III) EXPERIENCIAS

Soluciones, aguas y coloidesObjetivo:

-Determinar experimental el punto de ebullicin y el de congelacin de ciertas sustancias.

-Analizar los componentes del agua potable.

-Diferenciar el comportamiento de un coloide al ser expuesto a cierta temperatura Fundamento terico:

Ebulloscopia: Es el estudio de las leyes de ebullicin de las disoluciones para hallar la determinacin del peso molecular de una sustancia por la variacin del punto de ebullicin de sus disoluciones.Crioscopia: Determina del punto de congelacin de un lquido en el que se halla disuelta una sustancia, para conocer el grado de concentracin de la solucin.Coloide: Es una sustancia cuyas partculas pueden encontrarse en suspensin en un lquido, merced al equilibrio coloidal; dichas partculas no pueden atravesar la membrana semi-permeable de un osmmetro.

La definicin clsica de coloide, tambin llamada dispersin coloidal, se basa en el tamao de las partculas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamao bastante pequeo, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios pticos, aunque son mayores que las molculas ordinarias. Las partculas que forman los sistemas coloidales tienen un tamao comprendido entre 50 y 2.000 .

En las dispersiones coloidales se distinguen dos partes:

Fase dispersa: las llamadas micelas.

Fase dispersante: en las que estn dispersas las partculas coloidales.

Las partculas coloidales tienen un tamao diminuto, tanto que no pueden separarse de una fase dispersante por filtracin.

Las disoluciones son transparentes, por ejemplo: azcar y agua.

Tenemos una dispersin cuando las partculas son del tamao de 2.000, y las partculas se pueden separar por filtracin ordinaria.

Tipos de sistemas coloidales: En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser un gas, un lquido o un slido, excepto que ambos no pueden estar en estado gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales:

Medio de dispersinFase dispersaNombreEjemplos

GasLquido

SlidoAerosol lquido

Aerosol slidoNiebla, nubes,

Polvo, humo.

LquidoGas

Lquido

SlidoEspuma

Emulsin

SolEspumas (de jabn, cerveza, etc.), nata batida.

Leche, mayonesa.

Pinturas, tinta china, goma arbiga, jaleas

SlidoGas

Lquido

SlidoEspuma slida

Emulsin slida

Sol slidoPiedra pmez.

Mantequilla, queso.

Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas

De todos ellos, los ms relevantes son los que poseen un lquido como medio dispersivo, como las emulsiones y los soles.

La morfologa de las micelas, en los sistemas coloidales, es variada, distinguimos tres tipos:

Esfricas: cuyos coloide se llaman globulares, que son los ms importantes, dentro de estos los de mayor importancia estn formados por compuestos inorgnicos. Su grado de viscosidad es pequeo

En forma de fibra: coloides fibrosos, formados por largas cadenas macromoleculares, de gran viscosidad.

Laminares: coloides laminares de viscosidad intermedia.

Movimiento browniano: movimiento errtico constante de partculas diminutas suspendidas en un lquido o un gas. Este fenmeno fue descubierto en 1827 por el botnico escocs Robert Brown. Debido a su movimiento propio, las molculas del fluido chocan aleatoriamente con las partculas suspendidas y hacen que stas se muevan. En 1905, Albert Einstein dio una explicacin matemtica del fenmeno y lo integr en la teora cintica. El cientfico francs Jean Baptiste Perrin realiz una de las primeras estimaciones del nmero de Avogadro mediante un estudio cuantitativo del movimiento browniano.

Efecto Tyndall: Fenmeno por el que un medio turbio atravesado por un haz de luz solar, refleja lateralmente luz visible. Cuando un rayo de luz atraviesa un medio con partculas en suspensin, su trayectoria se hace visible lateralmente gracias a la luz reflejada de forma irregular sobre la superficie de aquellas partculas. Este efecto se utiliza para distinguir entre disoluciones verdaderas y coloides. Si la luz atraviesa una disolucin verdadera y sta se observa perpendicularmente a la direccin del haz luminoso, no se aprecia la trayectoria del haz, pero si se hace esta misma observacin en una disolucin coloidal, el haz se hace visible mediante pequeos puntos de luz.

As, cuando en una habitacin oscura penetra un rayo de luz, su trayectoria se hace visible por la reflexin de la luz sobre las partculas de polvo suspendidas coloidalmente en el aire.

Cuando las partculas son muy pequeas y sus dimensiones son del orden de la longitud de onda de la luz, sta no es reflejada por aqullas, sino difundida, y adems resulta parcialmente polarizada.

