UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE CIENCIAS-ESCUELA DE QUÍMICA

LABORATORIO II DE QUÍMICASEGUNDO SEMESTRE DE 2015

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES. CALIBRACIÓN DEL TERMÓMETRO

Blanco Ortega Michel Dayana; Camargo María; Osorio Durán Angie Juliana

Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia

Resumen

En esta práctica se realizó dos partes: la primera se basó en la preparación de soluciones acuosas de sales, ácidos y bases, para ello se ejecutaron los debidos cálculos para obtener las cantidades (gramos, mililitros) de solutos y solventes correctas mediante las concentraciones dadas (M, %m/m) para cada solución; en la segunda parte se trabajó la calibración del termómetro de mercurio, donde se estableció la relación de las temperaturas teóricas (establecidas y generales) y las experimentales (obtenidas durante la práctica) mediante el punto de fusión de diferentes sólidos, con ello se conoció el porcentaje de error del termómetro para que futuras prácticas se lleven a cabo con este error y sean veraces sus resultados.

Palabras clave: solución, solvente, soluto, concentración, preparación, solución acuosa, calibración, temperatura, estado físico, curva de calibración, errores.

1. Introducción

En química, se utiliza el término solución para indicar una mezcla homogénea de dos o más componentes. Al mencionar la palabra homogéneo, se refiere a que la mezcla es uniforme en composición y propiedades, es decir, que en cualquier porción de la solución es equivalente a otra, en concentración, propiedades físicas y químicas. (1)

Es común que en soluciones o también llamadas disoluciones, se nombre solvente al componente de mayor cantidad (si uno de los componentes de la solución es agua, ésta será siempre el solvente, aunque se encuentre en menor cantidad)  y soluto al que se encuentre en menor cantidad.

Las soluciones también se pueden designar como soluciones concentradas las cuales poseen una cantidad relativamente alta de soluto y “diluidas” su la cantidad es relativamente baja. (1)

Existen muchas sustancias que se pueden mezclar homogéneamente con otras sustancias, pero no en todas, es allí donde la solubilidad entra a jugar un papel importante, pues es aquellas la que define cual es la máxima cantidad que se puede disolver en una determinada más de solvente a una temperatura constante. La solubilidad de los gases suele disminuir a medida que aumenta la temperatura; a diferencia de los gases, los compuestos sólidos y líquidos incrementan su solubilidad al aumentar la temperatura.

Para identificar una disolución es necesario especificar de manera precisa todos sus componentes y las cantidades relativas de cada uno de ellos, y para ello se utiliza la concentración. La concentración de una solución es  relación cuantitativa entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente o solución; y esta puede estar expresa en unidades específicas, como se muestra en la Tabla Nº1. Unidades de concentración de las soluciones. (2)

La preparación de soluciones en el laboratorio se puede realizar de tres maneras diferentes:

Directamente, a partir del peso del soluto y adición de la cantidad de solvente.

Por disolución, a partir de una solución conocida de mayor concentración. Para preparar esta disolución se puede la ecuación Nº1. Dilución de disoluciones para prepararla.

Por disolución, a partir de una solución concentrada de densidad y porcentaje peso a peso conocidos. (3)

En la primera parte de esta práctica se prepararon tres soluciones diferentes, de las tres formas antes mencionadas.

.

UNIDADES DE CONCENTRACI

ONDEFINICIÓN EXPRESIÓN

MATEMÁTICA

UNIDADES

Porcentaje en masa

Gramos de soluto contenidos en 100 g de solución

%

Porcentaje masa-

volumen

Mililitros de soluto contenidos en 100 mL de solución

%

Porcentaje volumen-volumen

Mililitros de soluto contenidos en 100 mL de solución

%

Molalidad Moles de soluto contenidos en 1 kg de solvente

Moralidad Moles de

soluto contenidos en 1L de solución

Normalidad Numero de equivalente-gramo contenidos en 1l de solución

Gramos por litro

Gramos de soluto contenidos en 1 L de solución

Tabla Nº1. Unidades de concentración de las soluciones.

Ecuación Nº1

V1=Volumen sln Inicial V2= volumen sln final

C1=concentración sln inicial C2=concentración sln final

%

%

%

Tabla Nº1. Unidades de concentración de las soluciones.

La segunda parte de esta práctica se basó en la calibración del termómetro de cada grupo. Para llevar a cabo este proceso es necesario repasar los conceptos como la temperatura de algunos materiales que dependen de esta para mantener su estado físico.

