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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

CAMPO 1

* INFORME EXPERIMENTAL*

Proyecto 2: COMPORTAMIENTO FÍSICO-QUÍMICO

Experimento N°3 “ESTUDIO CUANTITATIVO DE LA MASA MÁXIMA DE UNA SUSTANCIA QUE SE DISUELVE EN DIFERENTES

VOLÚMNES DE DISOLVENTE”

PROFESORA: MARINA LUCIA MORALES

LABORATORIO DE CIENCIA BÁSICA 1

EQUIPO: 3

INTEGRANTES:

LÓPEZ GONZÁLEZ ANA CRISTINA MELO CRUZ STEPHANIE ZÚÑIGA VILLA MAGALI

INGENIERÍA EN ALIMENTOS

GRUPO: 1151

FECHA DE ENTREGA: 28 de Octubre del 2013

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CONTENIDO

N° de Página:

PORTADA ………………………………………………………………… 1

PROBLEMA ……………………………………………………………… 3

INTRODUCCIÓN ……………………………………………………….. 3

MARCO TEÓRICO……………………………………………………….. 4 - 6

OBJETIVOS ……………………………………………………………… 7

SUJETO DE ESTUDIO ………………………………………………… 7

VARIABLES ……………………………………………………………… 7

HIPÓTESIS ………………………………………………………………. 8

MÉTODO

MATERIAL DE LABORATORIO ……………………………………. 8

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………………… 9 - 10

RESULTADOS ………………………………………………………….. 11 - 20

ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………… 21 - 26

CONCLUSIONES ……………………………………………………….. 27

ANEXOS ………………………………………………………………… 28

REFERENCIAS …………………………………………………………. 29

3

PROBLEMA 3

Determinar experimentalmente la relación cuantitativa de la masa máxima de

una sustancia que puede disolverse en diferentes volúmenes de disolvente

INTRODUCCIÓN

Cuando un solido o un gas se añaden a un disolvente liquido a una cierta

temperatura, el proceso de disolución va haciéndose más lento hasta que la

solución esta concentrada. Cuando la disolución cesa se dice que la solución

esta saturada; la cantidad máxima de soluto que se disuelve es la solubilidad.

Es importante analizar el termino disolver el cual dice “que lo parecido disuelve

a lo parecido”; es decir aquellas moléculas que presentan enlaces covalentes

poco polares se disuelven en disolventes poco polares. Por otro lado, las

moléculas con enlaces polares no simétricos, como el agua disuelven a las

moléculas similares, como los sólidos iónicos como el NaCl.

Dicho esto, en este experimento se utilizara el Cloruro de Sodio Comercial

(NaCl); cuando este es disuelto en agua los iones de sodio y cloro se atraen a las

moléculas del agua, este proceso es llamado disociación, los iones se separan

del solido y mientras estos se separan, estos se hidratan por las moléculas del

agua circundantes.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:

Determinar experimentalmente la relación cuantitativa de la masa máxima de

una sustancia solida que se disuelve en diferentes volúmenes de disolvente.

OBJETIVOS PARTICULARES:

a) Definir el concepto de solubilidad.

b) Diferenciar los conceptos solubilidad y disolver.

c) Analizar los factores que modifican la cantidad de la masa máxima de soluto que se

disuelve en un volumen de disolvente

d) Analizar las diferentes formas de expresar dimensionalmente la solubilidad de las

sustancias para electrolitos fuertes y débiles.

SUJETO DE ESTUDIO:

Cloruro de sodio comercial (sal de mesa)

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VARIABLES:

Variable independiente : Volumen

Variable dependiente: Masa Máxima

Variables Extrañas: Temperatura ambiente, presión atmosférica y tipo de disolvente.

HIPÓTESIS

La masa máxima disuelta en un líquido tiene una relación directamente proporcional respecto al

volumen en el que se disuelve, siempre y cuando la temperatura ambiente y la presión

atmosférica sean constantes.

MÉTODO

Tabla No. 1: Material de laboratorio para la experimentación.

