ACADEMIA COLOMBIANA DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y NATURALES

Apropiación de la ciencia desde el aula INDAGALA

Módulo: Química-2 Soluciones o disoluciones

Actividad 4 Líquidos en líquidos

Título: ¿Son todos los líquidos solubles en agua?País: ColombiaAutores:José Muñoz. Profesor del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá. E mail jomuca08@gmail.comInés Bernal Alarcón Profesora del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Miembro de número la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. E mail ibernal09@gmail.comAsesoría y edición: Ernesto Concha MSC. Física Universidad Nacional de Colombia e-mail neticoconcha@yahoo.com.mx Ciclo: Enseñanza media (en Colombia) (3, 4)Disciplina. QuímicaTema: Soluciones y. soluciones coloidalesIdioma. EspañolDescripciónEn esta actividad se describe un trabajo de laboratorio que contribuye a la comprensión de la solubilidad en agua de sustancias líquidas con referencia a actividades comunes de la vida diaria y en la práctica en los laboratorios. Previo al desarrollo de la parte práctica se sugiere un cuestionario de entrada que permita complementar la contextualización e indagar sobre los conceptos básicos que se necesitan para mejor comprensión de la experiencia propuesta; se enumeran los materiales necesarios para realizarla, se plantean algunos puntos de reflexión, se sugieren aplicaciones y se finaliza con una lectura complementaria sobre los fundamentos estudiados.Propósitos:

- Contribuir al enriquecimiento del ejercicio de la docencia en los niveles de educación básica y media, con elementos de la propuesta metodológica ECBI aplicada al estudio de las soluciones acuosas.

- Identificar elementos que permitan describirlas. Duración en minutos. En condiciones de disponibilidad de espacio y materiales de laboratorio se sugieren 45 minutos incluyendo preparación y discusión.

Conceptos claves para el manejo de la sesión. Soluto, solvente, disolución, soluble, miscibilidad, capacidad disolvente.

Materiales Se indican los necesarios en la experiencia.

Recomendaciones: Por la naturaleza de la experiencia es necesario contar con blusa de laboratorio o delantales y elementos para protección de los alumnos y los muebles

Sugerencias: - Antes de realizar la experiencia hay que destacar la importancia que tiene el

proceso de observación para describir el fenómeno objeto de estudio.- Durante la realización del proceso educativo debe mantenerse una dinámica que

favorezca el permanente cuestionamiento.- El trabajo en aula tiene varias posibilidades por ejemplo:

- Cada grupo de máximo 5 estudiantes puede encargarse de la realización de la experiencia. En este caso es deseable que se escoja previamente un alumno de cada grupo que pueda asumir el rol de monitor con orientación previa del profesor.-Si la experiencia es demostrativa es necesario planear la forma para que los alumnos realicen adecuadamente el registro de las observaciones y enfatizar que este proceso es fundamental para la posterior discusión.La lectura complementaria se ha ideado como una síntesis teórica sencilla con la cual el profesor puede obtener el suficiente apoyo para dirigir la discusión y como complemento para favorecer la apropiación de los fundamentos teóricos por parte de los estudiantes

Objetivos

- Identificar comportamientos que permitan afirmar que un líquido es soluble (miscible) en agua.

- Identificar algunas características de las emulsiones.- Identificar elementos que permiten diferenciar clases de soluciones verdaderas

y coloidales.

Focalización Las soluciones líquido en líquido no son tan familiares, tal vez porque su uso a pesar de ser amplio pasa desapercibido y se da más difusión o importancia a las soluciones de gases y en especial de sólidos en agua. Un ejemplo es el alcohol etílico (etanol) que generalmente usamos por sus propiedades antisépticas y forma parte de numerosos productos de uso diario sin ser conscientes que es una solución de etanol en agua. Otra solución líquido en líquido es el etilenglicol en agua, muy usada en los países con estaciones, que se emplea como anticongelante para evitar la solidificación del agua en los radiadores de los carros. De otra parte en los laboratorios de química, biología y clínicos es más amplia la variedad de soluciones de este tipo que se usan para procesos específicos. En la vida diaria se está más familiarizado con las emulsiones, forma de presentación de numerosos productos de uso doméstico e industrial, en las cuales interviene la asociación líquido-líquido pero no tienen las características de una solución verdadera.

