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“ VALOR DE FLOCULACIÓN “ OBJETIVO. Determinación cuantitativa de la estabilidad de un sol inorgánico frente a la presencia de electrólitos.
INTRODUCCIÓN. Una parte esencial de cualquier estudio de física y química involucra primeramente el reconocimiento de los tres estados de agregación de la materia (sólido, líquido y gaseoso) y una discusión de las transformaciones entre ellos (fusión, sublimación, evaporación). Se analiza en primer lugar el caso de sustancias puras y posteriormente el de soluciones verdaderas, que son dispersiones homogéneas de especies químicas dispersas a escala molecular. durante siglo y medio aproximadamente permanecieron en el anonimato aquellos sistemas, intermedios entre sólidos y soluciones verdaderas, en los que, al menos uno de los componentes se encuentra finamente dividido, pero sin llegar a nivel molecular. Los sistemas de este tipo, llamados coloides poseen propiedades especiales de gran importancia práctica y fueron descritos por Ostwald como aquellos que forman el mundo de las dimensiones despreciadas. Están constituidos por una fase dispersa (discontinua) distribuida uniformemente dentro de un medio dispersante (fase continua). Se pueden citar algunos ejemplos de sistemas coloidales que son bastante familiares: ! Niebla, humo. Dispersiones de partículas líquidas o sólidas en un gas que reciben el nombre genérico de aerosoles. ! Leche. Dispersión de partículas de grasa en una fase acuosa que pertenece al grupo de las emulsiones. ! Pinturas. Dispersiones de partículas sólidas en un medio líquido que caen dentro del grupo de los soles o suspensiones coloidales. En general un sistema exhibe propiedades de carácter específicamente coloidal cuando las dimensiones de la fase dispersa caen en el intervalo de 1 a 1000 nm, aunque estos límites no son rígidos.
FUNDAMENTO. La suspensión uniforme de partículas sólidas en un medio líquido se denomina un sol. Las partículas de dimensiones coloidales se caracterizan por una gran área superficial y por la presencia de una carga eléctrica sobre la superficie. Esta carga es positiva en algunos coloides y negativa en otros. La diferencia en el signo se debe a la adsorción selectiva de diferentes iones. El sol rojo de oro, formado
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mediante un proceso de reducción, posee una carga negativa. El sol de hidróxido férrico, formado mediante una hidrólisis, tiene una carga positiva. La estabilidad de un coloide, o su resistencia a la coagulación, es el resultado o consecuencia de la carga superficial de la partícula. Esto se mostrará experimentalmente al adicionar iones de carga opuesta a la de la partícula, dando como resultado su coagulación o precipitación. En está práctica se estudiará la precipitación de coloides mediante varios electrólitos. Se encontrará que mientras más grande sea la carga del ión precipitante, mayor será su efectividad. La capacidad de un electrolito para desestabilizar una dispersión coloidal se expresa mediante lo que se denomina poder de floculación, el cual a su vez, no es otra cosa que el inverso de su valor de floculación, definiéndose este como el
número de milimoles de electrolito por litro de dispersión necesarios para provocar la aparición de una turbidez en el sistema.
