Propiedades fisicoquímicas del agua



OBJETIVO.

Objetivo didáctico.
Comprender la relación existente entre las propiedades físicas y químicas del agua con las fuerzas de interacción intermolecular.

Objetivo experimental. Observar el comportamiento de dos grasas distintas en diferentes medios acuosos para identificar las propiedades físicoquímicas del agua.

INTRODUCCION.

Cuando un compuesto soluble en agua es colocado en ésta, desaparece rápidamente en el líquido. Por el contrario, si no es soluble, entonces permanece donde se le coloca. Si posee una solubilidad intermedia, entonces se puede dispersar sobre la superficie del agua hasta que se vuelve invisiblemente delgada.

Lo que determina el comportamiento de un compuesto en una solución son las complejas interacciones de tipo eléctrico en las superficies de las moléculas. Por ejemplo, la solubilidad de un compuesto químico en agua depende de la magnitud de las interacciones de unión entre sus moléculas y las del agua. El grado de solubilidad resulta de una competencia entre los enlaces que mantienen a cada molécula unida y las oportunidades alternas de unirse con la otra sustancia.

Los compuestos orgánicos varían grandemente en su solubilidad en agua. La vida en la Tierra no existiría sin esta variabilidad. Los compuestos orgánicos insolubles tienen grupos componentes de átomos que forman pocas uniones (ninguna en algunos casos) con moléculas de agua. Se dice que tales grupos son hidrofóbicos, al igual que la molécula que tenga tales grupos. Este término es confuso ya que implica una repulsión entre la molécula (o el grupo) y el agua. El efecto no surge de la repulsión sino del hecho de que la unión es tan débil que la cohesión del agua mantiene afuera al compuesto hidrofóbico.

Sin embargo, muchas moléculas orgánicas son parcialmente solubles en agua debido a que por lo menos algunos de sus grupos atómicos se unen al agua. Mientras más de estos grupos tenga el compuesto, será más soluble.

REACTIVOS Y SUSTANCIAS PREVIOS A LA SESION.
Preparación de soluciones.
Realice los cálculos para preparar 25 ml de las soluciones en agua:

___Ácido clorhídrico 0.1 M.
___Hidróxido de amonio 0.1 M.
___Hidróxido de sodio 0.1 M.

MATERIALES Y EQUIPOS.

___1 Agitador magnético 1/2" x 5/16"
___1 Balanza granataria
___1 Botella lavadora de 500 ml
___5 Cajas de Petri
___1 Clip
___1 Espátula
___1 Manguera de hule
___3 Matraces volumétricos de 25 ml
___1 Mechero de Bunsen
___1 Parrilla magnética
___2 Pipetas Pasteur
___2 Pipetas serolégicas de 1 ml
___2 Pipetas serológicas de 5 ml
___4 Pipetas serológicas de 10 ml
___1 Propipeta
___6 Vasos de precipitado de 50 ml
___1 Vaso de precipitado de 100 ml

REACTIVOS Y SUSTANCIAS.

___Acetona. (MW 58.08 g/mol).
___Ácido clorhídrico concentrado. (MW 36.47 g/mol).
___Aceite de oliva. (Principalmente ácido oleico MW 282.45, PROPORCIONADO POR LOS ALUMNOS).
___Agua destilada. (MW 18.016 g/mol).
___Bicarbonato de sodio. (MW 84.00 g/mol).
___Hidróxido de amonio. (MW 35.046 g/mol).
___Hidróxido de sodio. (MW 40.01 g/mol).
___Petrolato líquido. (Mezcla de hidrocarburos del petróleo).
___Sudán III. (MW 352.40 g/mol).

PROCEDIMIENTO.

Equipo de protección.
Ojos.
___Anteojos de policarbonato o monogógles.
___Protector facial de cara completa.

Piel.
___Guantes de neopreno para ácidos.
___Guantes de nitrilo para solventes orgánicos.
___Ropa de algodón.

Respiratorio.
___Respirador con filtro para vapores orgánicos (Código amarillo).
___Respirador con filtro para ácidos (Código amarillo).
___Maneje los ácidos y solventes orgánicos en campana para vapores.
___No respire los vapores.

Precauciones especiales.
___Baño de ojos disponible.
___Regadera de seguridad disponible.
___Extinguidor de polvo químico, CO2 o gas halón (Tipo ABC).
___Lave abundantemente después de usar los reactivos.