Objetivos.- Identificar comportamientos que permitan afirmar que un líquido es soluble en agua.- Identificar características de las emulsiones.

Cuestionario de entrada- ¿Todas las sustancias líquidas que Ud. conoce son solubles en agua?

- ¿Con base en qué observación puede afirmar que un líquido es soluble en agua?

- ¿Qué propiedad o propiedades del soluto se requiere para que sea soluble en agua?

- ¿Todos los procesos de disolución son exotérmicos?- ¿Las sustancias líquidas solubles se pueden disolver indefinidamente en agua?- ¿Qué soluciones acuosas de líquidos conoce?- ¿Para usted. qué es una emulsión?- ¿Qué se quiere indicar cuando se dice que dos líquidos son miscibles?- ¿Qué observación diferenciaría una solución de una emulsión?

Exploración

Experiencia . Solución líquido en líquido.

Materiales- 8 tubos de ensayo de 10 x 05 cm. o frascos pequeños y transparentes.- Gradilla para tubos de ensayo.- 8 tubos de vidrio delgados de 15 cm de longitud para usar como goteros.- 8 varillas de vidrio o agitadores plásticos.

Se sugieren los siguientes líquidos pero se pueden utilizar otros: - Acetona- Glicerina - Aceite de cocina - Varsol- Aceite lubricante Puede ser el usado para lubricar las máquinas de coser y

bisagras o el usado para refrescar a los bebes. - Miel de abejas- Detergente líquido - Creolina

Escoja, si es necesario, tres o cuatro de estas sustancias para cada grupo de estudiantes lo que le permite la discusión por comparaciónDe los seleccionados no presentan peligro: miel de abejas, aceite de cocina, glicerina. Sobre los demás deben tenerse algunas precauciones:

Procedimiento.- Rotule cada tubo o frasco con un número que identifique cada sustancia.

Coloque en cada tubo o frasco de 2 a 3 mL. de la sustancia - A cada tubo adicione aproximadamente 3 mL. de agua y agite con una varilla

o y agite fuertemente durante medio minuto evitando cualquier proyección y retorne el tubo a la gradilla; deje en reposo durante unos 4 minutos.

- Anote sus observaciones en la siguiente tabla:

Tubo Sustancia problema Observación1234567

8

Reflexión ¿Qué líquidos se disolvieron en el agua? ¿Cómo demuestra que hubo disolución en cada caso? . Dé sus razones ¿Cuáles parece que no se disolvieron? ¿Cómo puede tener certeza de la respuesta anterior? ¿Todas las mezclas tienen las mismas propiedades? ¿Qué conclusiones obtiene de estas experiencias?.

Aplicación- Escoja tres sustancias líquidas que encuentre en su hogar y clasifíquelas

como soluciones verdaderas o como emulsiones. - Examine el empaque o rótulo e identifique cuál es el soluto y cual el solvente

de cada una. - Anote las precauciones de uso que se especifican en el rótulo y justifique su

presencia..

Lectura complementaria: Soluciones- Emulsiones

En el estudio de las soluciones de líquidos en agua se encuentra una serie de comportamientos observables que permiten proyectar hacia aspectos que a diario vivimos.