Para medir la temperatura se pueden utilizar diferentes instrumentos, uno de estos es el termómetro de mercurio, que funciona por la expansión y extensión de un líquido que esta herméticamente sellado que lleva acopado un tubo muy fino. Cuando las temperaturas se elevan el líquido se dilata, y si la temperatura se disminuye se hace que el líquido baje. La mayoría de estos termómetros están marcados por una escala en grados Celsius. Para que un termómetro sea veraz debe siempre que indicar lo mismo ante temperaturas iguales. (3)

El método de calibración del termómetro consiste en hacer una comparación con un sistema de referencia y el sistema que se desea utilizar, para saber la precisión y exactitud con la que se dispone para las futuras prácticas; esta comparación sirve para saber qué tan desviados están tan desviados cada termómetro y para tener un mejor control de las variables en los experimentos. (4)

2. Materiales y procesos

2.1. PARTE 1: Preparación de soluciones

2.1.1. Materiales

- Pipeta de 10 mL- Balones aforados de 100 mL- Embudo- Cinta (rotular)- Vidrio reloj- Balanza- Espátula- Ácido clorhídrico (HCl) 37%- Hidróxido de sodio (NaOH)- Cloruro de sodio (NaCl)

2.1.2. Proceso

- Preparación de una solución acuosa de 0,1 M de HCL en 100 ml de solución con una solución de 37% m/m de HCl.

Primero se realizaron los cálculos correspondientes para hallar la cantidad de volumen de HCL a disolver. Seguidamente se midió en una pipeta el volumen del HCl calculado anteriormente. Se tomó un balón aforado de 100 mL con una pequeña cantidad de agua destilada (solvente de la solución), y con ayuda de un embudo se transfirió el volumen de HCl a este balón. Para finalizar se adiciono agua destilada hasta completar la marca del aforo del balón, se tapó este y se agito por inversión, se rotulo y guardo.

- Preparación de una solución de concentración 0,1 M de NaOH en 100 mL de solución.

Primero se realizaron los cálculos necesarios para obtener la masa de NaOH. Después se pesó en un vidrio reloj esta cantidad de NaOH anteriormente calculada, luego se transfirió este soluto a un balón aforado de 100 mL el cual contenía una pequeña porción de agua. Para concluir se adiciono agua cuidadosamente para completar el volumen hasta la línea del aforo luego se agito este balón con el soluto hasta lograr la dilución total, se rotulo y guardo.

- Preparación de una solución de 5% m/m de NaCl en 100 mL de solución.

Primero se realizaron los cálculos necesarios para la obtención de la cantidad de masa de NaCl que se utilizó. A continuación se pesó en un vidrio reloj la masa de NaOH. Luego se transfirió este soluto a un balón aforado de 100 mL que contenía una pequeña cantidad de agua destilada (solvente), se agito esta solución. Finalmente se adiciono agua destilada hasta completar la marca del aforo del balón, se tapó este y se agito por inversión, se rotulo y guardo.

2.2. PARTE 2: CALIBRACIÓN DEL TERMÓMETRO

2.2.1. Materiales

- Termómetro- Soporte universal- Plancha de calentamiento- Vaso precipitado de 50 mL- Pinzas para termómetro- Alambre de cobre- Capilares- Benzofenona- Naftaleno- Ácido oxálico- Ácido benzoico- Urea

2.2.2. Proceso

Para realizar la calibración del termómetro fue necesario conocer las características de los reactivos, es decir, sus puntos de fusión teóricos, estos son mostrados en la tabla Nº2. Puntos de fusión de algunas sustancias.

Primero se tomó cinco capilares, y se introdujo dentro de estos las 5 diferentes sustancias asignadas (Benzofenona, Naftaleno, Acido oxálico, Acido benzoico, Urea). Luego se fijó con ayuda de un alambre cada capilar al termómetro (en intervalos de 2 capilares) y se realizó el montaje mostrado en la figura Nº 1. Seguidamente se tomó el vaso precipitado de 50 mL y en él se vertió aceite y se introdujo el termómetro hasta donde llegaba el soluto en el capilar, y se calentó a una temperatura constante. Lo anterior se

repitió con cada dos capilares. Se observó la temperatura a la cual empezó a fundirse cada sólido y cuando se fundió completamente cada sustancia.

3. Resultados y Discusión

3.1.Parte 1

Para la realización de esta parte se utilizaron los siguientes cálculos:

- Preparación de una solución acuosa de 0,1 M de HCL en 100 ml de solución con una solución de 37% m/m de HCl:

37% m/m de HCL = 37,0 gramos de HCl en 100 gramos de solución

Se halló la molaridad del HCL al 37%. Sabiendo que la masa molar del HCL es 1, 186 g/mL y la densidad de la solución de HCl al 37% es 1, 186 g/mL:

M= 12, 52

Figura Nº1. Montaje del termómetro con capilares en la plancha de calentamiento.

Esta anterior concentración es la concentración de la solución inicial (V1) Y a 0,1 M de HCL es la concentración de la solución final solicitada (V2). Para saber cuál volumen de solución inicial de HCL se debe tomó, se aplicó la ecuación Nº1. Si el volumen final corresponde a 100 mL (C2):

Este volumen de tomó del HCl para preparar la solución final solicitada.

- Preparación de una solución de concentración 0,1 M de NaOH en 100 mL de solución.