Material De Laboratorio Equipo R.A. Disoluciones Sustancias u objetos

o 10 vasos de

precipitado de 100mL o Balanza granataría o Agitador de vidrio o Espátula o Probeta graduada de

100mL o Matraz Erlenmeyer de

200mL o Piseta o Vidrio de Reloj o Tripie o Triangulo de porcelana o Papel Filtro o Embudo

o Agua destilada o Cloruro de

sodio comercial (Sal de Mesa)

o Papel encerado

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Procedimiento Experimental

1. Con los materiales de la tabla N°1 desarrollar el modelo como se muestra en la figura 1.1

Para determinar la relación cuantitativa de la masa máxima de una sustancia solida que se

disuelve en diferentes volúmenes de disolvente, se procede a hacer lo siguiente:

2. Con la balanza granataría medir la masa de 3g de Cloruro de sodio comercial, y verter el

NaCl en el vaso de precipitado N°1

3. Agitar la mezcla con una fuerza moderada por

alrededor de 2 minutos hasta que el

soluto se disuelva.

4. En la observación previa del

experimento se encontró que en 10Ml de agua destilada, se

disuelven muy bien 3g de NaCl; para obtener gramos precisos:

4.1. Colocar en el Vaso N°1 un gramo mas de Cloruro de Sodio,

agitar por 2 minutos y se observara que en el fondo del vaso

de precipitado esta la sal que ya no se disuelve.

5. Con el método de Filtración por gravedad se

obtendrán las partículas solidas de NaCl sobrante.

5.1. Colocar encima del Tripie el triangulo de porcelana, y debajo

de este el Matraz Erlenmeyer como se muestra en la figura 1.2

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5.2. Para colocarle el papel filtro al embudo, se deberá cortar un circulo con el mismo

diámetro que el embudo, obsérvese la figura 1.3

Nota: Una vez recortado el círculo, sacar la masa de este, y

anotar el dato en la Tabla N°5 Cálculos matemáticos con

respecto a la tabla N°2 (Ver tabla en Anexos)

5.3. Se coloca el papel filtro

debidamente doblado en el embudo, y con la

pipeta, mojar con agua destilada el papel, pegar

bien el papel a las paredes del embudo. No deben

quedar burbujas de aire en el papel filtro.

5.4. Filtrar la mezcla del vaso de precipitado N°1; La filtración debe ser constante, y la

mezcla nunca debe rebasar el nivel del papel filtro (ver figura 1.3)

5.5. Como el papel filtro esta mojado; Con unas pinzas sacar el

papel filtro y colocarlo sobre un pliego de papel encerado, de tal manera que

el papel filtro no se valla a voltear.

6. Para los demás

volúmenes de agua

destilada, se hará lo mismo

que con el vaso de

precipitado N°1, pero por

cada 10mL de agua

destilada se le sumaran 3g de NaCl + 1 (Ver Tabla N°2)

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7. Al final, debe haber 10 papeles filtro con la sal sobrante de los 10 diferentes volúmenes.

Estos papeles filtro se guardan en un lugar fresco y seco, a temperatura ambiente por 24 horas.

8. Transcurridas las 24 horas que se deja secar el NaCl, obtener la masa de los papel filtro y

anotar los datos obtenidos en la Tabla N°5 en la columna que se titula “masa del papel

filtro con la sal”, y después se hacen los cálculos correspondientes para obtener el Cloruro

de Sodio sobrante (Ver tabla N°5 en el apartado de Anexos)

9. Para obtener la masa máxima que disuelve en los diferentes volúmenes de disolvente, se

hace la siguiente operación:

g

Nota: Registrar los datos obtenido en la tabla N° 2 en la columna “Masa Máxima del NaCl”.

10. A continuación, se procede a elaborar el diagrama de los puntos dispersos con los datos

obtenidos.

11. Posteriormente, se procede a elaborar una nueva Tabla con el Método de Mínimos

Cuadráticos, La cual nos va permitir ajustar los datos para obtener una regresión lineal.

12. Para calcular los elementos que requiere el método de mínimos cuadrados (m, b, r,

utilizar las ecuaciones completas (véase anexos “cálculos matemáticos”).

