INSTITUCIÓN EDUCATIVA FÉLIX DE BEDOUT MORENO “Educamos en el ser y el conocer con respeto y compromiso” TALLER ESPECÍFICO ¨Solubilidad¨ CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL GRADO 7° Estándar: Establezco relaciones entre las características microscópicas y macroscópicas de sustancias y mezclas y sus propiedades físicas y químicas que las constituyen. Competencias: 1. Estructurar las relaciones entre los conceptos: sustancia, mezcla, solubilidad, y su utilización en la resolución de problemas. 2. Identificar y usar adecuadamente el lenguaje de la química: fórmulas químicas relativas y moleculares y sus respectivos nombres químicos. 3. Sustentar mis respuestas con diversos argumentos. 4. Registrar mis resultados en forma organizada y sin alteración alguna. 5. Realizar mediciones con instrumentos y equipos adecuados a las características y magnitudes de las sustancias y sus propiedades y expresos en las unidades correspondientes. INDICADOR DE DESEMPEÑO: 1. Diferencio sustancia y mezcla desde la interacción con la colección de los materiales y las modificaciones que realizo. 2. Diferencio una solución de una mezcla heterogénea desde la interacción con la colección de los materiales y las modificaciones que realizo. 3. Diferencio los componentes de una solución: soluto y solvente en un contexto de temperatura y presión 4. Establezco la relación entre los conceptos: sustancia, mezcla, solubilidad 5. Identificar y usar adecuadamente el lenguaje de la química: fórmulas químicas relativas y moleculares y sus respectivos nombres químicos. SOLUBILIDAD Recordemos que hemos preparado diferentes mezclas, unas heterogéneas como: el cloruro de sodio (ac) Na Cl (ac) y cloruro de sodio sólido Na Cl (s) {NaCl (ac), NaCl(s)}; sulfato de cobre pentahidratado acuoso Cu SO4 · 5H2O (ac) y sulfato de cobre pentahidratado sólido Cu SO4 · 5H2O(s) , { Cu SO4 . 5H2O (ac) , Cu SO4 · 5H2O(s)}; octazufre sólido ortorrómbico S8 (ortoh) y limadura de hierro Sólida { S8(s) , Fe (s)}: Otras homogéneas como: etanol acuoso C2 H5 OH (ac), cloruro de sodio acuoso Na Cl (ac) , sulfato de cobre pentahidratado acuoso Cu SO4 ·5H2O (ac). ¿Diferencio una sustancia de una mezcla? Si___ No___ Argumento:___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ¿Diferencio una mezcla homogénea de una mezcla heterogénea? Si___ No___ Argumento:___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Recordemos que una mezcla homogénea es llamada también Solución y corresponde a que toda la cantidad de soluto está disuelta en el solvente. ¿Qué entiendo por soluto?:______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Y ¿qué entiendo por solvente?___________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Enuncia dos situaciones cotidianas de cada caso: ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Es importante destacar que las soluciones tanto en los procesos biológicos como en los procesos industriales se preparan según las necesidades del trabajo a realizar. De otra parte, el aire que respiramos es una solución gaseosa. También el aire puede ser una mezcla heterogénea según el contexto atmosférico. El análisis de los datos de la tabla 10 nos permite percibir la composición del aire seco al nivel del mar, la tabla 11 indica la composición del aire en Medellín se detallan las sustancias que resultan de la combustión del diesel utilizado por el parque automotor de servicio público en la ciudad de Medellín, los cuales constituyen los principales contaminantes del aire, representado en un 58%. Tabla 10. Composición del aire seco al nivel del mar1 Gas { N2`, O2 , Ar, CO2 , Ne, He, Kr, Xe} Nitrógeno N2 Oxígeno O2 Argón Ar Dióxido de carbono CO2 Neón Ne Helio He Kriptón Kr Xenón Xe 1 Chang Raymon, Química, Novena Edición. Mc Graw Hill, 2007 Composición (% en volumen) 78,03 20,99 0,94 0,033 0.0015 0,000524 0,00014 0,000006 Tabla 11. Composición del aire en Medellín2Inscribirmei Gas{ N2`, O2 , Ar, CO2 , Ne, He, Kr, Xe, CO, NO2, orgánicos volátíle NO2 } Composición(% en partes por millón) Monóxido de carbono CO Dióxido de nitrógeno NO2 Compuestos orgánicos volátiles Dióxido de Azufre SO2 71 11 17 1 En las mezclas homogéneas (soluciones) hemos percibido que la capacidad de disolver un soluto en un solvente tiene un límite máximo. Este límite máximo se conoce como solubilidad y se explicita como la máxima cantidad de soluto disuelto en 100,00 gramos de solvente a una temperatura específica. La solubilidad se designa con la letra ese mayúscula S: g de soluto disuelto/100 g de solvente. Nótese que la