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UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS Facultad de Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales Programa de Ingeniería Agronómica INFORME DE PRACTICA LABORATORIO METODOS BÁSICOS DE SEPARACIÓN Lina María Larrota Corredor 111004719 Anlys Julieth Velásquez Castaño 111004742 Curso de Química Ingeniería Agronómica Junio de 2022
1. Resumen Resumen- Para esta práctica de laboratorio se tuvo como objetivo el determinar la solubilidad en algunas sustancias, teniendo en cuenta si estas son iónicas o covalentes. Por lo que, se realizó como primer procedimiento para poder evidenciar si estas sustancias se pueden diluir, lo siguiente: Cloruro de sodio, glucosa, sulfato de magnesio, ácido cítrico, naftaleno, cloruro de magnesio. Todas estas sustancias se probaron con agua destilada al igual que con éter etílico. Al evidenciar lo que sucedía con estas sustancias se logró interpretar el tipo de enlace que se presentaba. Como segundo procedimiento se esperaba conocer la conductividad de unas sustancias al 5%, las cuales son: solución de glucosa, cloruro de sodio, solución de etanol y solución de magnesio. También se conoció la conductividad del agua destilada y agua de la llave. Para este laboratorio se pudiera realizar se utilizaron los siguientes elementos: vaso de precipitado de 50 ml, pipeta calibrada de 5 ml, tubos de ensayo y una gradilla. Palabras Clave- Enlaces. Iónico. Covalente. Conductividad. Solubilidad. Sustancia. 2. Marco teórico. Símbolos de puntos de Lewis Los átomos se combinan para alcanzar una configuración electrónica más estable. La estabilidad máxima se logra cuando un átomo es isoelectrónico con un gas noble. Cuando los átomos interactúan para formar un enlace químico, sólo entran en contacto sus regiones más externas. El sistema de puntos de Lewis se utiliza para reconocer los electrones de valencia y asegurarse que el número total de electrones no cambia en una reacción química. Un símbolo de Lewis consta 1 | Página
DILATACIÓN TERMICA Claudia Patricia Negrete Varela, Ana María Petro Villalba del símbolo del elemento y un punto por cada electrón de valencia de un átomo del elemento. Enlace Iónico Los átomos de los elementos que tienen alta afinidad electrónica tienden a formar aniones. En cambio, los que tienen bajas energías de ionización tienden a formar cationes. Los metales alcalinos y alcalinotérreos tienen más probabilidad de formar cationes en los compuestos iónicos, y son los halógenos y el óxido los más aptos para formar aniones. La fuerza electrostática que une a los iones en un compuesto Energía reticular de los compuestos iónicos La energía reticular es una medida de la estabilidad de los compuestos iónicos de modo que su magnitud puede ayudar a explicar las fórmulas de tales compuestos. La energía de ionización de un elemento aumenta muy rápido conforme se liberan los electrones de sus átomos. Con los valores de energía de ionización y de afinidad electrónica de los elementos es posible predecir qué elementos forman compuestos iónicos. La energía de ionización y la afinidad están definidas para procesos que ocurren en fase gaseosa, aunque todos los compuestos iónicos son sólidos a 1 atm y 25°C. La estabilidad global del compuesto iónico sólido depende de las interacciones de todos los iones y no sólo de la interacción de un catión con un anión. Una medida cuantitativa de la estabilidad de cualquier sólido iónico es su energía reticular, que se define como la energía necesaria para separar completamente un mol de un compuesto iónico sólido es sus iones en estado gaseoso. (chang química séptima edición) Una medida cuantitativa de la estabilidad de cualquier sólido iónico es su energía reticular, que se define como la energía necesaria para separar completamente un mol de un compuesto iónico sólido es sus iones en estado gaseoso. (chang química séptima edición) Enlace Covalente Un enlace covalente es aquel en el que dos electrones son compartidos por dos átomos. Los compuestos covalentes son aquellos que sólo contienen enlaces covalentes. Un ejemplo de este tipo de enlace es la formación del enlace químico en el hidrógeno. Foto 1 Formación de un enlace químico en el hidrogeno. Para simplificar, el par de electrones compartidos se representa a menudo con una sóla línea. Así, el enlace covalente de la molécula de hidrógeno se escribe como H-–H. En el enlace covalente, cada electrón del par compartido es atraído por los núcleos de ambos átomos. Esta atracción mantienen unidos a los dos átomos en la molécula de 𝐻 y es responsable de la formacion de enlaces covalentes en otras moleculas. Las estructuras con las que se representan los compuestos covalentes se conocen como estructuras de Lewis. Una estructura de Lewis es la 2
