química general aplicada manual de laboratorio - biblioteca upibi ...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL<br />
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE<br />
BIOTECNOLOGÍA<br />
QUÍMICA GENERAL<br />
APLICADA<br />
MANUAL DE LABORATORIO<br />
ELABORADO POR:<br />
Alejandro Cruz<br />
Alejandro Muñoz Herrera<br />
Amelia Romana Jiménez Rodríguez<br />
Benito Rizo Zúñiga<br />
Efrén Venancio García Báez<br />
Juan Ramírez Bal<strong>de</strong>ras<br />
Luis Francisco Esquivel Ruiz<br />
Ma. Del Socorro Camargo Sánchez<br />
Ma. Isabel García Ventura<br />
Teresa Jaens Contreras<br />
AGOSTO 2006
1. Reglas <strong>de</strong> seguridad en el <strong>laboratorio</strong>..<br />
REGLAMENTO DEL LABORATORIO.<br />
1. Usar siempre bata blanca <strong>de</strong> algodón.<br />
2. No ingerir alimentos en el <strong>laboratorio</strong>.<br />
3. Las mesas <strong>de</strong> trabajo y los pasillos <strong>de</strong>ben <strong>de</strong> estar libres <strong>de</strong> mochilas.<br />
4. Ubicar salidas <strong>de</strong> emergencia, extintores, rega<strong>de</strong>ras y botiquín.<br />
5. Realizar exclusivamente los experimentos que indique el profesor.<br />
6. En el caso <strong>de</strong> trabajar con mecheros, apagarlos cuando no se ocupen.<br />
7. Cuando se trabaje con líquidos flamables evitar tener meheros encendidos cerca.<br />
8. Leer siempre las etiquetas <strong>de</strong> los frascos reactivos y consi<strong>de</strong>rar la peligrosidad <strong>de</strong> los<br />
mismos.<br />
9. Cuando manipule reactivos no se lleve las manos a la boca.<br />
10. Nunca adicione agua sobre un acido concentrado .Para diluir ácidos, estos <strong>de</strong>ben agregarse<br />
poco a poco al agua y agitar constantemente, <strong>de</strong> lo contrario el calor que se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> en la<br />
reacción pue<strong>de</strong> proyectar el ácido.<br />
11. Al calentar tubos <strong>de</strong> ensayo directamente hacía el fuego, manténgalo inclinado y nunca en<br />
forma vertical. No mire hacía el interior <strong>de</strong>l tubo, ni lo dirija hacia otra persona.<br />
12. Cuando requiera <strong>de</strong> calentar tubos <strong>de</strong> ensayo hágalo en baño Maria sobre la parilla.<br />
13. Cuando este trabajando con dispositivos <strong>de</strong> reflujo, o <strong>de</strong>stilación nunca trabaje con<br />
temperaturas muy altas, ya que el líquido que esta en el interior pue<strong>de</strong> ser proyectado hacia<br />
el exterior, ni tampoco <strong>de</strong>je el dispositivo sin supervisión.<br />
14. Si trabaja con dispositivos <strong>de</strong> reflujo o <strong>de</strong>stilación verifique que las piezas estén<br />
correctamente colocadas, pinzas perfectamente cerradas, para así evitar perdida <strong>de</strong><br />
material por rompimiento.<br />
15. No verter a la tarja residuos sólidos, o reactivos. I<strong>de</strong>ntifique recipientes <strong>de</strong> <strong>de</strong>sechos ácidos,<br />
básicos, u orgánicos e inorgánicos.<br />
16. Al final <strong>de</strong> la práctica <strong>de</strong>jar limpio el material y la mesa <strong>de</strong> trabajo.<br />
17. En caso <strong>de</strong> tener algún acci<strong>de</strong>nte en el <strong>laboratorio</strong> avisar rápidamente a su profesor.<br />
2
2. Reglas <strong>general</strong>es <strong>de</strong> seguridad para el uso <strong>de</strong> reactivos.<br />
1. Usar bata <strong>de</strong> algodón<br />
