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Determinación de la curva de solubilidad del nitrato de potasio (kno3)




Enviado por jarellanovarela



    (Informe)

    1. Resumen
    2. Introducción
      teórica
    3. Procedimiento
      experimental
    4. Resultados
      obtenidos
    5. Discusión
    6. Conclusiones
    7. Referencias
      bibliográficas

    RESUMEN.

    En la sesión de práctica realizada el
    día 26 de enero del presente año se tenía
    como objetivo
    principal el estudio de la dependencia de la solubilidad con la
    temperatura.
    En este sentido, se quería determinar la Curva de
    Solubilidad del Nitrato de Potasio (KNO3) a fin de
    conocer las condiciones de temperatura y cantidad de solvente
    necesarias para separarlo de una mezcla por Precipitación
    Selectiva.

    Para tal fin se realizaron dos experiencias por
    separado. En la primera se pesaron 2.00 ± 0.01g de
    KNO3 en un tubo de ensayo y luego
    se le añadieron 5.0 ± 0.1ml de agua
    destilada; después se calentó la muestra en un
    Baño de María hasta disolver el sólido y sin
    permitir que el agua
    hirviera, se retiró el tubo del baño y se le
    introdujo un termómetro para registrar la temperatura a
    la cual comenzaba la cristalización. Con la
    solución resultante se repitió el mismo procedimiento
    añadiéndole 2.00 ± 0.01g de sal cada vez y
    también 2 gotas (aproximadamente) de agua destilada para
    compensar pérdidas por evaporación, hasta completar
    8.00 ± 0.01g de KNO3 disueltos. Los datos registrados
    fueron: para 2.00g KNO3 / 5ml H2O una
    temperatura de 24 ± 1ºC; para 4.00g KNO3 /
    5ml H2O una temperatura de 46 ± 1ºC; para
    6.00g KNO3 / 5ml H2O una temperatura de 62
    ± 1ºC y para 8.00g KNO3 / 5ml
    H2O una temperatura de 78 ± 1ºC.
    Finalmente con dichos datos se realizó una gráfica
    donde se colocó en el eje de las abcisas: gramos de
    KNO3 / 5ml de agua, y en el eje de las ordenadas se
    colocó la temperatura.

    En la segunda experiencia se pesaron 5.09 ± 0.01g
    de una mezcla de KNO3 y otro nitrato en un beaker de
    150 ml, luego se hizo la suposición de que contenía
    75% en masa de KNO3 y se obtuvo que deberían
    haber 3.82 ± 0.01g del mismo en la muestra.

    Se realizó un cuidadoso proceso de
    separación del KNO3 de la mezcla (el cual
    será explicado posteriormente) donde se empleó la
    Filtración por Succión y también se hizo uso
    de la curva de solubilidad anteriormente obtenida para estimar la
    masa de sustancia que se disolvía a 75ºC en 5ml de
    agua, y se estimó que para este valor de
    temperatura correspondían 7.60 ± 0.01g
    aproximadamente. Luego de conocer este dato se agregaron 4.5
    ± 0.1ml de solvente para lograr la separación,
    donde se pudo recuperar 2.29 ± 0.01g de sal y de esta
    manera se obtuvo 59.95% de recuperación de la muestra
    original.

    INTRODUCCIÓN
    TEÓRICA.

    Una disolución es una mezcla de dos o más
    sustancias. El soluto es la sustancia presente en
    menor cantidad, y el disolvente es la sustancia que
    está en mayor cantidad. Se dice que una disolución
    se encuentra saturada cuando contiene la
    máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un
    disolvente particular, a una temperatura específica. Una
    disolución es no saturada cuando contiene
    menos cantidad de soluto que la que puede disolver. Una
    disolución se encuentra sobresaturada cuando
    contiene más soluto que el que puede haber en una
    disolución sobresaturada. (1)

    En este sentido, el proceso de disolución
    está relacionado con la solubilidad, la cual está
    referida a la proporción en que un soluto se disuelve en
    un solvente. Los factores importantes que afectan la solubilidad
    de los sólidos cristalinos son la temperatura, la naturaleza del
    solvente y la presencia de otros iones en la solución. En
    virtud de que nuestro interés de
    estudio es la dependencia de la solubilidad con la temperatura
    haremos un breve comentario acerca de dicho factor.

