una piceta.
Esperar por unos momentos y agitar un poco.
a)
Acetanilida:
Luego de realizar la operación anterior estos son los resultados de la
disolución en:
i)
Agua (H2O): No
puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol (70°): Puede ser disuelto en etanol.
iii)
CH2Cl2:
No puede ser disuelto en CH2Cl2.
b) Ácido Salicílico:
Luego de realizar la operación anterior estos son
los resultados de la disolución en:
i)
Agua (H2O): No
puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol (70°): Puede ser disuelto en etanol.
iii)
CH2Cl2:
No puede ser disuelto en CH2Cl2.
c)
Glucosa:
Luego de realizar la operación anterior estos son los resultados de la
disolución en:
i)
Agua (H2O): Puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol (70°): No puede ser
disuelto en etanol.
iii)
CH2Cl2:
No puede ser disuelto en CH2Cl2.
II.
Prueba de solubilidad en caliente:
Al observar que algunos
de las soluciones no están disueltas, intervendremos con un estimulante externo
(calor) en modo de baño Maria, para esto colocaremos agua en un vaso de
precipitados la cual pondremos a calentar, y con cuidado pondremos el tubo de ensayo
hasta ver alguna reacción.
a)
Acetanilida:
Luego de realizar la
operación anterior estos son los resultados de la disolución (en caliente) en:
i)
Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol
(70°): Puede ser disuelto en etanol.
iii)
CCl4:
Puede ser disuelto en CCl4.
b) Ácido Salicílico
Luego de realizar la
operación anterior estos son los resultados de la disolución (en caliente) en:
i)
Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol
(70°): Puede ser disuelto en etanol.
iii)
CCl4:
No puede ser disuelto en CCl4.
c)
Glucosa:
Luego de realizar la
operación anterior estos son los resultados de la disolución (en caliente) en:
i)
Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua.
ii)
Etanol
(70°): Puede ser disuelto en etanol.
iii)
CCl4:
No puede ser disuelto en CCl4.
III.
Prueba de Miscibilidad:
En esta parte del
experimento probaremos la solubilidad de líquido en disolvente líquido, para
ello tendremos 1 ml de la sustancia a disolver en un tubo de ensayo, al cual
añadiremos 1 ml de disolvente y si no resulta añadiremos otro, en caso salga
negativo, la sustancia será insoluble en dicho disolvente:
a)
Acetona:
Al realizar la operación
previamente dicha, estos fueron los resultados:
i)
Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua (1ml necesario).
ii)
Etanol
(70°): No puede ser disuelto en etanol.
iii)
CCl4:
No puede ser disuelto en CCl4.
b) Bencina:
Al realizar la operación
previamente dicha, estos fueron los resultados:
i) Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua (1ml necesario).
ii) Etanol
(70°): No puede ser disuelto en etanol.
iii) CCl4:
No puede ser disuelto en CCl4.
c)
Tolueno:
Al realizar la operación
previamente dicha, estos fueron los resultados:
i)
Agua
(H2O): Puede ser disuelto en agua (1ml necesario).
ii)
Etanol
(70°): Puede ser disuelto en etanol (1ml necesario).
iii)
CCl4:
Puede ser disuelto en CCl4 (1ml necesario).
Resultados
Resultados
de prueba de solubilidad en frio
0,5 mL
|
H2O
|
Etanol 70°
|
CCl4
|
acetalinida
|
x
|
SI
|
x
|
Ácido salicílico
|
x
|
SI
|
x
|
glucosa
|
SI
|
x
|
x
|
Resultados
de prueba de solubilidad en caliente
H2O
|
Etanol 70°
|
CCl4
|
|
acetalinida
|
SI
|
SI
|
SI
|
Ácido salicílico
|
SI
|
SI
|
x
|
glucosa
|
SI
|
SI
|
x
|
Resultados
de prueba de miscibilidad
H2O
|
Etanol 70°
|
CCl4
|
|
acetona
|
+
|
+
|
+
|
bencina
|
x
|
x
|
+
|
tolueno
|
x
|
x
|
+
|
CUESTIONARIO
1. ¿Qué relación tiene la polaridad del
soluto y solvente en la solubilidad?