2. No fumar, ni consumir alimentos cuando se manipule con reactivos.<br />
3. Manipular las sustancias volátiles, inflamables y explosivas en la campana <strong>de</strong> extracción o<br />
en su <strong>de</strong>fecto en un lugar ventilado.<br />
4. No usar lentes <strong>de</strong> contacto durante el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> algún experimento que intervenga<br />
sustancias volátiles o peligrosas.<br />
5. Usar lentes <strong>de</strong> seguridad.<br />
6. Lavarse las manos con frecuencia cuando este en contacto con sustancias <strong>química</strong>s.<br />
7. Evitar encen<strong>de</strong>r mecheros o generar calor cerca <strong>de</strong> lugares don<strong>de</strong> se manipulen<br />
disolventes orgánicos.<br />
8. Nunca pipetear con la boca, auxiliarse con propipetas.<br />
9. Tener a la mano material absorbente, para utilizarse en el caso <strong>de</strong> <strong>de</strong>rrames.<br />
10. Etiquetar los recipientes <strong>de</strong> reactivos y disolventes que se tengan en uso; aquellos que se<br />
encuentran sin i<strong>de</strong>ntificación y se ignores el contenido, <strong>de</strong>secharlo en un lugar a<strong>de</strong>cuado.<br />
11. Rotular siempre el material con el que se esta trabajando.<br />
12. Investigar la peligrosidad <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los reactivos a utilizar en cada práctica para<br />
minimizar los riesgos.<br />
3
INDICE<br />
No. DE PRACTICA NOMBRE DE LA PRACTICA<br />
PRACTICA Nº 1 INTRODUCCION AL TRABAJO EXPERIMENTAL<br />
PRACTICA No. 2<br />
PRACTICA No. 3 SOLUBILIDAD<br />
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS EN FUNCIÓN<br />
DE SU TIPO DE ENLACE Y SUS FUERZAS<br />
INTERMOLECULARES.<br />
PRACTICA No. 4 BALANZA ANALITICA 27<br />
PRACTICA No. 5 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES 32<br />
PRACTICA No. 6 REACCIONES QUÍMICAS<br />
42<br />
PRACTICA No. 7 ESTEQUIOMETRÍA<br />
PRACTICA No. 8 SINTESIS DE HEXA AMIN COBALTO (III) 54<br />
PRACTICA No. 9 ELECTROLITROS FUERTES Y DÉBILES<br />
58<br />
PRACTICA No. 10 PREPARACIÓN DE CELDAS ELECTROLÍTICAS Y<br />
MEDICIÓN DE POTENCIAL DE CELDA<br />
PRACTICA No. 11 ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES<br />
PRACTICA No. 12 VALORACIONES POTENCIOMÉTRICAS ACIDO-<br />
BASE<br />
PAG<br />
5<br />
13<br />
21<br />
48<br />
64<br />
71<br />
76<br />
4
OBJETIVOS.<br />
PRACTICA Nº 1<br />
INTRODUCCION AL TRABAJO EXPERIMENTAL<br />
1. El alumno conocerá el reglamento con que se trabaja en el <strong>laboratorio</strong> <strong>de</strong><br />
Química General Aplicada.<br />
2. El alumno conocerá y trabajara <strong>de</strong> acuerdo con las Buenas Prácticas <strong>de</strong><br />
Laboratorio, en los siguientes aspectos: requisitos <strong>de</strong>l personal, instalaciones y<br />
ambientes a<strong>de</strong>cuados <strong>de</strong> trabajo, materiales.<br />
3. El alumno adquirirá la habilidad y <strong>de</strong>streza para el dominio <strong>de</strong> técnicas <strong>de</strong><br />
trabajo como lo son: uso <strong>de</strong> material volumétrico.<br />
FUNDAMENTO.<br />
La clave <strong>de</strong>l éxito en el trabajo experimental es preguntarse <strong>de</strong> manera<br />
continua ¿Qué es lo que vamos a hacer?, ¿Lo estamos haciendo <strong>de</strong> manera<br />
correcta?, ¿Qué pasará si no utilizó a<strong>de</strong>cuadamente el material o las instalaciones?,<br />
¿Qué consecuencias traerá consigo si la técnica no es bien <strong>aplicada</strong>? ¿Así se llama<br />