    De acuerdo a lo expresado por Sienko y Plane, la
    mayoría de las sales inorgánicas aumentan en
    solubilidad cuando la temperatura se incrementa. Por lo general
    es ventajoso llevar a cabo en solución caliente las
    operaciones de
    precipitación, filtración y lavado, pues con esto
    pueden resultar partículas de gran tamaño, la
    filtración es más rápida y las impurezas se
    disuelven más rápidamente.

    Sin embargo, en el caso de un compuesto bastante
    soluble, como el Nitrato de Potasio (KNO3), la
    solución se debe enfriar en agua helada antes de la
    filtración, lo cual se conoce como sobreenfriamiento
    de la solución
    . Si la solución se filtrara
    caliente se perdería una cantidad apreciable del compuesto
    en cuestión.

    El proceso de sobreenfriamiento de una solución
    es cuando un líquido se enfría temporalmente por
    debajo de su punto de congelación sin formar el
    sólido. Se presenta en situaciones donde el calor del
    líquido se elimina tan rápido que las
    moléculas no tienen tiempo de
    acomodarse en la estructura de
    un sólido. (2)

    Ahora bien, las atracciones intermoleculares que
    mantienen juntas a las moléculas en líquidos y
    sólidos también tienen un papel importante en la
    formación de las disoluciones. Cuando una sustancia (el
    soluto) se disuelve en otra (el disolvente), las
    partículas del soluto se dispersan en el disolvente. Las
    partículas de soluto ocupan posiciones que estaban
    ocupadas por moléculas del disolvente.

    Según Raymond Chang, la facilidad con la que una
    partícula de soluto sustituye a una molécula de
    disolvente depende de la fuerza
    relativa de tres tipos de interacciones: interacción disolvente-disolvente,
    interacción soluto-soluto e interacción
    disolvente-soluto. Así, la solubilidad de un soluto en un
    solvente dado se relaciona con la temperatura por el Calor
    de Disolución
    , es decir, la energía
    necesaria para disolver una sustancia hasta la saturación.
    Si la atracción soluto-disolvente es mayor que la
    atracción disolvente-disolvente y que la atracción
    soluto-soluto, el proceso de disolución será
    favorable, o exotérmico
    (ΔHdisolución < 0). Si la
    interacción soluto-disolvente es más débil
    que las interacciones disolvente-disolvente y soluto-soluto, el
    proceso de disolución será endotérmico
    (ΔHdisolución > 0). (1)

    No hay una correlación clara entre el
    signo de ΔHdisolucion
    y la variación de la solubilidad con la temperatura.
    Sin embargo, Mortimer señala que las solubilidades de
    sustancias que absorben calor cuando se disuelven en soluciones
    casi saturadas, aumentan con el aumento de la temperatura. La
    mayoría de los compuestos iónicos se comportan de
    esta forma. La entalpía de solución de muchos
    compuestos iónicos en soluciones que son infinitamente
    diluidas, son exotérmicas. Los mismos compuestos, sin
    embargo, generalmente se disuelven en soluciones casi saturadas
    con absorción de energía. Cuando un soluto se
    disuelve en una solución casi saturada, la entalpía
    de hidratación es menor que cuando se disuelve en una
    solución muy diluida. (3)

    La variación de la solubilidad se mide mediante
    una curva de solubilidad, y se realiza a través de la
    medición de la cantidad de soluto que
    satura una cantidad de solvente a distintas
    temperaturas.

    Estas curvas hacen posible saber a simple vista si la
    solubilidad aumenta o disminuye con la temperatura y poder calcular
    la cantidad de solvente necesaria para disolver completamente una
    cantidad de soluto a determinada temperatura. (4)

    La dependencia de la solubilidad de un sólido
    respecto de la temperatura varía de manera considerable, y
    dicha variación proporciona una forma para obtener
    sustancias puras a partir de mezclas. La
    precipitación selectiva es la separación de una
    mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus
    diferentes solubilidades, pues se puede pasar del punto de
    saturación en la solución con respecto a uno de los
    solutos y obligarlo a precipitar, dejando el otro soluto en
    solución. (1)

    Este método
    funciona mejor si el compuesto que se va a purificar tiene una
    curva con una fuerte pendiente, es decir, si es mucho más
    soluble a altas temperaturas que a temperaturas bajas. De otra
    manera, una gran parte del compuesto permanecerá disuelto
    a medida que se enfría la disolución. La
    precipitación selectiva también funciona si la
    cantidad de impurezas en la disolución es relativamente
    pequeña.