Comportamiento elctrico de los coloides: Las micelas estn cargadas de electricidad, lo que se puede demostrar introduciendo dos electrodos conectados a una fuente de corriente continua en una dispersin coloidal, en cuyo caso las partculas se mueven segn el signo de su carga, sea hacia el nodo (anaforesis) o hacia el ctodo (cataforesis), originando un fenmeno conocido con el nombre de electroforesis. La velocidad de desplazamiento de las micelas, por unidad de intensidad del campo, es variable y depende de su carga y de la resistencia que le opone el disolvente. La electroforesis se usa para separar los componentes de una solucin coloidal, por ejemplo, las protenas de la sangre, para ello se arma un dispositivo donde, en la parte inferior del tubo, se ubica la solucin coloidal constituida por una mezcla de sustancias coloidales que so cubre con una solucin "buffer". Al cerrarse el circuito, las partculas coloidales se van desplazando en las ramas del tubo, dejando entre ellas y el "buffer" y entre los distintos coloides que la constituyen, una superficie de separacin perfectamente ntida. Si la mezcla contiene, por ejemplo, dos o ms protenas diferentes y como cada una de ellas tienen su propia velocidad de desplazamiento, se forman distintos frentes de avance, uno por cada prtido.

El origen de la carga elctrica de la micela puede encontrarse en una de estas posibilidades:

0. las micelas, debido a su enorme superficie, adsorben algunos iones existentes en la solucin, lo que, al unirse a la partcula coloidal le comunican su carga en cuyo caso los iones de signo opuesto, que quedan en exceso rodean a las micelas formando de este modo una doble capa electrnica.

2. algunas micelas, al entrar en solucin se disocian separando un in de carga positiva o negativa, mientras el resto queda cargado de electricidad y convertido en un electrolito coloidal.

Propiedades de adsorcin de los coloides: La adsorcin es un fenmeno de superficie, que tiene lugar entre las distintas partculas que forman una solucin. De ah que las micelas coloidales, de gran superficie, gocen de la propiedad de adsorber los iones del medio que las rodean. Este fenmeno explica, por ejemplo, lo ya dicho sobre la carga de las micelas, o bien la estabilidad de los coloides, que se aumenta agregando a la solucin coloidal una pequea cantidad de electrlito, suficiente para formar alrededor de la micela una envoltura o capa elctrica de mismo signo.

III) EXPERIENCIAS.Experiencia 01: Ebulloscopia En un vaso de 150 ml vierta agua destilada hasta aproximadamente la mitad del vaso. Al vaso con agua colquela sobre una rejilla con asbesto y somtala al calentamiento hasta la ebullicin. Despus lave el vaso y vierta en el vaso hasta la mitad aproximadamente una solucin acuosa de NaCl 0,8 m.

Observaciones:Tebpuro = 100,0 C

;Tebsolv/solt = 101,2 C

Adems:

T = Tebsolv/solt - Tebpuro = iKbmi = constante de Van Hoff.

m = molalidad.

Kb = constante ebullioscpica molal.Entonces:

Tmedido = (101,2 100,0) C = 1,2 CTreal = (2) (0,52) (0,8) = 0,8 CCalculo de % error: % error = 1,2 0,8 x 100 = 50 %

0,8

imagen

Experiencia 02: Crioscopia

En un tubo de ensayo de 18x 150 que contiene 8g de naftaleno (solvente) y 2g de una sustancia de peso molecular desconocido (soluto); sumrjalo en un vaso que contiene agua hasta los de su volumen.

Caliente el agua hasta que el naftaleno se fusione, en ese momento retire el mechero y espere hasta que se aprecie unos cristalitos muy finos en ese instante mida la temperatura.

Observaciones:Tcongpuro = 80,3 CTcongsolv/solt = 79,1 C

Adems:

T = Tcongpuro - Tcongsolv/solt = iKcmi = constante de Van Hoff.

m = molalidad.

Kc = constante crioscpica molal.Entonces: T = (80,3 79,1) C = (1) (6,9) (2/8X)

X = 1.4- Para medir la temperatura de la solucin se debe agitar con una baqueta de esta manera se homogeniza.

Experiencia 03: Agua PotableIon Sulfato (SO4-2):En un tubo de ensayo 13x100 agregue 3 ml de agua de cao.

Aada:

3gotas de HCl (l) (1:1)

20 gotas de BaCl2(l) (0,1 N)

Observaciones:

HCl: color amarillo.

BaCl2: incoloro.

La mezcla resulta turbia.

El producto: BaSO4.

Ion Cloruro (Cl-):En un tubo de ensayo 13x100 agregue 3 ml de agua de cao.

Aada:

2 gotas de HNO3(l) (6M).