13. Posteriormente se obtendrá un nuevo valor para Y, con la formula y=mx+b ; y con estos

valores elaborar la gráfica de la relación cuantitativa entre la masa máxima de una

sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de disolvente por el método de

mínimos cuadrados. Véase Grafica N°1.0

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Resultados << La siguiente tabla muestra los datos y resultados obtenidos durante la

experimentación>>

Tabla N°2 “Relación cuantitativa de la masa máxima de una

sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de

disolvente”

Evento

Volumen

(mL)

NaCl + 1g

NaCl “sobrante”

(g)

Masa Máxima de NaCl (g)

1 10 4 0.6 3.4

2 20 7 0.3 6.7

3 30 10 0.3 9.7

4 40 13 0.3 12.7

5 50 16 1.1 14.9

6 60 19 0.5 18.5

7 70 22 0.5 21.5

8 80 25 0.5 24.5

9 90 28 0.5 27.5

10 100 31 0.4 30.6

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« El siguiente diagrama presenta los datos de la masa máxima de una sustancia sólida

(y), y los datos del los diferentes volúmenes de disolvente (x) y una regresión lineal

esperada.»

Diagrama N°1 de los puntos dispersos con respecto a Tabla N°2

Estos valores son aproximados debido a la presencia de un error experimental, y para

corregirlo se usara el método de mínimos cuadrados.

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« La siguiente tabla presenta a los datos promedio corregidos por el MMC »

Tabla N° 3.0 “Datos corregidos con el método de mínimos cuadrados con respecto a la

masa máxima de una sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de

disolvente”

X

Volumen (mL)

Y Masa Máxima

del NaCl (g)

XY

10 3.4 34 100 11.56 20 6.7 134 400 44.89 30 9.7 291 900 94.09 40 12.7 508 1600 161.29 50 14.9 745 2500 222.01 60 18.5 1110 3600 342.25 70 21.5 1505 4900 462.25 80 24.5 1960 6400 600.25 90 27.5 2475 8100 756.25

100 30.6 3060 10000 936.36

550

170

11822

38500

3631.2

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« La siguiente tabla presenta los resultados obtenidos cuando se sustituyen valores en m

en x y en b. con respecto a la formula y=mx+b »

Tabla N° 4.0 “Nuevos valores para la Masa Máxima del NaCl (y)”

Este nuevo valor de la masa máxima del NaCl (y) es el dato corregido que se usara

para elaborar la gráfica que demuestra que la relación cuantitativa entre la masa

máxima de sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de disolvente es

directamente proporcional.

X

Volumen (mL)

y=mx+b

Y Masa Máxima del

NaCl (g)

0 0.302 (0) + 0.354 0.354

10 0.302 (10) + 0.354 3.37

20 0.302 (20) + 0.354 6.39

30 0.302 (30) + 0.354 9.41

40 0.302 (40) + 0.354 12.43

50 0.302 (50) + 0.354 15.45

60 0.302 (60) + 0.354 18.47

70 0.302 (70) + 0.354 21.49

80 0.302 (80) + 0.354 24.51

90 0.302 (90) + 0.354 27.53

100 0.302 (100) + 0.354 30.55

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« A continuación se presenta la grafica que demuestra que relación cuantitativa entre la

masa máxima de sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de disolvente

es directamente proporcional.»

Grafica N° 1 “Masa máxima de sustancia sólida que se disuelve en

diferentes volúmenes de disolvente por el método de mínimos cuadrados”

Variable Independiente: Volumen (X)

Variable Dependiente: Masa Máxima de la sustancia sólida (Y)

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« A continuación se presenta la tabla que corresponde a la pendiente (m) de la regresión

lineal con respecto a la Masa máxima de sustancia sólida que se disuelve en diferentes

volúmenes de disolvente »

Tabla N°5.0 “Constante de proporcionalidad (pendiente )“.

x Volumen

(mL)

Y Masa Máxima(g)

m ( )

0 0 0

10 3.37 0.337

20 6.39 0.302

30 9.41 0.302

40 12.43 0.302

50 15.45 0.302

60 18.47 0.302

70 21.49 0.302

80 24.51 0.302

90 27.53 0.302

100 30.55 0.302

= 3.055

= 0.3055

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ANEXOS

Tabla N°6 « Cálculos matemáticos con respecto a la Tabla N°2 »

Evento Masa del Papel Filtro

Masa del papel filtro con la sal

Calculo NaCl “Sobrante”