La resistencia a la coagulación, o la estabilidad de un sistema coloidal, puede incrementarse notablemente, en la mayoría de los casos, abatiendo la concentración de iones en la fase dispersante. Los soles obtenidos mediante métodos químicos poseen una alta concentración de iones, y deben removerse si se desea obtener una dispersión de alta estabilidad. Esta eliminación se efectúa usualmente mediante el proceso conocido como diálisis. En este procedimiento el coloide se coloca dentro de una membrana o bolsa que sea permeable a los iones, pero no a las partículas coloidales. Si la bolsa se encuentra inmersa en agua, se establece una concentración de equilibrio con esta. Si este solvente se remueve continuamente, es posible reducir hasta valores muy pequeños la concentración de electrolito. Por otro lado, muchos soles adquieren una estabilidad adicional al encontrarse presente una segunda partícula coloidal. Para entender este fenómeno, es necesario distinguir entre soles hidrofóbicos y hidrofílicos. Debe recordarse que el término sol se emplea para definir la suspensión de un sólido en un medio líquido. Si el sólido se halla disperso en agua, al sistema se le denomina hidrosol. Si la partícula coloidal atrae a las moléculas de agua formando una masa gelatinosa, este hidrosol se denomina un sol hidrofílico. Contrariamente, si la partícula no atrae a las moléculas de la fase dispersante, se denomina un sol hidrofóbico. Con frecuencia se utilizan los términos liofóbico (poca afinidad hacia la fase dispersante) y liofílico (alta afinidad hacia la fase dispersante) en lugar de los más específicos hidrofóbico e hidrofílico. Cuando un sol liofílico se adiciona a cierto sol liofóbico, este ve incrementada su resistencia frente a la coagulación. Aunque el mecansimo de esta acción protectora no está del todo claro, parece bastante probable que el sol liofóbico se convierte en liofílico mediante la adsorción del sol liofílico sobre la superficie de la partícula liofóbica. La mezcla de estos soles tendrá entonces las mismas propiedades que un sol liofílico, que posee inherentemente una mayor estabilidad frente a la coagulación.
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DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO. No hay equipo especial, solo material de vidrio.
REACTIVOS. " " " "
Solución Solución Solución Solución
saturada de cloruro de fierro (III), 4 mL. de cloruro de sodio 2 M, 100 mL de nitrato de potasio 2 M, 100 mL de sulfato de potasio 0.004 M, 100 mL
MATERIAL Y EQUIPO. 1 vaso de precipitados de 600 mL. 1 Pipeta volumétrica de 5 mL. 1 Bureta de 50 mL 12 tubos de ensaye de 18 x 150. 1 plancha de calentamiento
PROCEDIMIENTO. Obtención del sol del hidrato de óxido de fierro por hidrólisis. Se llevan a ebullición 400 mL de agua destilada. Se adicionan 4 mL de la solución saturada de FeCl 3 , goteando rápidamente y con agitación.
Determinación de la cantidad mínima de electrólito para coagular un sol. En cada uno de tres tubos de ensayo se colocan 10 mL del sol de hidróxido de fierro. El primer tubo se deja como referencia. Al segundo tubo se le agrega mediante una bureta la solución de NaCl, de 1 mL en 1 mL, hasta que aparezca una turbidez que persista por dos o tres minutos. Anotar el volumen de coagulante. Al tercer tubo se le agrega el volumen anterior menos 0.1 mL y se comienza a añadir de 0.1 mL en 0.1 mL para conocer la cantidad mínima de una manera más exacta. Repetir lo anterior para las soluciones de nitrato de potasio y sulfato de potasio.
MEDICIONES EXPERIMENTALES. Vc = Volumen requerido de coagulante.
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MANEJO DE DATOS EXPERIMENTALES. A partir de los volúmenes empleados de dispersión coloidal, de solución electrolítica y de la concentración de esta última, calcular el valor de floculación para cada uno de los electrólitos.
BIBLIOGRAFÍA. Crockford, H. D., Laboratory manual of physical chemistry, 2nd edition, John Wiley & Sons, 1975.
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CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles son los valores de floculación reportados de los electrólitos empleados en esta práctica, para desestabilizar al sol de hidróxido de fierro? Reportar la bibliografía consultada. 2. Describir de manera detallada al menos un método adicional para la síntesis del sol de hidróxido de fierro. 3. ¿Qué factores proporcionan estabilidad a un sol hidrofóbico? 4. ¿Cuál es el mecanismo de acción mediante el cual un electrólito logra desestabilizar a un sol? 5. ¿Qué características debe presentar una especie química para proporcionar protección a un sistema coloidal frente a la acción de un electrólito? 6. ¿Cuál es el mecanismo de acción de un agente protector?