DILATACIÓN TERMICA Claudia Patricia Negrete Varela, Ana María Petro Villalba Electronegatividad y número de oxidación Nos dice Jensen (1996) La electronegatividad ( X en este trabajo; X , EN , S , •, χ en otros) ha sido uno de los conceptos más útiles en la química y también uno de sus problemas más difíciles. A tal grado lo ha sido, que algunos científicos han llegado a cuestionar su solidez, validez y hasta su existencia. Se han publicado algunas decenas de escalas de X atómica y ninguna ha logrado obtener un éxito de 100% en cualquier aplicación, por lo que X se puede apreciar, todavía, como un problema-reto. Nos dice Moeller (1952) que "el número de oxidación significa, si es positivo, el número de electrones que debe añadirse a un catión para obtener un átomo neutro o, si es negativo, el que debe eliminarse de un anión para dar un átomo neutro.. .", la trivial carga de los iones de Arrhenius. No tan trivial es la frase que inserta inmediatamente después: "El concepto de número de oxidación puede ser aplicado también a materiales con enlaces covalentes, tomando como base la distribución desigual de los electrones compartidos [.. .] Así, en el HC1, por ser el cloro más electronegativo, éste adquiere una mayor cercanía del par compartido de electrones y por ello su número de oxidación asignado es 1-". Vemos que el intríngulis del asunto está en la suposición de que el elemento más electronegativo del enlace es el "poseedor" de los electrones del mismo, cuestión que es ciertamente motivo de debate. Así, la idea que hay detrás del concepto de número de oxidación es la comparación del ambiente electrónico de un átomo enlazado con el del mismo elemento en estado libre, como si todos los enlaces en los que participa fueran siempre iónicos. (Garritz, 1994). Resonancia La resonancia es un ejemplo de modelos desarrollados para justificar observaciones experimentales que no podían ser explicadas en términos de modelos sencillos, como el de una sola estructura de Lewis para cada especie molecular. Tipos de desionización y desmineralización de agua La desionización es un proceso que se realiza cuando existe una necesidad inmediata de distribución de agua purificada. Es imperativo que la desionización se realice cuando el agua esté cerca de ser utilizada, ya que la pureza del agua extremadamente alta se degrada rápidamente. Los sistemas de desionización funcionan reemplazando moléculas negativas y positivas en el agua con moléculas de hidrógeno (positivas) e hidroxilo (negativas). De hecho, las sustancias orgánicas se eliminan por filtración, lo que mejora la calidad del agua y evita la formación de depósitos de incrustaciones. Por esta razón, el agua desionizada es una de las opciones de uso más preferidas en fábricas e instalaciones de fabricación. Para muchas aplicaciones de laboratorio e industriales, se requiere agua de alta pureza que está esencialmente libre de contaminantes iónicos. El agua de esta calidad puede ser producida por la desionización. Los dos tipos más comunes de desionización son: Deionización de dos camas El desionizador de dos lechos consiste en dos recipientes, uno conteniendo una resina de intercambio catiónico en forma de hidrógeno (H +) y el otro conteniendo una resina aniónica en la forma hidroxil (OH-). El agua fluye a través de la 4
PRÁCTICA INFORME DE LABORATORIO columna de cationes, después de lo cual todos los cationes son intercambiados por iones de hidrógeno. Para mantener el agua eléctricamente equilibrada, para cada catión monovalente, p. Na +, se intercambia un ion hidrógeno y para cada catión divalente, p. Ca2 + o Mg2 +, se intercambian dos iones hidrógeno. El mismo principio se aplica cuando se considera el intercambio aniónico. El agua desciatizada fluye entonces a través de la columna aniónica. Esta vez, todos los iones cargados negativamente se intercambian por iones hidróxido que luego se combinan con los iones hidrógeno para formar agua (H2O). Deionización de cama mixta En los desionizadores de lecho mixto, las resinas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico se mezclan íntimamente y se contienen en un único recipiente a presión. La mezcla completa de intercambiadores de cationes y de intercambiadores de aniones en una sola columna hace que un desionizador de lecho mixto sea equivalente a una serie larga de plantas de dos capas. Como resultado, la calidad del agua obtenida a partir de un desionizador de lecho mixto es apreciablemente mayor que la producida por una planta de dos capas. Aunque son más eficientes en la purificación del agua de alimentación entrante, las plantas de lecho mixto son más sensibles a las impurezas en el suministro de agua e implican un proceso de regeneración más complicado. Los desionizadores de lecho mixto se usan normalmente para "pulir" el agua hasta niveles más altos de pureza después de haber sido tratados inicialmente con un desionizador de dos lechos o una unidad de ósmosis inversa. Polaridades y momentos dipolos La polaridad es una propiedad de las moléculas que representa la separación de las cargas eléctricas dentro de la molécula, según el número y tipo de enlaces que posea. El momento dipolar es una medida cuantitativa de la polaridad de una molécula. En presencia de un campo eléctrico, aquellas moléculas polares (es decir, aquellas con un momento dipolar diferente a cero) son alineadas en la dirección del campo, mientras que las moléculas apolares no se ven afectadas. En el caso de moléculas con más de dos átomos, el momento dipolar dependerá de la polaridad de todos sus enlaces y de la geometría molecular. La presencia de enlaces polares NO IMPLICA necesariamente que la molécula sea polar.
