Universidad de la Sabana

Facultad de Ingeniería

Informe de Laboratorio IV

Química General I Grupo 8

Integrantes:

Juan David González

Mariana Palomino

David Rodríguez Fontalvo

Álvaro Villanueva

Daniela Lorenzo

Presentado a:

Diana Maritza Loaiza Parra

13 de noviembre de 2015

Índice

1. Resumen .......................................................................................................................... 3

2. Tema ................................................................................................................................ 3

3. Objetivos .......................................................................................................................... 3 Objetivos específicos: ......................................................................................................... 3

4. Fundamento Teórico ........................................................................................................ 3

5. Método experimental ....................................................................................................... 6 5.1 Materiales ...................................................................................................................... 6 5.2. Procedimiento experimental ...................................................................................... 6

6. Resultados ........................................................................................................................ 8

7. Análisis de los resultados ................................................................................................ 8

8. Conclusiones .................................................................................................................... 9

9. Referencias B ................................................................................................................. 10

10. Cuestionario ................................................................................................................ 10                          

 

1. Resumen Este laboratorio consistió en la experimentación con sal y agua para la formación de cristales de cloruro de sodio. De este modo se pudieron evaluar propiedades físicas como la capilaridad y el punto de ebullición del agua, y las fuerzas moleculares que rigen tanto al agua como al cloruro de sodio. Para esto se siguió la metodología especificada en la guía de laboratorio y se aplicó el método científico para analizar de mejor forma los resultados, y así poder crear las mejores conclusiones. En los resultados encontramos que la sal que inicialmente estaba disuelta se cristalizó, y subió por el hilo, además de precipitarse. Palabras clave: sal, agua, cristales, cloruro de sodio, capilaridad, punto de ebullición, fuerzas moleculares, precipitación.

2. Tema Reconocimiento de las propiedades físicas de las sustancias en diferentes estados de la materia.

3. Objetivos Objetivo General: Reconocer algunas propiedades físicas de las sustancias en sus diferentes estados de la materia.

Objetivos específicos:

• Identificar las variables que influyen en el proceso de cristalización de la sal. • Analizar las variables influyentes en el proceso de cristalización. • Comprender lo ocurrido en la experiencia. • Integrar los conocimientos de fuerzas moleculares a las experiencias, para

explicar los fenómenos percibidos.

4. Fundamento Teórico  La teoría cinética molecular, toma en cuenta las propiedades de los gases suponiendo que las partículas de gas actúan en forma independiente una de otra. Puesto que las fuerzas de atracción entre ellas son muy débiles, las partículas de los gases tienen la libertad para moverse al azar y ocupar el espacio disponible. Sin embargo, no ocurre lo mismo con los líquidos ni con los sólidos, los cuales se diferencian de los gases por la presencia de fuerzas de atracción entre sus partículas. En los líquidos esas fuerzas de atracción son lo

suficientemente intensas para mantener en contacto estrecho a las partículas, aun cuando permiten que fluyan y se deslicen una sobre otra. En los sólidos las fuerzas son tan inmensas que mantienen a las partículas en su sitio e impiden su movimiento.

Debido a lo mencionado de último, los sólidos son capaces de formar estructuras cristalinas, ya que sus moléculas, iones, o átomos se organizan en disposiciones bien definidas. Los sólidos cristalinos son capaces de formar superficies planas y caras definidas, debido a la organización de sus moléculas. Asimismo un sólido cristalino puede tornarse amorfo, si es llevado a su punto de fusión y posterior a esto su temperatura es bajada rápidamente. Lo que ocurre es que las fuerzas que rigen a las partículas de la sustancia no son suficientes para organizar de manera inmediata las moléculas, por lo que al enfriarse de manera drástica las moléculas no se ordenan adoptando formas de sólidos amorfos, con puntos de fusión variantes por la misma organización de sus partículas.