Para que un soluto se disuelva en un
solvente ambos deben poseer la misma solubilidad, es decir ambos son polares o
no polares. Los Polares son sustancias en cuyas moléculas la distribución de la nube electrónica es asimétrica; por lo
tanto, la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una
cierta distancia. Hay un dipolo permanente. El
ejemplo clásico de solvente polar es el agua. Los alcoholes de baja masa molecular también pertenecen a este tipo. Los no polares son sustancias
de tipo orgánico y en cuyas moléculas
la distribución de la nube electrónica es simétrica; por lo tanto, estas
sustancias carecen de polo positivo y negativo en sus moléculas. No pueden
considerarse dipolos permanentes. Esto no implica que algunos de sus enlaces
sean polares. Todo dependerá de la geometría de sus moléculas. La solubilidad se iniciara gracias a
que para que la disolución ocurra primero se tiene que establecer interacciones
entre soluto y solvente. Por ejemplo, el el aceite no se disuelve en agua
debido a que este es polar, y el aceite
es una sustancia apolar.
2. ¿Qué relación tiene la estructura
molecular con la solubilidad de los compuestos participantes?
Según se den
los siguientes casos:
a) Un soluto
polar con un solvente polar, como la disolución del cloruro sódico (Soluto
polar) en agua (disolvente polar). Se necesita una gran cantidad de energía
para separar los iones del cloruro sódico pero el agua puede separarlos porque
los solvata. Es decir, las moléculas de agua rodean al ión con el extremo adecuado
del dipolo del agua hacia el ión.
b) Un soluto polar con un solvente no polar, como el cloruro sódico (soluto polar) en la gasolina (disolvente no polar). En este caso no se produce la disolución del soluto porque las moléculas no polares de los hidrocarburos que constituyen las gasolinas no solvatan a los iones y no pueden superar la gran energía necesaria para romper la red cristalina.
c) Un soluto no polar con un disolvente no polar, como la cera de parafina que se disuelve en gasolina. La cera de parafina está constituida por largas moléculas de hidrocarburo y por tanto son moléculas no polares que se atraen débilmente, y estas atracciones se compensan fácilmente con las atracciones de van der Waals con el disolvente. Aunque hay poco cambio energético cuando la sustancia no polar se disuelve en el disolvente no polar, hay un gran aumento de la entropía, que hace que el proceso sea favorable.
d) Un soluto no polar con un disolvente polar, como la cera de parafina y el agua. Las moléculas no polares sólo se atraen débilmente y se necesita poca energía para separarlas. El problema es que las moléculas de agua se atraen fuertemente entre sí, por puentes de hidrógeno. La molécula no polar debería desplazar a estos enlaces, pero casi no se libera energía de solvatación. La red de puentes de hidrógeno de las moléculas de agua excluye a las moléculas de parafina.
Ademas La polaridad y, consecuentemente, la solubilidad de los compuestos orgánicos en disolventes polares, aumenta con la disminución de la longitud de la cadena hidrocarbonada, la presencia de grupos funcionales polares y la capacidad de formación de puentes de hidrógeno con el disolvente.
b) Un soluto polar con un solvente no polar, como el cloruro sódico (soluto polar) en la gasolina (disolvente no polar). En este caso no se produce la disolución del soluto porque las moléculas no polares de los hidrocarburos que constituyen las gasolinas no solvatan a los iones y no pueden superar la gran energía necesaria para romper la red cristalina.
c) Un soluto no polar con un disolvente no polar, como la cera de parafina que se disuelve en gasolina. La cera de parafina está constituida por largas moléculas de hidrocarburo y por tanto son moléculas no polares que se atraen débilmente, y estas atracciones se compensan fácilmente con las atracciones de van der Waals con el disolvente. Aunque hay poco cambio energético cuando la sustancia no polar se disuelve en el disolvente no polar, hay un gran aumento de la entropía, que hace que el proceso sea favorable.
d) Un soluto no polar con un disolvente polar, como la cera de parafina y el agua. Las moléculas no polares sólo se atraen débilmente y se necesita poca energía para separarlas. El problema es que las moléculas de agua se atraen fuertemente entre sí, por puentes de hidrógeno. La molécula no polar debería desplazar a estos enlaces, pero casi no se libera energía de solvatación. La red de puentes de hidrógeno de las moléculas de agua excluye a las moléculas de parafina.