este material? Para todas estas preguntas <strong>de</strong>be <strong>de</strong> haber una respuesta,<br />
respuestas que se darán durante el transcurso <strong>de</strong> esta práctica.<br />
Las Buenas prácticas <strong>de</strong> Laboratorio (BPL) son condiciones y lineamientos<br />
que se <strong>de</strong>ben <strong>de</strong> seguir cuando se trabaja en el <strong>laboratorio</strong>. Dentro <strong>de</strong> estas BPL se<br />
encuentran establecidas normas <strong>de</strong> seguridad para manipular reactivos, normas <strong>de</strong><br />
seguridad para indicar tuberías, medidas <strong>de</strong> seguridad que <strong>de</strong>bemos <strong>de</strong> respetar<br />
para no generar acci<strong>de</strong>ntes, como lo son el uso correcto <strong>de</strong>l material, técnicas <strong>de</strong><br />
trabajo correctas, requisitos que <strong>de</strong>be <strong>de</strong> tener el personal para trabajar en el<br />
<strong>laboratorio</strong> y también requerimientos que <strong>de</strong>be <strong>de</strong> el mismo para hacer el uso<br />
a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> sus instalaciones.<br />
5
PROTOCOLO DE INVESTIGACION<br />
1. Investigar el uso <strong>de</strong>l material <strong>de</strong> <strong>laboratorio</strong> <strong>de</strong> a acuerdo a la siguiente<br />
clasificación.<br />
a. Material <strong>de</strong> sostén.<br />
b. Material recipiente<br />
c. Material volumétrico<br />
d. Material <strong>de</strong> uso específico<br />
2. Defina material peligroso.<br />
3. De acuerdo a la Norma oficial Investigar el código <strong>de</strong> colores para la<br />
clasificación <strong>de</strong> reactivos (mencione también la combinación que se hace con<br />
cada tipo <strong>de</strong> reactivo).<br />
Tipo <strong>de</strong> reactivos Color Símbolo<br />
Inflamable<br />
Oxidantes<br />
Corrosivos<br />
Tóxicos<br />
Ningún daño a la salud<br />
4. Investigue <strong>de</strong> acuerdo a la Norma Oficial el código <strong>de</strong> colores para la tubería<br />
por las cuales pasan fluidos.<br />
5. Investigue que se <strong>de</strong>be <strong>de</strong> hacer en el caso <strong>de</strong> que ocurra alguna quemadura,<br />
ingestión, <strong>de</strong>rrame o cualquier otro acci<strong>de</strong>nte.<br />
6
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
a) Material y reactivos.<br />
1 matraz balón <strong>de</strong> 50ml<br />
1 refrigerante recto con manguera <strong>de</strong> látex<br />
1 termómetro<br />
Conexiones <strong>de</strong> vidrio<br />
1 porta termómetro<br />
1 embudo <strong>de</strong> filtración<br />
1 bureta <strong>de</strong> 25 ml.<br />
1 vaso <strong>de</strong> precipitados<br />
2 pipetas <strong>de</strong> 10ml<br />
10 tubos <strong>de</strong> ensaye<br />
1 anillo <strong>de</strong> fierro.<br />
3 pinzas para matraz<br />
1 parilla eléctrica.<br />
b) Secuencia experimental.<br />
b.1 Código <strong>de</strong> colores en reactivos.<br />
Le serán proporcionados frascos <strong>de</strong> reactivos y con la información que<br />
investigo verifique si se cumple con el código <strong>de</strong> colores. Llene el siguiente cuadro.<br />
Tipo <strong>de</strong><br />
reactivos<br />
Inflamable<br />
Oxidantes<br />
Corrosivos<br />
Tóxicos<br />
Ningún daño a<br />
la salud<br />
Color y<br />
símbolo según<br />
la Norma<br />
Color y<br />
símbolo en el<br />
frasco <strong>de</strong> la<br />