Las estructuras que los sólidos cristalinos adoptan son aquellas que permiten el contacto más íntimo entre las partículas, a fin de aumentar al máximo las fuerzas de atracción entre ellas. Estas estructuras poseen una unidad mínima, la celda unitaria, esta contempla no uno, sino un grupo de átomos unidos por una red cúbica. Existen tres tipos de estructuras: la cúbica simple: que contempla 8 octavos de átomo, o sea 1 en total; la cúbica centrada en el cuerpo, que contempla 8 octavos de átomo en los vértices del cubo y 1 en el centro, en total este tipo de celda unitaria contempla 2 átomos; por último está la celda de tipo centrada en las caras, esta contempla 8 octavos de átomos en cada uno de los vértices, 4 medios de átomos en cada una de las cara, en total este tipo de celda contempla 3 átomos en total (véase figura 1).

Figura 1 . Tipos de celda unitaria (Brown, LeMay, & Bursten, 2004).

El cloruro de sodio posee una estructura cúbica centrada en el cuerpo y en las caras, ya que cada ion, ya sea de sodio, o de cloro, se asocian con 4 átomos, y la estructura del cloruro de sodio contempla una cantidad total de 8 átomos, ya que se organizan 8 octavos de átomo de cloro en el vértice, y 6 medios de átomo de cloro en las caras, hasta aquí van 4 átomos. Por el lado del sodio hay 1 átomo en el centro del cubo y 12 cuartos en las aristas de este, por lo que serían 4 más (figura 2).

Figura 2. Celda unitaria del cloruro de sodio. (Brown, LeMay, & Bursten, 2004).

Figura 3. Momento dipolar del agua.

Debido a esta organización que oresentan las moléculas de cloruro de sodio, este compuesto es capaz de formar cristales de formas cúbicas. Una de las razones de esta organización se encuentra en las fuerzas de atracción que rigen al cloruro de sodio, estas fuerzas de atracciones son iónicas, por lo que las molpeculas tienen a junatrse en la mayor medida posible, y por tanto hacen una unidad compacta, que convierte a este compuesto en sólido a condiciones átmosfericas éstandar.

Otro punto importante, es hablar del agua, y dos de sus propiedades, la capilaridad, y su capacidad de disolvente universal.

La capilaridad del agua deriva de las fuerzas de adhesión entre el líquido y las paredes de un sólido provoca que las moléculas del líquido se junten a las del sólido, y este último tira del líquido subiéndolo por las paredes del sólido. El líquido sube hasta que las fuerzas de adhesión se equilibran con la fuerza de la gravedad sobre el líquido. (Brown, LeMay, & Bursten, 2004).

Asímismo el agua es conocida como el disolvente universal, ya que es capaz de disociar diferentes tipos de moleculas, sea cual sea su fuerza molecula. El agua puede disociar enlaces iónicos, o enlaces covalentes regidos por fuerzas de dipolo-dipolo, puentes de hidrógeno, y fuerzas de dispersión. La polaridad del agua viene de los átomos de hidrogeno y oxigeno que conforman la molécula, que en sus momentos dipolares adquieren una carga (Figura 3), y es así como está es capaz de disociar otras moleculas en sus iones o dipolos. (G. B.).

El cloruro de sodio puede disociarse en agua, ya que el agua, como compuesto polar es capaz de asociarse con compuestos del tipo iónico como lo es el cloruro de sodio. Las fuerzas que rigen esta solución son ión-dipolo, por lo que es medianamente estable esta disolución. Sin embargo las moléculas de cloruro de sodio, preferirán asociarse entre ellas mismas, asi que al estar en una gran concentración en la disolución, una fuerza mínma

inducirá la reorganización de las moléculas de cloruro de sodio, y estas empezarán a juntarse formando cristales.

 

5. Método experimental

5.1 Materiales

• Vaso • Agua • Sal de cocina • Hilo • Clip • Lapiz

5.2. Procedimiento experimental

1. Llenar un vaso con agua hasta aproximadamente la mitad de su volumen.

2. Adicionar consecutivamente una cucharada de sal tras otra hasta que se observa que tras la agitación correspondiente no se disuelve más cantidad de sal y que parte queda depositada en el fondo del vaso (disolución saturada).

3. Trasvasar la disolución a otro vaso con cuidado de no arrastrar parte de la sal depositada.

4. Por otro lado, atar un extremo de un hilo a un lápiz y el otro extremo del hilo a un clip metálico.

5. Introducir el clip en el vaso con la disolución saturada de sal de manera que al apoyar el lápiz en el borde del vaso el clip quede colgando debajo del agua.