2 gotas de AgNO3 (0,1M).

4 gotas de NH4OH (15 M).

Observaciones:

HNO3: incoloro

AgNO3: incoloro

Adquiere un color blanco.

NH4OH; hace desaparecer el color blanco y la vuelve incolora.

El producto: AgCl.

Ion Calcio y Magnesio (Ca+2 y Mg+2):En un tubo de ensayo de 13x100 agregue 5 ml de agua de cao. Aada 10 gotas de (NH4)2CO3(l), (1,5 M).

Centrifugue y decante la solucin a otro tubo de ensayo de 13x100; en esta solucin separada adicione 10 gotas de Na2HPO4 (0,5 N).

Observaciones:

(NH4)2CO3: incoloro.

Na2HPO4: incoloro.

La mezcla resulta turbia.

productos: CaCO3(s) y MgHPO4(s)Ion Calcio (Ca+2):

En un tubo de ensayo 13x100 agregue 3 ml de agua de cao.

Aada:

5 gotas de NH4OH (15 N).

3 gotas de (NH4)2C2O4 (0,5 N).Observaciones:

NH4OH: incoloro.

(NH4)2C2O4: incoloro.

La mezcla resulta turbia claro.

Producto: CaC2O4.

Experiencia 04: ColoideA dos tubos de ensayo A y B; adicione aproximadamente 10 ml de agua destilada a cada tubo.

Tubo A: Agregue 4 gotas de FeCl3 (saturado).

Observaciones:

FeCl3: amarillo verde oscuro.

Reaccione: 3H2O(l) + FeCl3(l) Fe(OH)3(l) + 3HCl(l) La mezcla presenta fase liquida.

La mezcla es una solucin, esto se demuestra por que la luz del laser no se refleja.

Tubo B: Caliente a ebullicin el agua contenida en este y agregue inmediatamente 4 gotas de FeCl3 (saturada).Observaciones:Reaccin: calor + 3H2O(l) + 2FeCl3(l) Fe2O3(s) + 6HCl(l) La mezcla presenta fase solida y liquida.

La mezcla es un coloide, esto se aprecia al pasar la luz del laser porque demuestra el Efecto Tendal.

Cuestionario:

1) Describa el proceso de disolucin a nivel molecular:En el proceso de disolucin, los factores ms importantes a considerar son dos.

Interaccin- soluto solvente: este factor es importante para explicar la formacin de soluciones liquidas, se seala que solo lo semejante disuelve a lo semejante, por lo tanto una sustancia polar o inica se disolver en disolvente polar, y una sustancia apolar lo har en un disolvente apolar.

Tendencia del sistema a adquirir una mayor entropa: este factor es importante en algunas soluciones liquidas donde la interaccin soluto-disolvente es dbil o menor que la interaccin soluto-soluto y solvente- solvente y, en toda solucin gaseosa. En estos casos, el soluto se disuelve homogneamente en el disolvente con la afinidad de lograr un estado de mayor entropa o mayor desorden molecular.

Las disoluciones por su capacidad de disolucin se dividen en saturada, no saturada, sobresaturada.

Un ejemplo de disolucin de un slido en un lquido es el NaCl(s) en agua..

2) coloides intrnsecos y extrinsecos: La afinidad de las micelas por el medio dispersante puede ser muy acentuada (liofilia) o bien pequea o nula (liofobia). Cuando el medio de dispersin, es el agua, esta propiedad se denomina hidrofilia e hidrofobia.

La hidratacin de los coloides se debe a, la atraccin recproca que tiene lugar entre las partculas coloidales, cargadas elctricamente, y las molculas de agua. En efecto, consideradas stas como un dipolo con sus cargas positiva y negativa ubicadas una en cada extremidad, al enfrentarse con una micela, tambin cargada de electricidad, se atraen, mutuamente por sus cargas de signo contrario, hasta llegar a unirse. Al agitar en un vaso, una mezcla de aceite y agua, se obtiene una emulsin, pero esta inestable, ya que al dejar de agitarla, se distinguen perfectamente dos capas, una la de agua, en el fondo del vaso, y otra la del aceite, que queda en la superficie.

Los soles metlicos, tambin son dispersiones coloidales inestables. Estos coloides se pueden estabilizar mediante una sustancia que se llama estabilizador, impidiendo la tendencia de estas partculas a unirse entre si para formar otras mayores, coloides hidrfobos.

Hay algunas sustancias que forman directamente dispersiones coloidales estables. Estos coloides auto estables, se denominan hidrfilos.

Coloides hidrfilos: Las sustancias que forman estos coloides son de naturaleza orgnica cuyas molculas estn constituidas por la larga cadena hidrocarbonada con un grupo polar en uno de los extremos.