etiqueta<br />
Nota: Si es necesario modifique el cuadro para su llenado.<br />
Nombre <strong>de</strong>l<br />
reactivo<br />
Cuidados que<br />
se <strong>de</strong>ben <strong>de</strong><br />
tener al<br />
manipularlos.<br />
7
.2 Código <strong>de</strong> colores en tuberías <strong>de</strong>pendiendo el tipo <strong>de</strong> fluido que<br />
circule por su interior.<br />
Le serán indicados los fluidos que circulan por la tuberías <strong>de</strong>l <strong>laboratorio</strong>,<br />
verifique si correspon<strong>de</strong> con el color que indica la Norma Oficial.<br />
Fluido Color <strong>de</strong> tubería<br />
según la Norma<br />
Nota: Si es necesario modifique el cuadro para su llenado.<br />
b.3 Material <strong>de</strong>l <strong>laboratorio</strong>.<br />
Color <strong>de</strong> tubería<br />
en el <strong>laboratorio</strong><br />
Con el material que se le proporcione realice un cuadro que contenga lo siguiente.<br />
Esquema <strong>de</strong>l<br />
material<br />
Clasificación Nombre<br />
correcto<br />
Uso<br />
a<strong>de</strong>cuado<br />
Cuidados al<br />
manipularlo<br />
b.4 Armado <strong>de</strong> dispositivos <strong>de</strong> Destilación, filtración, titulación y<br />
reflujo.<br />
Con ayuda <strong>de</strong>l profesor arme los dispositivos <strong>de</strong> trabajo que se le indiquen.<br />
Elabore una lista con todos los cuidados que se le <strong>de</strong>ben <strong>de</strong> tener al material en el<br />
momento que estos sean utilizados. Ayú<strong>de</strong>se con las figuras que se encuentran<br />
en el anexo.<br />
b.5 Técnicas <strong>de</strong> trabajo.<br />
b.5.1 Manejo <strong>de</strong> la pipeta.<br />
- Colocar una gradilla con 5 tubos <strong>de</strong> ensaye <strong>de</strong> 10ml<br />
- En un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100ml verter la solución con la cual va a<br />
trabajar<br />
- Tomar una pipeta <strong>de</strong> 5ml, lavarla perfectamente (Para medir correctamente<br />
el volumen <strong>de</strong>jarla libre <strong>de</strong> grasa y cualquier sólido que pueda tener pegado<br />
en sus pare<strong>de</strong>s).<br />
8
- Llenar la pipeta por arriba <strong>de</strong>l aforo, ayú<strong>de</strong>se con una perilla <strong>de</strong> succión<br />
nunca succione con la boca<br />
- Evite que se formen burbujas en la pipeta, si esto suce<strong>de</strong> vacíe la pipeta y<br />
vuélvala a llenar.<br />
- Coloque la punta <strong>de</strong> la pipeta contra la pared interna <strong>de</strong>l recipiente que<br />
contiene el líquido y permita que el líquido caiga hasta que la parte inferior <strong>de</strong>l<br />
menisco toque apenas la línea <strong>de</strong>l aforo, observando a la altura <strong>de</strong> los ojos.<br />
- Descargar 2ml <strong>de</strong>l líquido en cada uno <strong>de</strong> los tubos <strong>de</strong> ensaye. El volumen<br />
<strong>de</strong>l líquido que queda en la punta <strong>de</strong> la pipeta, no se sopla, ya que la pipeta<br />
esta calibrada para <strong>de</strong>scargar el volumen exacto.<br />
- Repetir estos pasos si es necesario hasta el dominio <strong>de</strong> la técnica.<br />
b.5.2 Aforar Material Volumétrico<br />
- Tomar una probeta <strong>de</strong> 100ml limpia<br />
- Vaciar aproximadamente 95 mL <strong>de</strong>l líquido en la probeta, para aforar <strong>de</strong>be<br />
<strong>de</strong> hacerlo con una pipeta.<br />