6. Finalmente dejar el vaso en reposo y observar y anotar lo que ocurre dos semanas después de la experiencia.

Figura 4. Diagramación de la metodología

                                                           

 

 

 

 

 

Llenar  con  agua  hasta  la  mitad  el  vaso  

Saturar  la  solución  adicionando  sal  de  cocina  

Trasvasar  la  disolución  sin  arrastrar  la  sal  depositada  en  el  fondo  del  vaso  no  arrastrar  parte  de  la  sal  depositada.  

Atar  un  extremo  de  un  hilo  a  un  lápiz  y  el  otro  extremo  del  

hilo  a  un  clip  metálico.  

Introducir  el  clip  en  el  vaso  con  la  disolución  saturada  de  sal  de  manera  que  al  apoyar  el  lápiz  en  el  borde  del  vaso  el  clip  quede  colgando  debajo  del  

agua.  

Dejar  reposar  el  vaso  durante  dos  semanas  y  ver  lo  que  

ocurre  

6. Resultados Después de preparar la solución saturada de cloruro de sodio se observaron los siguientes resultados: Primeros 3 días: No ocurrió ningún cambio en la solución, ni en todo el montaje del experimento. (Figura 5) 4-6 día: Se empiezan a observar pequeños cristales de sal en el clip. Además el volumen de agua ha disminuido. 1era Semana: El clip ha sido rodeado por cristales de cloruro de sodio, asimismo se empiezan a notar pequeños cristales de sal en el hilo suspendido. 2da Semana: A los 10 días de iniciar el experimento, se nota como una gran cantidad de cristales de han acumulado en el hilo, sin embargo la gran mayoría d elos cristales percibidos se encuentran arraigados al hilo. 2da Semana: a los 15 días de iniciar el experimento es posible observar como la mayoría de los cristales en el hilo han caido al agua por su peso, adicional a esto se ha comenzado a precipitar la sal que se encontraba disuelta en agua. Nota: el volumen de agua ha disminuido. (Figura 6) Figura 5. Montaje después de los 3 días Figura 6. Montaje quince días despues

7. Análisis de los resultados  Con base en los resultados se hizo el siguiente análisis. Durante los primeros días, no ocurrio nada, o más bien, no se observó nada, debido a que el cambio en la organización de las moleculas de cloruro de sodio no era percibible, sin embargo a nivel molecular, estas estaban organizandose.

Las moléculas de cloruro de sodio disueltas en agua sufrieron un proceso de nucleación. Esto es que las partículas de cloruro de sodio sufrieron un cambio de fase; en donde en primer lugar se formaron pequeñas particulas, llamadas nucléos, en donde se empiezan a reunir los iones de la misma sustancia debido a que las fuerzas de atracción que existen para su mismo tipo de molecula son mayores ocn respecto a la relación que existia con el agua. Asimismo el clip sirvió como punto de nucleación, osea un punto de encuentro para las moleculas de cloruro de sodio, por eso para los primeros días se observó que pequeños cristales estaban pegados al clip. Por otro lado, el hilo también se lleno de cristales, pero ¿cómo se explica este hecho?, si el lugar donde se formó el cristal no estaba sumergido. La razón la podemos encontrar en las fuerzas de cohesión del agua. Como se meciona en el marco teórico, el agua tiene la capacidad de ascender a través de solidos, gracias a que las moleculas de agua pueden adherirse a superficies facilmente. Entonces, por esta razón la disolución ascendió por el hilo, como si fuera un capilar, arrastrando consigo parte de la sal en la disolución. Seguido a esto el agua que ascendió por el hilo se evaporó, dejando tan solo las particulas de sal, que poco a poco se fueron juntando una a una a medida que más agua ascendía y más agua se evaporaba. Por último, cuando el peso del cristal era demasiado para ser soportado por el hilo, parte de este cayó al agua, formando más puntos de nucleación como los visto en la figura 6., los cuales atrajeron las particulas de cloruro de sodio que aun estaban disueltas, formando así más cristales. A medida que iba pasando e tiempo, también se pudo apreciar que el vólumen de agua disminuía, esto se debe a que cuando el agua ascendía al hilo, el equilibrio vapor-líquido permitia que cierta masa de agua pasará a su estado gaseoso y por eso se viera disminución en el volumen de agua.