Ademas La polaridad y, consecuentemente, la solubilidad de los compuestos orgánicos en disolventes polares, aumenta con la disminución de la longitud de la cadena hidrocarbonada, la presencia de grupos funcionales polares y la capacidad de formación de puentes de hidrógeno con el disolvente.
3. De acuerdo con las pruebas de
solubilidad, ¿cual es el grado de polaridad de los compuestos ensayados?,
fundamente su respuesta.
La solubilidad
depende de la polaridad. Generalmente los compuestos ionicos son polares mientras
que los compuestos orgánicos son no polares.
Polar:
Glucosa,Acetanilida,Acido
Salicilico,Acetona todos ellos se disolvieron en compuesto polares como el H2O
y Etanol 70, ya que las moléculas polares tienen interacciones
electrostáticas soluto-disolvente en las moléculas polares, estas interacciones
electrostáticas con dipolo-dipolo, puentes de hidrógeno son las que provocan
el fenómeno de la solvatación(proceso de asociación de moléculas de un disolvente con moléculas o iones de un soluto)
No polar:
Bencina, Tuloeno
ambos se disolvieron en el tetracloruro de carbono(CCl4) un compuesto
no polar que posee interacciones de Van der walls, ademas El disolvente idóneo suele tener unas características
químicas y estructurales similares a las del compuesto a disolver.
4. Presente la escala de solventes por
grado de polaridad, del más polar al menos polar.
1
|
Eter de petroleo
|
2
|
Hexano
|
3
|
Tolueno
|
4
|
Benceno
|
5
|
Eter
|
6
|
Tetracloruro de carbono
|
7
|
Cloroformo
|
8
|
Cloruro de Metilo
|
9
|
Acetato de etilo
|
10
|
Acetona
|
11
|
Etanol
|
12
|
Metanol
|
13
|
Agua
|
Conclusiones
Se determinó que el agua disolvió a la glucosa en agua
fría, y al calentarlo disolvió al Ácido salicílico y acetanilida.
El tetracloruro de
carbono no pudo disolver aun con elevar la temperatura al ácido salicílico y
glucosa, ya que estos son polares y el CCl4 es no polar.
Se determinó que el
agua disolvió a la glucosa en agua fría, y al calentarlo disolvió al Ácido
salicílico y acetanilida.
Recomendaciones
Lavar frecuentemente las pipetas ya que estas son
usadas en muchos casos para varios compuestos, y con ello evitaremos la
combinación de estos mismos.
Limpiar adecuadamente la micro espatula ya que al
entrar en contacto con diferentes componentes puede alterar la composicion de
los compuestos.
Mantener cerrado los solventes como el tuloeno y
tetracoluruo de carbono, ya que estos poseen un olor fuerte y son cancerigenos.
No poner en conatcto directo con agua fria los tubos
de ensayo una vez termiando el proceso
de baño maria ya que estos pueden rayarse o romperse.
Referencias Bibliográficas
Chang ,Raymond y Goldsby, Kenneth. Quimica.11a ed.México D.F:
McGrawHill;2013.
Slideshare.[Internet],Lima:Tabla
de disolventes más usados en orden de polaridad;[actualizado el 29 de febrero
de 2012,acceso 7 de setiembre de 2014].Disponible en http://es.slideshare.net/jestval/tablas-de-polaridad-de-solventes-organicos
Wikipedia.[Internet].Polaridad
de un disolvente ;[actualizado el 26 de marzo de 2014,acceso 7 de setiembre de
2014].Disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Polaridad_de_un_disolvente
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