Determinación de la fórmula de una sal hidratada

La mayoría de las sales que encontramos en la naturaleza o aquellas que preparamos en laboratorios cristalizan con las moléculas de agua, por lo que se les suele llamar, sales hidratadas. Cuando se consiguen eliminar todas las moléculas de agua presentes en la cristalización obtenemos la sal anhidra, que por lo general no es cristalina.

En este artículo trataremos la experiencia en laboratorio que debemos realizar para obtener la fórmula de una sal hidratada.

• Información previa a tener en cuenta antes de comenzar la experiencia:

Por lo general, las moléculas del agua de las cristalizaciones de sales que se encuentren hidratadas se encuentran unidas o enlazadas a los iones de sal, lo que les da un papel importante estructuralmente hablando. EL número de moles de agua presentes por cada mol de sal, normalmente es constante cuando la sal se encuentra hidratada; por ejemplo, El FeCl3 en el comercio solemos encontrarlo como FeCl3. 6H2O. Existen muchas sales que tienen un número concreto de moléculas de agua de la cristalización, como por ejemplo, MgSO4 . 7H2O, y Na2CO3 . 10 H2O.

• Planteamiento del problema:

Esta experiencia tiene como objetivo el cálculo de la relación molar entre el agua y la sal existente en el sulfato de cobre (II) hidratado, para poder conocer la fórmula hidratada: CuSO4 . x H2O.

• Experiencia cualitativa:

Preparamos cinco tubos de ensayo y vamos añadiendo en cada uno de ellos, una cantidad mínima de alguna de las sales que citamos a continuación: CoCl2, Cu(SO4)2, Na2CO3, CaSO4 y NaCl.

Seguidamente procedemos a calentar cada uno de los tubos con una llama media. Observaremos los cambios de coloración que tienen lugar en las sales, así como las gotitas de agua que van apareciendo en la parte alta de algunos de los tubos de ensayo. Una vez que la muestra de cada tubo de ensayo se ha enfriado, añadimos unas gotas de agua para cada tubo.

• Proceso de la experiencia:

De lo observado con anterioridad deducimos que cuando calentamos las sales que se encuentran hidratadas, éstas sufren pérdida de moléculas de agua procedentes de la cristalización, quedando un residuo o resto de tipo sólido que corresponde a la sal no hidratada, es decir, anhidra. Para poder calcular la composición que posee la sal hidratada es necesaria la medida de la masa total de la sal antes y posterior al proceso de calentado, con el fin de saber la cantidad de agua que hemos perdido en el procedimiento de deshidratación.

• Materiales y sustancias a utilizar:

-Balanza

-Tubos de ensayo, cápsula de porcelana, rejilla, soporte de aro, encendedor y pinzas.

-CuSO4 hidratado.

• Medición de la masa de la sal (hidratada)

Para llevar a cabo la experiencia necesitamos una balanza, convenientemente de precisión, de 0.01 gramos. Primeramente pesamos la cápsula vacía (limpia y seca), y después medimos la cápsula con la muestra de sal ( hidratada). En nuestro ejemplo, la masa de la muestra que hemos medido es de 2,04 +/- 0.01 g de CuSO4 hidratado.

• Calentamiento del CuSO4 hidratado:

Debido a que la eliminación de agua no necesita temperaturas altas, el calentamiento de la sal se lleva a cabo con cuidado de que la temperatura no sea muy elevada para evitar así, la posibilidad de que la sal se descomponga.

El calentamiento de la sal se lleva a cabo en la cápsula de porcelana situada en la rejilla que se encontrará apoyada sobre el aro de soporte. Se comienza la experiencia dándole calor a la muestra; gradualmente subiremos la intensidad del calor con el tiempo, que en su totalidad será de unos 10 minutos. Dejamos enfriar a temperatura ambiente y volvemos a pesar la muestra, observando la pérdida de masa al restarla con el dato inicial. Volvemos a calentar durante intervalos cortos de tiempo repitiendo el proceso anterior hasta que veamos que la masa permanece constante.

• Obtención de los datos e interpretación de resultados:

Los datos que hemos obtenido en nuestro experimento ejemplo han sido:

Masa de la cápsula: 18,42 g.

Masa de la cápsula + sal : 20,46 g.

Masa de la sal hidratada: 2,04 g

Masa total, después del primer calentamiento: 19,86 g.

Masa total al finalizar el proceso de calentamiento: 19,72 g

Masa de la sal anhidra: 1,30 g.

Masa del agua: 0,74 g.

Si analizamos los datos anteriores vemos que, de los 2,04 g de la sal que se encuentra hidratada, 1,30 g son de sal no hidratada, CuSO4, y 0,74 g son de agua. Para proceder a determinar la fórmula de la sal hidratada, necesitamos saber la cantidad de moles de agua que se cristalizan por cada uno de los moles de la sal no hidratada:

Moles de agua: 0,74 g H2O / 18 g/mol= 0,041 moles

Moles de Sulfato de cobre (II) : 1,30 g CuSO4 / 159,5 g/mol = 0,00815 moles.

Así, la relación molar será: 0,041 moles de agua / 0,00815 moles de CuSO4= 5,0, por lo cual la fórmula de la sal hidratada será: CuSO4 . 5 H2O

• Importancia de la determinación de la fórmula de una sal hidratada:

La determinación de la fórmula de una sal hidratada es un proceso fundamental en química. Esta información es crucial para entender las propiedades físicas y químicas de la sal, así como su comportamiento en diversas condiciones. Además, la fórmula de una sal hidratada puede proporcionar información valiosa sobre la estructura de la sal y su interacción con otras sustancias.

Este proceso también tiene aplicaciones prácticas en varias industrias. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, la determinación de la fórmula de una sal hidratada puede ayudar a entender cómo se comportará un medicamento en el cuerpo humano. En la industria alimentaria, puede ayudar a determinar la estabilidad de un producto y su vida útil.

• Consideraciones de seguridad en el laboratorio:

Es importante recordar que el trabajo en el laboratorio debe realizarse con precaución. Al manipular sustancias químicas, siempre se deben usar guantes y gafas de seguridad. Además, se debe trabajar en un área bien ventilada para evitar la inhalación de vapores químicos. Al calentar las sales, se debe tener cuidado de no sobrecalentarlas, ya que esto puede resultar en una reacción violenta o la liberación de gases tóxicos.

En resumen, la determinación de la fórmula de una sal hidratada es un proceso químico importante que requiere precisión, cuidado y una comprensión sólida de los principios químicos. Con la práctica y la precaución adecuada, esta tarea puede ser una experiencia de aprendizaje valiosa y segura.