    Durante el desarrollo de
    la sesión de práctica se quiso obtener la Curva de
    Solubilidad del Nitrato de Potasio a fin de conocer las
    condiciones de temperatura y cantidad de solvente necesarias para
    separar el Nitrato de Potasio de una mezcla, por
    precipitación selectiva, del otro componente.

    PROCEDIMIENTO
    EXPERIMENTAL.

    En la sesión de práctica se realizaron dos
    experiencias por separado. La primera consistió en la
    Determinación de la Curva de Solubilidad del Nitrato de
    Potasio (KNO3) y en la segunda se realizó el
    proceso de separación por precipitación selectiva
    de dicho compuesto de una mezcla, en la cual se supuso que se
    encontraba en un porcentaje de 75% en masa. A continuación
    procederemos a explicar en forma más detallada el
    procedimiento experimental seguido en ambas
    experiencias.

    • Experiencia Nº 1:
      Determinación de la Curva de Solubilidad del
      Nitrato de Potasio.
    1. Pesar 2.00 g de KNO3 y agregarlo en un
      tubo de ensayo grande.
    2. Añadir 5 ml de agua destilada medidos en un
      cilindro graduado.
    3. Calentar suavemente el tubo de ensayo con la muestra
      en un Baño de María hasta disolver el
      sólido y sin permitir que el agua hierva.
    4. Luego de que se disuelva el sólido se debe
      retirar el tubo de ensayo del baño e introducir el
      termómetro.
    5. Se deja enfriar y se registra la temperatura a la
      cual empieza la cristalización.
    6. Con la disolución resultante se repite la
      experiencia añadiéndole 2.00 g más de
      KNO3 y 2 gotas aproximadamente de agua destilada con
      el fin de compensar las pérdidas por evaporación.
      En este punto se deben repetir los pasos 3, 4 y 5 anteriormente
      descritos.
    7. Se debe repetir el mismo procedimiento dos veces
      más, añadiendo cada vez 2.00 g de sal y dos gotas
      de agua destilada. Se debe llegar hasta 8.00 g de sal
      disueltos. Para cada repetición se deben realizar los
      pasos 3, 4 y 5 nuevamente.
    8. Con los datos de temperatura obtenidos anteriormente
      se debe graficar la curva de solubilidad, donde se debe colocar
      en el eje de las abcisas: gr de KNO3 / 5ml de agua,
      y en el eje de las ordenadas la temperatura.

    Experiencia Nº 2: Separación
    del Nitrato de Potasio (KNO3) por
    precipitación selectiva.

    1. Obtener una mezcla de KNO3 y otro nitrato,
      para luego pesar 5.00 g en un beaker de 150 ml.
    2. Suponer que la mezcla tiene 75% en masa de
      KNO3 y calcular la masa de sal presente en la
      mezcla.
    3. Usar la curva de solubilidad anteriormente obtenida
      para calcular la masa de sustancia que se disuelve a 75 ºC
      en 5 ml de agua.
    4. Con el dato anterior se calcula la cantidad
      mínima de agua que se necesita para disolver toda la sal
      de la muestra a 75 ºC.
    5. Poner agua a enfriar en un recipiente con
      hielo.
    6. Añadir al beaker con la muestra la cantidad
      mínima de agua más 2.0 ml
      adicionales.
    7. Cubrir el vaso con un vidrio de reloj
      y calentar lentamente hasta disolver el
      sólido.
    8. Luego de la disolución se debe colocar a
      enfriar el beaker en la mezcla de agua con hielo.
    9. Mientras la solución se enfría y
      precipitan los cristales blancos de KNO3 se debe
      realizar el montaje de un aparato de filtración por
      succión.
    10. Tomar un papel de filtro y pesarlo sobre un vidrio de
      reloj limpio y seco. Es obligatorio identificar el papel de
      filtro.
    11. Introducir el papel de filtro en el embudo del
      montaje y humedecer con agua destilada.
    12. Abrir la llave del montaje para hacer succión
      de manera que el papel se adhiera al fondo del
      embudo.
    13. Verter la muestra fría sobre el embudo. Luego
      se lava el sólido con una pequeña cantidad de
      agua destilada hasta que los cristales no presenten color.
    14. Dejar funcionar la succión sobre la muestra
      por unos minutos para que se seque.
    15. Pasar cuidadosamente el papel de filtro con el
      precipitado obtenido al vidrio de reloj y colocarlo en la
      estufa.
    16. Sacar el vidrio de reloj con la muestra, se deja que
      llegue a temperatura ambiente y
      finalmente se pesa.