Experimento.
___Colóquese ropa de algodón para protección (bata).
___Revise que las llaves de gas estén cerradas.
___Revise que las llaves de agua estén cerradas.
___Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas.
___Revise que los contactos eléctricos estén libres.
___Revise que los interruptores de luz del laboratorio estén encendidos.
___Revise que los extractores de aire estén encendidos.
Preparación de soluciones.
___Colóquese anteojos de policarbonato o monogógles sin ventilación.
___Colóquese los guantes de neopreno.
___Ajuste la balanza a 0.0 g.
___Prepare 100 ml de bicarbonato de sodio 20 % en agua.
___Prepare 25 ml de hidróxido de sodio 0.1 N en agua.
___Colóquese el respirador.
___Encienda la campana de extracción.

___Prepare 25 ml de ácido clorhídrico 0.1 N en agua.
___Prepare 25 ml de hidróxido de amonio 0.1 N en agua.
Comportamiento del aceite mineral.
___Vierta un espejo de 10 ml de agua en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de solución de HCl en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de solución de NaOH en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de hidróxido de amonio en una mitad de caja de Petri.
___A cada caja agregue una gota de aceite mineral con una pipeta Pasteur. Observe.
___Añada unas gotas más y observe.
___Mantenga las muestras en observación durante 30 minutos.
Comportamiento del ácido oleico.
___Vierta un espejo de 10 ml de agua en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de solución de HCl en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de solución de NaOH en una mitad de caja de Petri.
___Vierta un espejo de 10 ml de hidróxido de amonio en una mitad de caja de Petri.
___A cada caja agregue una gota de aceite de oliva coloreado con SUDAN III con una pipeta Pasteur. Observe.
___Añada unas gotas más y observe.
___Mantenga las muestras en observación durante 30 minutos.
___Lave y caliente al rojo la punta de un clip.
___En una mitad de caja de Petri coloque un espejo de 10 ml de agua.
___Sobre el espejo añada con la punta del clip una pequeña gota de ácido oleico. Observe.
___Coloque una segunda gota sobre la superficie. Observe.
Forma de desechar
___Neutralice lentamente los residuos ácidos (ver Forma de desechar).
___Deseche los residuos ácidos (ver Forma de desechar).
___Neutralice lentamente los residuos básicos (ver Forma de desechar).
___Deseche los residuos básicos (ver Forma de desechar).
___Deseche los residuos orgánicos(ver Forma de desechar).
___Lave y enjuague el material.
___Seque el material con papel o con franela.
___Guarde y entregue el material y los equipos.
___Revise que no haya reactivos en la campana.
___Apague la campana de extracción.
___Revise que no haya reactivos sobre la mesa.
___Revise que la mesa esté limpia y seca.
___Revise que las llaves de gas estén cerradas.
___Revise que las llaves de agua estén cerradas.
___Revise que las llaves de aire comprimido estén cerradas.
___Revise que los contactos eléctricos estén libres.
___Revise que los extractores de aire estén apagados.
___Revise que los interruptores eléctricos del laboratorio estén apagados.
___Retírese el equipo de protección personal.
___Guarde el equipo de protección personal.
___Revise que la luz del laboratorio esté apagada.

Forma de desechar.
___Queme los residuos orgánicos en un incinerador con filtro y trampa.
___Neutralice los residuos ácidos con bicarbonato de sodio.
___Neutralice los residuos alcalinos con bicarbonato de sodio. Deseche.

OBSERVACIONES.
___Revise las estructuras químicas de los compuestos utilizados en el experimento.
___Identifique las propiedades físicas y químicas de los grupos funcionales de los compuestos utilizados.
___Explique las variaciones en términos de las fuerzas que actúan entre el aceite de oliva, el aceite mineral y las diferentes soluciones.

REFERENCIAS.
Cole-Parmer 97-98. Cole-Parmer Instrument Company, Vernon Hills, IL. 1996.
Hackett, W.J. y Robbins, G.P. 1982. Manual Técnico de Seguridad. Representaciones y Servicios de Ingeniería, S.A., México.
The Merk Catalogue. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996.
The Merk Index. 12th ed. Merk KgaA, Darmstadt, BRD. 1996.
Walker, J. 1983.Funny things happen when drops of oil or other substances are placed on water. Sci. Am. 249, 6:146-154.

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© Raúl Alva*, México, 5/III/2001.
*Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, México.