1 0.4 0.7 0.7 – 0.4 0.3

2 0.4 0.7 0.7 – 0.4 0.3

3 0.4 0.7 0.7 – 0.4 0.3

4 0.4 0.7 0.7 – 0.4 0.3

5 0.9 2.0 2.0 – 0.9 1.1

6 0.4 0.9 0.9 – 0.4 0.5

7 0.3 0.8 0.8 – 0.3 0.5

8 0.3 0.8 0.8 – 0.3 0.5

9 0.3 0.8 0.8 – 0.3 0.5

10 0.3 0.7 0.7 – 0.3 0.4

« Cálculos matemáticos para las Ecuaciones completas para calcular los

elementos que requiere el método de mínimos cuadrados »

m=

m= =

m= = 0.302

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b=

b=

b=

b= 0.354

r =

r =

r = =

r = = 0.999

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ANÁLISIS DE RESULTADOS

La Masa máxima de sustancia sólida que se disuelve en diferentes volúmenes de

disolvente es directamente proporcional, ahora bien; en física se utiliza la regresión

lineal para relacionar las variables o para calibrar medidas, etc. Tanto en el caso de

dos variables (regresión simple) como en el de más de dos variables (regresión

múltiple), el análisis de la regresión se puede utilizar para explorar y cuantificar la

relación entre una variable llamada pendiente

o criterio (Y) y una o más variables llamadas

independientes (X1,X2,….X8…etc); así como

para desarrollar una ecuación lineal con fines

predictivos.

Se realizo una tabla sobre la relación

cuantitativa entre la masa máxima de una

sustancia solida que se disuelve en diferentes

volúmenes de disolvente, como se puede

observar la cantidad máxima que se disuelve

en 100mL de agua destilada es de 30.6g

Ahora bien, el error experimental es inherente

al proceso de medición, y se pueden presentar

dos tipos de errores, que son los sistemáticos

y los aleatorios, para comprobar si se cometieron errores experimentales durante la

experimentación se procedió a elaborar un diagrama de los puntos dispersos,

obteniéndose el siguiente diagrama:

Este diagrama de los puntos dispersos

presenta los datos de los diferentes

volúmenes que se utilizaron (X), y los

datos de la masa máxima del Cloruro de

Sodio comercial (Y). Este diagrama de

dispersión nos ofrece una idea bastante

aproximada sobre el tipo de relación que

existe entre las dos variables.

Ahora bien, es cierto que este diagrama

de dispersión permite tener una primera

impresión rápida sobre el tipo de relación

que se espera de las dos variables, pero esta relación tienen un serio inconveniente: la

relación entre dos variables no siempre es perfecta; A simple vista, en el diagrama de

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puntos dispersos se puede pensar que si hay una relación positiva entre ambas

variables, pero si se observa de cerca, se puede notar que no es así, ya que hay puntos

dispersos, y es por esa razón se busco la curva fuera capaz de englobar a todos los

puntos dispersos (Ver diagrama N°1).

Existen diferentes procedimientos para ajustar los datos de la tabla de promedios, el

procedimiento que se eligió fue el Método de Mínimos Cuadráticos, que va a ayudar a

encontrar una nueva curva.

Porque se escogió el MMC? Por qué este método es la elección preferida de los

físicos, ya que la recta que hace mínima la suma de los cuadrados de las distancias

verticales entre cada punto y la recta. Esto significa que, de todas las recta posibles

que se pudieron haber trazado, existe una y solo una que consigue que las distancias

verticales entre cada punto y la recta

sean mínimas (las distancias se elevan al

cuadrado porque, de lo contrario, al ser

unas positivas y otras negativas, se

anularían unas con otras al sumarlas).

Los resultados que se obtuvieron

por el MMC, serán utilizados para

calcular m, b, r y

Posteriormente se elaboro una nueva tabla la cual tiene un nuevo valor para Y (Masa

máxima del NaCl) Este nuevo valor de la

Masa Máxima es el dato corregido con el

MMC que se uso para elaborar la grafica que

demuestra que la relación cuantitativa entre

la masa máxima de una sustancia solida que

se disuelve en diferentes volúmenes de

disolvente es directamente proporcional.

(Ver Tabla N°4).