S expresa una relación de composición de una solución: máxima cantidad de soluto disuelto en 100,00 gramos de solvente Por ejemplo: a) la solubilidad a 25ºC del NaCl ( s ) es 35,00g/100,00g de agua significa que es la máxima cantidad de NaCl (s) disuelto en 100,00 g de H2O. b) la solubilidad a 25ºC del CuSO4· 5H2O es ~35,00g/100,00g de agua significa que es la máxima cantidad de CuSO4· 5H2O sólido disuelto en 100,00 g de H2O. Avancemos en los significados: Cuando la composición de la solución corresponde a la magnitud de la relación de solubilidad o a una cantidad proporcional a ésta, se afirma que la solución es saturada. Por el contrario cuando la cantidad de soluto disuelto es menor al que se puede disolver en los 100 gramos de agua o en una cantidad proporcional, nombramos a esta solución Insaturada. Pero cuando la cantidad de soluto disuelto, es un poco mayor al que se puede disolver en los 100,00 gramos de agua, nombramos a esta solución Sobresaturada. Se enfatiza que una solución sobresaturada requiere prepararse en unas condiciones especiales de control de la variable de temperatura. La tabla 12 presenta la SNaCl a 25ºC y varios casos de soluciones. Analiza los datos planteados e infiere la clase de solución. Tabla 12: Solubilidad de NaCl y clase de solución3 SNaCl 35,00g/100,00g 2 3 www.contaminaciónenMedellín.gov.com Index merk. Hambook CRC ml H2O 100,00 100,00 100,00 50,0 50,0 30,0 30,0 30,0 200,0 200,0 250,0 250,0 g NaCl disuelto 35,00 23,40 35,80 17,50 6,30 10,50 6,76 11,06 70,00 35,70 87.50 57,80 Clase de solución Las tablas 13 y 14 listan la solubilidad en H2 O(l) de varias sustancias a temperatura determinada. Para estos datos responde las siguientes preguntas: a. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del cloruro de sodio sólido NaCl(s) con el aumento de la temperatura? b. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del sulfato de cobre pentahidratado CuSO4· 5H2O(s) con el aumento de la temperatura? c. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad de la sacarosa C12H22O11(s) con el aumento de la temperatura? d. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del Carbonato de Calcio CaCO3(s) con respecto al aumento de la temperatura? e. Nota que los solutos antes nombrados son sustancias en fase sólida a temperatura ambiente, ¿Qué puedes concluir con respecto a la variación de la solubilidad de dichos sólidos al aumentar la temperatura? Tabla 13: Solubilidad de algunas sustancias Sustancias S(g de soluto/ 100,00g De H2 O) 0ºC S(g de soluto/ 100,00g De H2 O) 25ºC S(g de soluto/ 100,00g De H2 O) 40ºC S(g de soluto/ 100,00g De H2 O) 50ºC S(g de soluto/ 100,00g De H2 O) 100ºC Cloruro de sodio Na Cl 35,7 35,00 Sulfato de cobre pentahidratado 31,6 ~ 35,00 203,3 soluble soluble soluble soluble soluble soluble 38,00 39,12 Cu SO4 . 5H2O Etanol C2 H5OH Sacarosa C12H22O11 Carbonato de Calcio CaCO3 0,0014 0,0018 (75ºC) Dióxido de carbono CO2 171,3 (ml) Dioxígeno O2 (g) 4,89 ml Dinitrógeno N2 (g) 2,33 ml (90,1ml) 20º C 2,46 ml 1,42 ml Tabla 14: Variación de la solubilidad del CO2 con respecto a la temperatura4 Sustancia CO2(g) CO2(s) CO2(l) 4 Hambook CRC 0 ºC 20 ºC 171,3 ml 90,1 ml 25 ºC 0,145 0,348(g) 0,097(g) 40 ºC 60 ºC 0,058 f. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del N2(g) con el aumento de la temperatura? g. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del CO2 respecto a la variación de la temperatura en cada una de las fases? h. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad del O2 respecto a la variación de la temperatura? i. Nota que los solutos antes nombrados son sustancias en fase gaseosa a temperatura ambiente, ¿Qué puedes concluir con respecto a la variación de la solubilidad de dichos sustancias en fase gaseosa al aumentar la temperatura? j. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad de las sustancias sólidas y gaseosas anotadas con el aumento de la temperatura? ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN 1 A. En las mezclas que preparaste define ¿cuáles son homogéneas (soluciones) y cuáles son heterogéneas? Justifica____________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ B. En la tabla 15 se detalla el listado de las mezclas que has preparado. Indica el soluto y el solvente de cada una Tabla 15: Clasificación de mezclas preparadas en el aula Mezclas Preparadas Soluto Clase Homogénea 2.0 ml de Etanol C2H5OH(l) y 2.0 ml de agua líquida H2O(l) 2.0 ml de Etanol C2H5OH(l), y 5.0 4,0 ml de agua líquida H2O(l) 1.0 g Cloruro de sodio NaCl(S) y 10.0 ml agua líquida H2 O(l) 4.0 g Cloruro de sodio NaCl(S) y 10.0 ml agua líquida H2O( l ) 2.0 g de Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4·.5H2O(s) y 10.0 ml de agua líquida H2O(l) 4.0 g de Sulfato de cobre pentahidratado CuSO4·.5H2O(s) y 10.0 ml de agua líquida H2O(l) . 