    Luego de seguir el procedimiento anteriormente explicado
    se obtuvieron los siguientes datos experimentales:

    Tabla Nº 1: Datos
    Experimentales obtenidos en la Experiencia Nº
    1.

    MUESTRA (± 0.01
    g)

    TEMPERATURA (± 1
    ºC)

    2.00 g KNO3 / 5 ml de
    agua

    24

    4.00 g KNO3 / 5 ml de
    agua

    46

    6.00 g KNO3 / 5 ml de
    agua

    62

    8.00 g KNO3 / 5 ml de
    agua

    78

    Tabla Nº 2:
    Datos Experimentales obtenidos para la Experiencia
    Nº 2.

     

    MASA ( ± 0.01
    g)

    1- Masa de la
    mezcla

    5.09

    2- Masa del papel de filtro y
    vidrio de reloj

    56.94

    3- Masa del producto, papel de filtro y vidrio de
    reloj

    59.23

    4- Masa de producto final
    (KNO3)

    2.29

    RESULTADOS OBTENIDOS.

    En esta parte del trabajo
    presentaremos los resultados obtenidos luego de manipular
    adecuadamente los datos experimentales correspondientes a cada
    experiencia.

    • Experiencia Nº 1:
      Determinación de la Curva de Solubilidad del Nitrato
      de Potasio (KNO3)

    Los datos experimentales correspondientes a esta
    experiencia se encuentran tabulados en la Tabla Nº 1. En
    base a ellos se procedió a realizar la gráfica
    según las indicaciones explicadas anteriormente.
    Así, el gráfico obtenido es el
    siguiente:

    • Experiencia Nº 2:
      Separación del Nitrato de Potasio
      (KNO3) por precipitación
      selectiva.

    Los datos experimentales correspondientes a esta
    experiencia se encuentran tabulados en la Tabla Nº 2. Se
    puede observar que se pesaron 5.09 ± 0.01 g de mezcla y
    haciendo la suposición de que contenía 75% en masa
    de KNO3 se obtuvo que deberían haber 3.82 ± 0.01 g
    de sal en la mezcla.

    Al hacer uso del gráfico Nº 1
    correspondiente a la curva de solubilidad se puede observar que a
    75 ºC se disuelven aproximadamente 7.60 ± 0.01g de
    sal por cada 5 ml de agua. En base a este dato se estima que debe
    agregarse una cantidad mínima de 2.5 ± 0.1 ml de
    agua para lograr la disolución completa de la
    sal.

    De acuerdo con las indicaciones dadas en el
    procedimiento experimental se deben agregar 2.0 ml más,
    por lo que finalmente se agregaron 4.5 ± 0.1 ml de agua
    destilada a la muestra contenida en el beaker.

    De la Tabla Nº 2 también se observa que el
    peso del producto, papel de filtro y vidrio de reloj fue de 59.23
    ± 0.01 g y el peso del papel de filtro y vidrio de reloj
    fue de 56.94 ± 0.01 g. A partir de ambos datos y por
    diferencia se obtiene que la masa de producto final
    (KNO3) recuperada fue de 2.29 ± 0.01g.
    Finalmente, al comparar con el valor inicial de KNO3
    presente en la mezcla se puede decir que el Porcentaje de
    Recuperación fue de 59.95%.

    DISCUSIÓN.

    Como dijimos anteriormente, durante la sesión de
    práctica se realizaron dos experiencias por separado cuyo
    procedimiento fue explicado anteriormente. En esta sección
    nos proponemos discutir los aspectos relevantes de cada
    una.