0,1 M de NaOH = 0,1 mol de NaOH en 1 litro de solución

Si se preparó 100 mL de solución se necesitó los gramos de NaOH:

Con esta cantidad de masa se realizó la solución requerida

- Preparación de una solución de 5% m/m de NaCl en 100 mL de solución

5% m/m de NaCl = 5,0 gramos de NaCl en 100 gramos de solución

Se halló los gramos de NaCl para preparar la solución de 100 mL:

Se analizaron cada una de las soluciones realizadas, y se aprendió la manera correcta de hacer los procesos. Además se notó que en la solución de NaCl al 5% se observaron partículas en suspensión después de un largo tiempo de agitar la solución, en cambios en las otras dos restantes solo se observó una sola fase. Ninguna de las soluciones realizadas en esta práctica presentó variaciones en la temperatura.

3.2. Parte 2

En la práctica de la calibración del termómetro se consignaron los siguientes datos:

SUSTANCIA P. FUSIÓN (ºC) teórica

Benzofenona 49

Naftaleno 80,5

Ácido oxálico 102

Ácido benzoico 121

Urea 132

Tabla Nº2. Puntos de ebullición de algunas sustancias teóricos.Tabla Nº4. Puntos de ebullición de algunas

sustancias experimentales y teóricos.

Con los datos de las anteriores tablas resumidos en la Tabla Nº4 con los que se obtuvo la curva de calibración del termómetro dotado en el

laboratorio para el grupo.

Para esta curva (figura Nº2) se tomó los valores de Y como la temperatura experimental de fusión y los valores de X la temperatura de fusión teórica. Calculando la ecuación:

y = 1,0011x - 1, 5087

Se puede obtener cualquier valor de x conociendo el valor y, es decir, si se obtiene el valor experimental de la Tf puedo obtener despejando X para obtener el valor verdadero de la Tf de la sustancia a analizar. (Esta curva de calibración se obtuvo de Excel, al igual que la ecuación, mirar Bibliografía numeral 5)

Cuando se encuentra el punto de fusión de cualquier sustancia, existen factores que afectan en la exactitud de las medidas. Uno de estos son los errores humanos, presentados por los encargados de la práctica al leer el termómetro, y tiempo exacto de lectura. Otro factor puede ser la presencia de impurezas, como por ejemplo la Benzofenona

cuyo

SUSTANCIA

T. FUSIÓN (gota 1,

ºC)

P. FUSIÓN (gota 2,

ºC)

T.FUSIÓN PROMEDIO EXPERIMENTAL (ºC)

Benzofenona

49 53 51

Naftaleno 80 84 82

Ácido oxálico

100 103 101,5

Ácido benzoico

122 125 123,5

Urea 131 136 133,5

SUSTANCIAP.FUSIÓN

PROMEDIO EXPERIMENTAL(ºC)

P. FUSIÓN (ºC) teórica

Benzofenona 51 49

Naftaleno 82 80,5

Ácido oxálico 101,5 102

Ácido benzoico 123,5 121

Urea 133,5 132

Figura Nº2. Curva de calibración.

Ecuación Nº2. Curva de calibración

Tabla Nº3. Punto de ebullición de algunas sustancias experimentalmente.

punto de fusión experimental fue 51 y mientras que el teórico es de 49.

4. Conclusiones

Como conclusión se puede acudir a la destreza que se tuvo a la hora de realizar la preparación de soluciones acuosas con diferentes concentraciones por el método directo y por el de dilución; ya que se vio la importancia de realizar un procedimiento adecuado en los cálculos relacionados con la concentración de soluciones de para así conseguir resultados más precisos.

Para el caso del termómetro, se logró obtener la capacidad de calcular puntos de fusión de diferentes sustancias, también en cómo hacer la comparación de los puntos de fusión teóricos y los experimentales mediante una curva de calibración esto con el objetivo de determinar la ecuación característica del termómetro. Es importante agregar que es necesario tomar las medidas con precaución ya que un error en esto ocasionaría que el termómetro no se calibrará correctamente para próximas prácticas, para ello es necesario tomar como referencia un mayor número de sustancias a las empleadas, para que la curva de calibración sea más exacta y los datos obtenidos más confiables.

Cabe resaltar que estas dos prácticas son muy importantes para realizar experiencias donde se necesiten preparar soluciones y utilizar el termómetro, las cuales se realizaran durante toda la carrera de Química. Por ello, el objetivo principal es asegurar los conceptos de solución y el manejo del termómetro del laboratorio.

Referencias

(1) RIAÑO, Néstor.Fundamentos de Química Analítica Básica: Análisis cuantitativo. Segunda edición: Febrero de 2007. Paginas 19-24

(2) Universo científico. Foro: departamento de química, teoricos, soluciones. [en línea]. http://ucientifico.ucoz.es/forum/17-61-1 [citado el 14 de diciembre de 2015].

(3) RAMIREZ, Jesús y RODRIGUEZ, Celilia. Manual Prácticas de laboratiro química II: practicas 1 y 2. Uis. 2004. Paginas: 1-15.

(4) CALIBRACION DE TERMÓMETROS. [en línea]. http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpro/camacho_a_l/apendiceB.pdf

(5) VIDEO. CALIBRANDO EL TERMÓMETRO. Curva de calibración en Excel. https://www.youtube.com/watch?v=b_Mg1as47uY