Estas sustancias se disuelven en agua, ya que se forman enlaces de hidrgeno entre el grupo polar y las molculas de agua, pero no son solubles cuando la parte hidrocarbonada es larga, ya que esta no es atrada por las molculas de agua. Estas dos fuerzas opuestas, hacen que las molculas se agrupen en pequeas partculas, de tal forma que los grupos polares se orientan hacia la superficie y las partes hidrocarbonadas, hacia el interior de las partculas.

Las micelas estn formadas por centenares de molculas de agua que impiden que se unan entre si.

Coloides hidrfobos: En las dispersiones estables de coloides hidrfilos, por ejemplo jabn y agua, existe un perfecto equilibrio entre molculas iguales y las fuerzas atractivas entre molculas distintas. Cuando las ltimas son mayores que las primeras se forma una disolucin verdadera. Sin embargo, cuando las fuerzas de atraccin entre molculas iguales es mayor que entre molculas no se forma la dispersin, a no ser, que se aada una sustancia estabilizadora.

La estabilizacin se consigue de dos formas:

Mediante los llamados coloides protectores: son coloides hidrfilos y su accin estabilizadora se debe a la formacin de una capa monomolecular que rodea a las gotitas del coloide hidrfobo.

La parte hidrocarbonada esta dirigida hacia dentro atradas por las molculas del aceite y los grupos polares, estn dirigidos hacia la superficie atrados por el conjunto de molculas de agua.

Por absorcin de iones: tiene lugar en coloides hidrfobos de naturaleza inorgnica. Al formarse las partculas coloidales, stas, adsorben iones, presentes en el medio dispersivo. Esta adsorcin es selectiva, las partculas solo adsorben una especie de iones. Como resultado de esta adsorcin selectiva, las partculas coloidales, se cargan elctricamente. Esta carga es variable de unas micelas a otras, aunque siempre del mismo signo, entonces las micelas se repelen entre si, evitando que se unan unas con otras.Proceso de imbibicin de geles: La coagulacin de algunos soles hidrfilos, da lugar a la formacin de un producto que contiene gran parte del lquido dispersante y que recibe el nombre de gel, por ejemplo, cuando un gel de concentracin elevada, siendo este un sol hidrfilo de gelatina, y a gran temperatura, se deja enfriar cuajando entonces, formando un gel. Este gel, se emplea en la preparacin de postres.

La formacin del gel, se debe a dos factores principalmente:

El hinchamiento de las partculas coloidales.

La captura de gran parte del lquido de dispersin.

El gel recibe el nombre de jalea, cuando contiene una gran cantidad de componente lquido.

El fenmeno de la fijacin de agua por las micelas coloidales recibe el nombre de imbibicin o gelificacin y se demuestra introduciendo un trozo de gelatina o agar en un recipiente con agua; casi inmediatamente comienza a hincharse, aumentando sensiblemente su volumen y adquiriendo un aspecto blando y elstico. La prdida del disolvente por parte del coloides es el proceso inverso a la imbibicin se denomina sinresis. Se debe a que la mayor cantidad de la fase dispersa, en unin de una pequea porcin del disolvente se deposita en forma de una masa gelatinosa de notable viscosidad; el coloide se separa as de del disolvente, transformndose en una jalea o gel.Bibliografa:

Cotton, Albert y Wilkinson, Goffrey. Qumica inorgnica avanzada. Mxico, D. F.: Editorial Limusa, 1986. Pg. 60- 70.Gutirrez Ros, Enrique. Qumica inorgnica. Barcelona: Editorial Revert, 1988.Pg. 80- 90.Chang, Raymond. Qumica. Mxico: Editorial McGraw-Hill, 6 ed., 1998. Pg. 450- 470.

Petrucci. Quimica I. Mexico D.F. Editorial Sinea, 1997. Pg. 320- 330.(a) movimiento desordenado de partculas coloidales. (b) las partculas coloidales son impactadas por las molculas del medio dispersante en todas las direcciones, provocando as el movimiento desordenado.

El haz luminoso no es visible cuando pasa a travs de una solucin pero se hace visible (brilla) cuando pasa a travs de un coloide (efecto tyndall).Esto se debe al mayor tamao de las partculas dispersadas en el sistema coloidal.

Electrofresis (a) las partculas coloidales cargadas migran hacia los electrodos. (b) partculas coloidales cargadas por absorcin y que son rodeadas por iones de cargas opuestas

Doble carga de la mice

Grafico: temperatura de ebullicin de agua y cloruro de sodio acuoso

Grafico: temperatura de congelacin del naftaleno.

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