    Para la primera experiencia, luego de retirar el tubo de
    ensayo del Baño de María y dejar que enfriara, se
    observó un buen proceso de cristalización en cada
    determinación de temperatura donde se logró la
    formación de cristales grandes en la disolución. De
    acuerdo con los datos experimentales obtenidos (ver Tabla Nº
    1) y del gráfico realizado en base a ellos (ver
    Gráfico Nº 1) se puede observar un crecimiento lineal
    de la solubilidad con la temperatura, es decir, la solubilidad
    del Nitrato de Potasio (KNO3) aumenta a medida que se
    aumenta la temperatura.

    También se observa que dicho proceso de
    disolución es exotérmico por la misma razón
    anterior: la solubilidad de la sustancia crece conjuntamente con
    el aumento de la temperatura. En este sentido se verifica la
    afirmación hecha por Chang: si la atracción
    soluto-disolvente es mayor que la atracción
    disolvente-disolvente y que la atracción soluto-soluto, el
    proceso de disolución es exotérmico.

    En la segunda experiencia se empleó el
    método de precipitación selectiva para separar el
    KNO3 de una mezcla. Aquí se debió
    realizar el sobreenfriamiento de la solución para
    posteriormente llevar a cabo la filtración, motivado a la
    alta solubilidad de la sal a elevadas temperaturas. Si la
    solución se hubiese filtrado caliente las pérdidas
    serían mayores.

    Cuando se puso a enfriar el beaker con la muestra en
    agua con hielo se observó la formación de un
    sólido de aspecto gelatinoso y color verde claro, donde
    fue desapareciendo el color hasta obtener un cristal bien formado
    de color blanco con algunas partes de color verde. Luego de
    verter la muestra fría sobre el embudo se lavó el
    sólido con una pequeña cantidad de agua destilada
    fría hasta que los cristales no presentaran
    coloración.

    Se dejó funcionar la succión sobre la
    muestra por unos minutos para que secara y finalmente se
    introdujo en la estufa. Al día siguiente se recogió
    la muestra, se pesó y se obtuvo un porcentaje de
    recuperación de 59.95% con respecto a la cantidad inicial
    de KNO3 presente en la mezcla. Si se desea conocer con
    mayor exactitud los datos experimentales referentes a esta
    experiencia se recomienda ver la Tabla Nº 2.

    Es bueno recalcar que el método de
    precipitación selectiva funcionó de buena manera en
    virtud de que el compuesto que se iba a purificar tiene una curva
    con una fuerte pendiente, es decir, es mucho más soluble a
    altas temperaturas que a temperaturas bajas.

    De otra manera, una gran parte del compuesto
    permanecería disuelto a medida que se enfriara la
    disolución. También el método
    funcionó porque la cantidad de impurezas en la
    disolución era pequeña.

    CONCLUSIONES.

    Durante el desarrollo de la sesión de
    práctica se pudo dar cumplimiento de manera satisfactoria
    con los objetivos
    planteados al inicio de la misma. De acuerdo con los resultados
    obtenidos se puede concluir que.

    • La solubilidad del Nitrato de Potasio
      (KNO3) crece conjuntamente con el aumento de la
      temperatura donde se puede observar un comportamiento lineal.
    • El proceso de disolución del Nitrato de
      Potasio (KNO3) es exotérmico.
    • El método de Precipitación Selectiva
      constituye una buena herramienta para la separación del
      Nitrato de Potasio (KNO3) de una mezcla en virtud de
      su alta solubilidad a altas temperaturas. Para el caso de
      nuestra experiencia se obtuvo un porcentaje de
      recuperación de 59.95%.

    REFERENCIAS
    BIBLIOGRÁFICAS:

    1. CHANG, Raymond. Química.
      Editorial Mc Graw Hill. Sexta Edición. México, 1999.
    2. SIENKO, M. y PLANE, R. Química
      Teórica y Descriptiva
      . Editorial Aguilar.
      España, 1970.
    3. MORTIMER, C. Química. Grupo
      Editorial Iberoamérica. Quinta Edición,
      1996.
    4. GUÍA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO
      DE QUÍMICA GENERAL II
      . Universidad
      Simón Bolívar. Venezuela,
      2003

    JESÚS ARELLANO

    MATERIA: LAB. QUÍMICA
    GENERAL II

    QM-1182

    REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.

    MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR.

    UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR.

    VALLE DE SARTENEJAS – VENEZUELA.

    VALLE DE SARTENEJAS, 2 DE FEBRERO DE 2005.

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