- Para leer el volumen correcto siempre se <strong>de</strong>be <strong>de</strong> observar <strong>de</strong> frente y a la<br />
altura <strong>de</strong> los ojos.<br />
- Repetir la metodología para el llenado <strong>de</strong> un matraz aforado.<br />
b.5.3 Comparación <strong>de</strong> volúmenes con: probeta (100mL) y vaso <strong>de</strong><br />
precipitados (250mL).<br />
- Lave cada uno <strong>de</strong> los materiales que se le indican.<br />
- En la probeta vierta agua hasta los 100mL<br />
- Los 100mL <strong>de</strong> agua viértalos en un vaso <strong>de</strong> precipitados.<br />
- ¿Es lo mismo medir 100mL <strong>de</strong> agua en un vaso y en una probeta?<br />
CUESTIONARIO.<br />
1. De la información que se le proporciono en el <strong>laboratorio</strong> elabore un listado <strong>de</strong> lo<br />
que le parece a usted más importante para trabajar en el <strong>laboratorio</strong>.<br />
9
2. Mencione la importancia que tiene <strong>de</strong> aforar correctamente un matraz aforado,<br />
cuando se esta preparando una solución valorada.<br />
3. ¿Por qué los volúmenes pequeños no <strong>de</strong>ben medirse con recipientes gran<strong>de</strong>s?<br />
4. Mencione los elementos necesarios para un botiquín en el <strong>laboratorio</strong>.<br />
5. Mencione los cuidados que <strong>de</strong>be <strong>de</strong> tener al mezclar un ácido con agua.<br />
ANALISIS DE RESULTADOS.<br />
Concluya en base al trabajo <strong>de</strong> <strong>laboratorio</strong><br />
CONCLUSIONES<br />
Escriba sus conclusiones <strong>de</strong> acuerdo al trabajo <strong>de</strong>l <strong>laboratorio</strong>.<br />
BIBLIOGRAFIA<br />
*Guzmán, D.D., Jiménez .Z.J., Polanco.H.V.,Ulloa.C.E. Introducción a la Técnica<br />
Instrumental. Instituto Politécnico Nacional. Primera Edición 2001.México.D.F<br />
*Ladrón <strong>de</strong> Guevara O. Guía <strong>de</strong> seguridad para Laboratorios con Agentes Químicos.<br />
Instituto <strong>de</strong> Investigaciones biomédicas.<br />
*Mallinckodt, Laboratory Chemicals Catalog. 1999- 2000.<br />
*Manual Merk, Productos y reactivos químicos 1999-2000.<br />
ANEXO<br />
1) Dispositivo <strong>de</strong> Destilación.<br />
10
2) Dispositivo <strong>de</strong> Filtración.<br />
3) Dispositivo <strong>de</strong> Titulación.<br />
4) Dispositivo <strong>de</strong> reflujo.<br />
11
.<br />
12
PRACTICA No. 2<br />
PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS EN FUNCIÓN DE SU TIPO DE<br />
ENLACE Y SUS FUERZAS INTERMOLECULARES.<br />
OBJETIVOS.<br />
1.- El alumno compren<strong>de</strong>rá que las propieda<strong>de</strong>s físicas <strong>de</strong> las sustancias<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> enlace y <strong>de</strong> sus fuerzas intermoleculares.<br />
2- El alumno conocerá y compren<strong>de</strong>rá los diferentes tipos <strong>de</strong> enlaces químicos<br />
y sea capaz <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar su influencia sobre las propieda<strong>de</strong>s físicas <strong>de</strong> las<br />
sustancias al realizar diferentes ensayos en el <strong>laboratorio</strong>.<br />
3.- El alumno conocerá las diferentes fuerzas intermoleculares que existen, y<br />
<strong>de</strong>terminará la influencia que estas tienen sobre las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> las sustancias<br />
experimentalmente.<br />
FUNDAMENTOS.<br />
Mientras que sólo hay alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 118 elementos catalogados en la tabla<br />