3. Resultados. Solubilidad de sustancias químicas en agua y éter etílico
- Se tomó una pizca con una espátula de las siguientes sustancias (cloruro de sodio, glucosa, sulfato de magnesio, ácido cítrico, naftaleno y cloruro de magnesio) y se añadieron a tubos de ensayo, seguidamente se agregaron aproximadamente 5 mL de agua destilada, se agitó fuertemente. 5 | Página
PRÁCTICA INFORME DE LABORATORIO Se midió aproximadamente 50 mL en vasos precipitados de agua de la llave, agua tipo II, solución de cloruro de sodio al 5%, solución de glucosa al 5%, solución de etanol al 5%, solución de cloruro de magnesio al 5% y se tomó la conductividad eléctrica de cada una de las soluciones anteriores por medio de un conductímetro previamente calibrado. Clasificar cada una de las soluciones como conductor de la corriente eléctrica. Al analizar los resultados obtenidos, se determinó la conductividad eléctrica de cada una de las soluciones Los resultados se presentan en la siguiente tabla. Tabla 5 Conductividad del agua Tabla 6 Conductividad de las sustancias.
- Se midió aproximadamente 50 mL en vasos precipitados de las siguientes sustancias: glicerol, hexano, pentano y propanol y se tomó la conductividad eléctrica de cada una de las sustancias anteriores por medio de un conductímetro previamente calibrado. Al analizar los resultados obtenidos, se determinó la conductividad eléctrica de cada una de las soluciones Los resultados se presentan en la siguiente tabla. Tabla 7 Conductividad de las sustancias.
- Análisis de resultados. I. Teniendo en cuenta la mezcla del cloruro de sodio con agua y luego con éter etílico. Inicialmente se tiene un enlace iónico, la mezcla en agua es soluble y homogénea a comparación de la mezcla con éter etílico que es insoluble y heterogénea. II. En la mezcla de la glucosa tenemos un enlace covalente polar, al disolver la glucosa con agua obtenemos una mezcla soluble homogénea, mientras que al disolver la glucosa en éter etílico tenemos como resultado una mezcla insoluble heterogénea. III. En el sulfato de magnesio tenemos un enlace iónico polar, por lo tanto, al mezclarlo con agua tenemos una mezcla soluble homogénea, al diluirlo con éter etílico se pudo evidenciar una mezcla insoluble heterogénea. IV. En el ácido cítrico encontramos un enlace covalente polar, al disolver el ácido cítrico en agua y en éter etílico evidenciamos una mezcla soluble homogénea para ambos casos. V. En el caso del naftaleno tenemos un enlace covalente apolar en donde observamos que al disolverlo con el agua y éter etílico tenemos una mezcla insoluble heterogénea 7 | Página
DILATACIÓN TERMICA Claudia Patricia Negrete Varela, Ana María Petro Villalba para ambas sustancias. VI. En el cloruro de magnesio tenemos un enlace iónico polar, en donde se pudo ver que al mezclarlo con el agua se tiene una mezcla soluble homogénea, mientras que al disolverlo con éter etílico se pudo evidenciar una mezcla insoluble heterogénea. VII. En el caso de la glicerina tenemos un enlace iónico polar, en donde al mezclarlo con el agua se obtuvo una mezcla soluble homogénea (aceitosa), mientras que al diluirlo con éter etílico se evidenció una mezcla insoluble heterogénea. VIII. En el hexano encontramos un enlace covalente polar; al disolver este en agua se obtuvo una mezcla insoluble heterogénea, a comparación de cuando se disolvió en éter etílico que se evidenció una mezcla soluble homogénea. IX. En el propanol hay un enlace covalente polar, teniendo esto en cuenta al diluir el propanol con agua y éter etílico se observó una mezcla soluble homogénea para ambos casos. X. Por último, en el pentano encontramos un enlace iónico, por ende, al mezclar esta sustancia con agua se obtuvo una mezcla insoluble heterogénea, mientras que en el pentano se evidenció una mezcla soluble homogénea Medida de la conductividad eléctrica de sustancias en solución acuosa y de sustancias puras XI. Al tomar las muestras de agua y conocer su conductividad se logró evidenciar que el agua destilada al no tener ningún tipo de sal no conduce electricidad ya que no hay iones que la favorezcan. XII. Teniendo en cuenta los datos obtenidos en la tabla número 6 se logra evidenciar que el cloruro de sodio y la solución del magnesio al 5% son buenos conductores de la electricidad ya que presentan iones que los favorecen a comparación de la solución de glucosa y etanol ya que estos carecen de iones. XIII. Teniendo en cuenta los resultados de la tabla 7 se observa que ninguna de las sustancias son buenas conductoras de electricidad, además se observa que el hexano es supremamente polar.
- Conclusiones Normalmente los compuestos covalentes son apolares y no conducen la electricidad. Los compuestos iónicos solidos no conducen la electricidad debido a que los iones no tienen libertad de movimiento y estos son los que permiten el paso de la electricidad. La prueba de solubilidad como solvente universal, nos permite identificar si un compuesto es polar o apolar.
- Referencias. Jensen, 1996 W.B. Jensen Electronegativity from Avogadro to Pauling. Part I: Origins of the Electronegativity Concept. Moeller (1952) Educación química Vol. Garritz (1994) Estructura atomica un enfoque químico CEDRÓN, Juan Carlos, Victoria LANDA y Juana ROBLES 2011 8