Cuando mezclamos una sustancia líquida con agua y se obtiene una solución, el producto final es homogéneo (igual ocurre en el caso de sólidos y gases en agua), pero se observan en algunos casos situaciones muy particulares por sus características. En unas podemos decir que se obtuvo una solución, pero en otras la agitación previa permite apreciar la dispersión (distribución) del líquido en el agua (aceites, varsol) que le dan un aspecto turbio al sistema que indudablemente nos lleva a afirmar que el líquido no es soluble en agua. Pero al dejar en reposo el sistema se aprecia la formación de dos capas o fases claramente diferenciadas, lo cual lleva a la conclusión que estos líquidos no tienen la capacidad de mutuamente separar sus unidades constitutivas; es decir que es más fuerte la asociación entre las unidades de cada líquido que entre las unidades del soluto y del solvente. En este caso se aprecia con cierta claridad la asociación de las gotas del soluto y si el líquido es menos denso que el agua como en el caso de los aceites, el soluto se desplaza hacia la superficie del agua.. Cuando esto se observa se dice que el líquido es insoluble o que no es miscible con el agua. En caso contrario cuando se observa un sistema homogéneo, se dice que los líquidos son mutuamente miscibles, es decir solubles el uno en el otro como es el caso del etanol, metanol, ácido sulfúrico en agua, y hexano en tetracloruro de carbono.

Es decir que la miscibilidad se puede considerar como un indicativo de “la capacidad de un líquido de disolverse en otro” 1. Igualmente se ha establecido que líquidos polares interaccionan fuertemente con disolventes polares y es una de las razones de su miscibilidad. Pero cómo se puede representar esa interacción? Una aproximación se ilustra en el esquema adjunto para el caso etanol en agua, donde en color rojo representa la molécula de alcohol y en azul la de agua y la asociación soluto-solvente por puente de hidrógeno se indica por las líneas punteadas..

Este encadenamiento se repite en el conjunto de la solución de etanol en agua. Se puede atribuir al hecho de que el agua tiene la capacidad de romper (o debilitar) la asociación entre las unidades de etanol y formar una más fuerte con ellas. Situaciones similares se presentan con el metanol y el ácido sulfúrico. En el primer caso se absorbe energía (endotérmico) y en el segundo se libera en forma de calor (exotérmico); este aspecto no se trabaja en esta actividad. Sin embargo es pertinente anotar que diariamente en los laboratorios e industrias se preparan soluciones donde se desprende una gran cantidad de energía que es absorbida por el agua con el consiguiente aumento de la temperatura.

Otro aspecto a tener en cuenta en las mezclas líquido- líquido, son las que conforman sistemas de común ocurrencia que no se consideran soluciones, pero que presentan una cierta uniformidad en sus características y se denominan emulsiones. Por ejemplo cuando se agita fuertemente una mezcla de aceite de cocina en agua, en una primera etapa se observa un sistema líquido turbio por la dispersión de pequeñísimas gotas de aceite, pero que no tiene

las características de una solución. Al dejar en reposo poco a poco se van aglutinando las gotas del aceite y finalmente se forman dos fases claramente diferenciadas. Un buen número de estas emulsiones pueden estabilizarse por acción de un agente como el jabón que impide la asociación de las gotas de aceite (ver actividad de tensión superficial en la serie ¨algunas propiedades del agua¨ en Indágala Colombia de los mismos autores). En la dispersión de un soluto en un solvente, el tamaño y estructura de las unidades del soluto son dos de los factores que determinan la obtención de una solución o de un coloide; en éste el tamaño de las partículas dispersas produciría una solución coloidal que estaría entre la solución verdadera y la suspensión.

1 Whitten, Gailey, Devies, “Química General”, McGraw Hill, México, 3a. ed. Pag. 346.

Las emulsiones básicamente son soluciones coloidales de apariencia homogénea pero por el tamaño de las unidades que se dispersan interactúan con la luz, y por eso al ser atravesadas por un rayo de luz se aprecia el camino del haz luminoso, generando el llamado efecto TYNDALL que no lo presentan las soluciones.

Según historiadores fue Thomas Graham en el año 1861 quien hizo referencia a estas sustancias como contraste con aquellas sustancias que al evaporar el solvente o medio dispersante, el residuo que se obtenía era cristalino; en los coloides ese residuo era como una goma.

Lo anterior se resume en el siguiente cuadro donde se muestran las clases de coloides en algunos ejemplos de la vida diaria2.