8. Conclusiones  

• Se pudieron reconocer propiedades físicas de la materia en sus diferentes estados, como la capacidad para cristalizarde un sólido, así de como este se solubiliza, la capacidad de disolvencia del agua, el cambio de fase de liquido a gaseoso, y la acción de las fuerzas moleculares en el comportamiento de la materia.

• La capilaridad del agua, influyó en el proceso de cristalización optimizandolo, así mismo, se hizo claro que gracias a las altas fuerzas de cohesión, el agua de verdad asciende por las paredes de sólidos como el hilo.

• Los puntos de nucleación propician el proceso de cristalización, de hecho inicialmente el clip fue quien inició, como punto de nucleación, el proceso de cristalización alrededor del mismo.

• Lo ocurrido se debe a que despues de saturar la solución, habían demasiadas partículas de cloruro de sodio por lo que, al inducir la unión de estos con un punto de nucleación, todas las moléculas tendieron a juntarse.

• El agua es capar de disociar compuestos iónicos, graias a las fuerzas moleculares que rigen a sus moleculas (dipolo-dipolo), así son capaces de capturar los iones de las sustancias, o por lo menos separarlas medianamente para formar una solución.

• Las estrucutras cristalinas observadas de cloruro de sodio concuerdan con las estructuras previamente consultadas de esta sustnias.

• El cloruro de sodio tiene una estructura cúbica, o por lo menos se deduce teniendo en cuenta lo observado y la organización que toman las moleculas de clouro de sodio.

9. Referencias B • Brown, T., LeMay, H., & Bursten, B. (2004). Química La Ciencia Central.

México: Pearson. • Química General, G. B. Equilibrios entre sólido, líquido y gas. Universidad de

Alcalá, Facultad de Farmacia. • Nucleación. (s.f.). En Wikipedia. Recuperado el 11 de noviembre de 2015 de

https://es.wikipedia.org/wiki/Nucleación    

   

10. Cuestionario a. ¿Por qué al formarse el cristal, este adquiere una forma cúbica? Explique lo

ocurrido haciendo uso la teoría molecular y la morfología cristalina. R// La teoría molecular dicta que las fuerzas presentes en los sólidos son demasiada grandes, por eso las moléculas de estas partículas tienden a estar muy juntas, adicional a esto, la moléculas buscan la mejor forma de organizarse para poder adquirir una estructura estable. Es entonces, donde la morfología cristalina entra, ya que algunos sólidos suelen adoptar formas geométricas tridimensionales para organizarse de la mejor forma, y es así como surgen los cristales con celdas unitarias de los diferentes tipos, en este caso cúbico.

b. ¿Qué tiene que ver la cantidad de sal en el agua con la formación de cristales? R// La cantidad de sal añadida debe ser suficiente como para que la solución este saturada, y así poder lograr que todos los espacios vacíos en el líquido los ocupe la sal, para que cuando se induzca la nucleación de los cristales las moléculas de la sal entren fácilmente en contacto las unas con otras. Por otro lado si se hubiera añadido poca sal, y se hubiese inducido un punto de nucleación, las moléculas hubieses tenido poco contacto las unas con las otras, y la reunión de moléculas de sal hubiese sido limitada o nula.

c. ¿Cómo modifica la formación del cristal el hilo sujeto al lápiz con el hilo sujeto al

clip? Explique.

R// Lo que ocurre en la formación es que, en primer lugar se formará un cristal para el clip, en segundo lugar, el agua ascenderá por el hilo arrastrando consigo la sal de la solución. Y esta, al encontrarse con partículas de sal empieza a formar cristales en el hilo. La diferencia es que si el clip estuviera en el fondo del vaso, el cristal se hubiese empezado a formar solo en este y hubiese sido mucho más grande que el visto en la experiencia, sin embargo, por la razón explicada previamente el hilo también sirve como punto de nucleación.