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El análisis de regresión lineal es una técnica utilizada de estadística para estudiar la

relación entre variables; En física se utiliza para caracterizar la relación entre

variables. Para corroborar esto, se procede a elaborar la Grafica que nos demuestra

que la relación cuantitativa entre la masa

máxima de una sustancia solida que se

disuelve en diferentes volúmenes de

disolvente es directamente proporcional.

Como se puede observar en la Grafica N°1,

efectivamente el Método de los mínimos

cuadrados corrigió los datos que se

obtuvieron, y se puede apreciar ya que los

puntos de color rojo son los puntos dispersos

con respecto a la tabla de promedios, y los

puntos de color azul son los corregidos por el

MMC.

Ahora bien, los parámetros obtenidos por el MMC fueron:

r la cual se refiere al coeficiente de correlación múltiple.

El coeficiente de correlación múltiple no es otra cosa que el valor absoluto del

coeficiente de correlación (relación entre las variables) de Pearson entre esas dos

variables. Su cuadrado es el coeficiente de determinación (coeficiente de regresión)

El valor de r fue 0.999 y su cuadrado fue de 0.998

En el MMC, r establece una medida del grado de asociación lineal entre las variables X

y Y. Este se puede verificar si:

-1 R 1

Como el valor es de 0.999 se puede decir que el valor de r es aproximadamente

correcto, ya que si se redondea el valor seria de 1.

El valor de m fue de 0.302 (m nos indica el cambio que corresponde a la variable

dependiente por cada unidad de cambio de la variable independiente)

En el caso de este experimento m nos esta indicando el dato de la solubilidad de la

sustancia sólida que se utilizo (Cloruro de Sodio Comercial “Sal de Mesa”).

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El valor de b fue de 0.354 (errores experimentales).

b nos indica los errores experimentales, por lo tanto, b debería tener un valor de

0, pero como se puede observar este valor es diferente de cero. Y eso quiere decir

que durante la experimentación hubo errores experimentales como por ejemplo el

simple hecho de no utilizar la misma balanza durante las mediciones esto es un

error sistemático, estos errores alteran la medida por no tomar en cuenta alguna

circunstancia que afecto al resultado, por ejemplo, malos hábitos al momento de la

observación por parte del experimentador; algún ejemplo podría ser que la

balanza granataría no estaba calibrada correctamente, que al momento de medir el

agua destilada no se halla hecho apropiadamente, que la filtración no se hizo de

manera adecuada, etc …; todos estos errores experimentales llegan a afectar los

resultados, y esto se puede notar o apreciar cuando se elaboro el Diagrama de los

puntos dispersos.

Ahora bien es momento de detectar los puntos culminantes y esenciales de la sustancia de estudio (NaCl comercial “sal de mesa”), Para disolver una sal, hay que romper los enlaces iónicos, para lo cual hay que vencer la energía reticular de la sal. Para ello se cuenta con la entalpía de hidratación de los iones, que es la energía que se desprende debido a la atracción entre los iones de la sal y los del agua. Como se ha estado diciendo a lo largo de este trabajo, Se define Solubilidad, a la cantidad de soluto (en este caso sal) que se disuelve en una cantidad de disolvente a una Temperatura dada. El Cloruro sódico, NaCl, es por ejemplo una sal soluble, mientras que el cloruro de plata, AgCl, es una sal muy poco soluble. Probablemente a veces hemos escuchado hablar de Solubilidad, pero no se tiene claro de cierta manera a que se refiere, con los siguientes ejemplos de solubilidad en la vida diaria, puede que quede más claro este término.

La solubilidad se puede apreciar cuando preparamos un café con azúcar, o leche, también podemos observarla cuando preparamos aguas de sabores, ya sea artificial o natural.

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Bibliografía:

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Brown, T,.(2004) Química: La ciencia central, 9ª Edición, Editorial Pearson

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SJose,A,j,J,. (2004) Química, 1ª Edición, Editorial Mad, España

Kenneth, W,W, .(2008) Química, 8ª Edición, Editorial Kenneth, México

Morris,H,S,A,. (2010) Fundamentos de Química, 12ª Edición, Editorial Hein

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Eduardo,J.B (2006),Química General, Universidad del Litoral, segunda

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