1.0 g de octazufre S8(orth) y 0.1 g de limaduras de hierro Fe(s ) Heterogénea Solvente Solubilidad C. Preparar: a. Una solución saturada a partir de 20,0 ml de agua líquida H2O(l) y cloruro de sodio sólido NaCl(s). Según el dato de la solubilidad ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio sólido NaCl (s) vas a requerir?______ La mezcla es ¿Homogénea? Si__ No __ ¿Heterogénea? Si___ No___ Justifica______________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ b. Una mezcla a partir de 20,0 ml de agua líquida H2O(l) y cloruro de sodio sólido NaCl(S) en 1,0 g menos que la cantidad anterior. ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio sólido NaCl(s) Requieres? ________La mezcla es ¿Homogénea? Si__ No __ ¿Heterogénea? Si ___No___ Justifica______________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ a. Una mezcla de 20,0 ml de agua líquida H2O (l) y una de cantidad 2,0 g mayor que el primer caso de cloruro de sodio sólido NaCl(s). ¿Cuántos gramos de cloruro de sodio sólido NaCl(s) requieres?_______ La mezcla es ¿Homogénea? Si_____No____ ¿Heterogénea? Si ___No___ Justifica___________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIÓN 2 En la tabla 15 se detallan distintas situaciones químicas, analiza y complétala. Tabla 15: Mezcla [NaCl, H2O] a T,P constante Gramos de solvente H2 O (l) Gramos de Soluto NaCl (S) 10,0 20,0 30,0 15,0 15,0 23,0 35,0 3,5 7,0 10,5 2,0 5,0 6,0 14,0 Gramos de Mezcla Solución Saturada Solución Insaturada Mezcla heterogénea Fases Solubilidad S ACTIVIDADES DE TRANSFERENCIA 1. La tabla 16 detalla los datos experimentales de la solubilidad en H2O(l) del nitrato de potasio sólido KNO3(s) a temperatura ambiente. Para esta información: a. b. c. d. e. ¿La cantidad de solvente varía? ¿La del soluto varía? Analiza como varía la solubilidad con el aumento de la temperatura. Construye un gráfico de S vs T. Lee en el gráfico dos datos nuevos e incorpóralos a la tabla de datos. Escribe conclusiones. Tabla 16: Datos experimentales de SKNO35 2. Muestra 0.01 g de KNO3 SKNO3 TºC 2.00 g KNO3/5,00 ml H2O 24 4.00 g KNO3/5,00 ml H2O 46 6.00 g KNO3/5,00 ml H2O 62 8.00 g KNO3/5,00 ml H2O 78 La siguiente gráfica muestra la solubilidad de distintas sustancias en función de la temperatura Gráfica 16 Solubilidad en agua de AgNO3,NaNO3,KNO3, KCl, NaCl a. A una temperatura de 30ªC ¿Cuál de los solutos presenta la mayor solubilidad? b. una temperatura de 30ªC ¿Cuál de los solutos presenta la menor solubilidad? c. En qué rango de temperatura cloruro de potasio KCly cloruro de sodio NaCl tienen solubilidad similar? d. A qué temperatura el nitrato de potasio KNO 3 y el nitrato de sodio NaNO3 tiene similar solubilidad? e. En qué rango de temperatura tienen solubilidad diferente? f. A 0ª C Cuál de los solutos presenta mayor solubilidad? ¿Cuál menor? 5 www.datos experimentales del nitrato de potasio.com 6 www.curvassolubilidad.com g. ¿Qué puedes concluir respecto a la variación de la solubilidad con la temperatura para cada uno de los solutos? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ AUTOEVALUACIÓN 1. ¿Qué he aprendido acerca del concepto de solubilidad? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ ¿Cómo explicarías a tus compañeros de clase? _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 2. Construye un mapa conceptual con los conceptos: soluto, mezcla homogénea, sustancia, solvente, mezcla heterogénea, solución. Solubilidad, KNO3(ac), C2 H%OH(ac), NaCl, [KSO4(ac), K2SO4(ac)] Evaluación: La tabla 17 detalla clases de soluciones de acuerdo a la fase:vGaseosa, líquida y sólida. Completa con símbolos químicos la columna de la derecha. Tabla 17: Clases de soluciones y algunos ejemplos Clase Gaseosa Líquido Estado físico de los componentes Soluto Solvente Ejemplos Gas Gas Aire, gas natural (metano, Etano, y otros gases) Líquido Sólido Gas Gas No existe Gas Líquido Líquido Líquido Bebidas gaseosas; oxígeno en agua Sólido Líquido Suero salino(sal en agua), agua de mar Gas Sólido Hidrógeno en platino Líquido Sólido Líquido Sólido Amalgama dental ( mercurio en plata) No existe Gasolina, (varios hidrocarburos); Vinagre (ácido acético en agua) Sólido Bronce (estaño en cobre), Acero ( carbono En hierro), aleaciones. - Símbolos Químicos para representar la solución