CLASE SOLUTO MEDIO EJEMPLO

Soles- geles sólido líquido pinturas, gelatina

Emulsiones líquido líquido leche, mayonesa, cremas

Espumas gas líquido espuma de jabón, crema batida

Aerosoles líquidos líquido gas neblina, nubes

Aerosoles sólidos sólido gas humo.

Espumas sólidas gas sólido caucho, icopor

Emulsiones sólidas líquido sólido queso, mantequilla

Sol sólido sólido sólido algunas aleaciones.

¿Cómo se puede describir un coloide? En la literatura se encuentran diversas apreciaciones donde básicamente su fundamento es la dispersión en un medio de un soluto, cuyas partículas tienen un tamaño intermedio entre el nivel atómico o molecular y aquellas que pueden verse a simple vista y que con el tiempo se separan del medio en el cual se han dispersado. Un ejemplo es cuando una muestra de arcilla se suspende en agua. Se aprecia que unas partículas rápidamente van al fondo del recipiente, pero otras permanecen suspendidas y aun cuando se realice una filtración el medio se observa turbio. Esto indica que partículas de la arcilla pueden pasar por el papel de filtro; son las partículas de tamaño coloidal. Otro ejemplo es la solución de almidón incolora que se usa en los laboratorios escolares para el reconocimiento del iodo.

En resumen, de acuerdo con el tamaño de las partículas dispersas en agua el producto se puede clasificar como solución, coloide o suspensión, cuyas características se describen en el cuadro siguiente.

2 www.medicina.usa.edu.gt/química/coloides/coloides_1.htm

PROPIEDAD SOLUCIONES COLOIDES SUSPENSIONESTamaño de partícula Menor de 1 nm* 1 a 1000 nm Mayor de 1000 nmFiltración Pasa a través de filtros

y membranasPasa a través de filtros pero no de membranas

Se retienen por filtros y membranas

Visibilidad Invisible Visible con microscopio electrónico

Visible al ojo humano

Movimiento Movimiento molecular Movimiento browniano Movimiento por gravedad

Paso de luz transparente Puede ser transparente, a menudo opaca, presenta efecto Tyndall

A menudo opaca, translúcida.

1 nanómetro (nm) = 10-9 m

Cuadro tomado Molly y Lawrence3

Se ha presentado una breve descripción sobre aspectos que se pueden considerar básicos de los coloides, que conforman un campo de trabajo muy amplio y de gran aplicación en las diversas actividades de la sociedad.

Bibliografía.

Davis, R.E,; Gailey, K.D. ; Witten, K. W. (n.d.). Química General (3a ed., p. 346 p.). Méx-ico: McGraw-Hill.

Bloomfield, M. M., & Stephens, L. J. (1996). Chemistry and the Living Organism (p. 672 p.). New York: John Wiley. Pg. 217

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Las disoluciones químicas. (2010). Química Explicada. Tu blog de Química. Aprende Química de forma fácil y sencilla...Isótopos, Elementos Químicos, Reacciones Químicas, Enlaces, Formulación, Entalpía, Entropía. Retrieved from http://quimica-explicada.blogspot.com/2010/08/las-disoluciones-quimicas.html 3 Molly,B y Lawrence,S, Chemistry and Living Organism, John Wiley & Sons,Inc.,N.Y.1996,pa.217

Disoluciones químicas ¿Sabes que son las disoluciones químicas? Te invitamos a averi-guarlo en el siguiente recurso educativo dedicada a ellas. Contiene ilustraciones. (n.d.). Educar Chile. Retrieved from http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133138

Tutorial de Coloides. (2005). Portal Químico. Facultad de Ciencias Médicas. Guatemala, Guatemala: Portal Química. Retrieved from http://medicina.usac.edu.gt/quimica/coloides/Coloides.htm

Guatequimica : Portal químico. (2013). Universidad de San Carlos de Guatemala. Guate-mala, Guatemala. Retrieved from http://www.guatequimica.com/

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