periódica, obviamente hay más substancias en la naturaleza que los 118<br />
elementos puros. Esto es porque los átomos pue<strong>de</strong>n reaccionar unos con otros<br />
para formar nuevas substancias <strong>de</strong>nominadas compuestos. Un compuesto se<br />
forma cuando dos o más átomos se enlazan <strong>química</strong>mente. El compuesto que<br />
resulta <strong>de</strong> este enlace es <strong>química</strong>mente y físicamente único y diferente <strong>de</strong> sus<br />
átomos originarios.<br />
Enlaces Iónicos<br />
En los enlaces iónicos, uno, dos o tres electrones se transfieren<br />
completamente <strong>de</strong> un átomo a otro. Durante este proceso <strong>de</strong> per<strong>de</strong>r o ganar<br />
electrones, los átomos que reaccionan forman iones. Lo iones cargados <strong>de</strong> manera<br />
opuesta se atraen entre ellos a través <strong>de</strong> fuerzas electrostáticas que son la base <strong>de</strong>l<br />
enlace iónico.<br />
Enlace Covalentes<br />
El segundo mayor tipo <strong>de</strong> enlace químico ocurre cuando los átomos<br />
comparten electrones. Al contrario <strong>de</strong> los enlaces iónicos en los cuales ocurre<br />
13
una transferencia completa <strong>de</strong> electrones, el enlace covalente ocurre cuando<br />
dos (o más) elementos comparten electrones. El enlace covalente ocurre<br />
porque los átomos en el compuesto tienen una ten<strong>de</strong>ncia similar hacia los<br />
electrones (<strong>general</strong>mente para ganar electrones). Esto ocurre comúnmente<br />
cuando dos no metales se enlazan. Ya que ninguno <strong>de</strong> los no metales que<br />
participan en el enlace querrán per<strong>de</strong>r electrones, estos elementos compartirán<br />
electrones para po<strong>de</strong>r completar su octeto.<br />
Enlace metálico<br />
Los enlaces metálicos se encuentran en los metales sólidos como el cobre,<br />
el hierro y el aluminio. En los metales, cada átomo esta unido a varios átomos<br />
vecinos. Los electrones enlazantes son relativamente libres <strong>de</strong> moverse a través<br />
<strong>de</strong> la estructura tridimensional. Los enlaces metálicos dan origen a propieda<strong>de</strong>s<br />
metálicas típicas, como la elevada conductividad eléctrica y el brillo metálico.<br />
Al hablar <strong>de</strong> enlace químico se acostumbra emplear términos como “enlace<br />
iónico” , “enlace covalente”, “enlace covalente coordinado” o “enlace metálico”. Sin<br />
embargo <strong>de</strong>be quedar muy claro que, aunque <strong>de</strong> suma utilidad, dichas expresiones<br />
se refieren únicamente a mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> situaciones extremas que, a final <strong>de</strong> cuentas,<br />
atañen a un fenómeno concreto: el enlace químico, que proviene <strong>de</strong> la interacción<br />
eléctrica entre un conjunto <strong>de</strong> núcleos y otro <strong>de</strong> los electrones.<br />
Fuerzas Intermoleculares.<br />
En el estado gaseoso, los átomos o moléculas están relativamente lejanos<br />
porque las fuerzas entre las partículas no son suficientemente altas como para<br />
unirlas entre sí y vencer su energía cinética. En los líquidos y sólidos hay fuerzas<br />
mucho más altas que mantienen juntas a las partículas y limitan sus movimientos.<br />
En los compuestos iónicos, los iones con carga positiva y negativa están unidos por<br />
atracciones electrostáticas. En los sólidos y líquidos moleculares, las fuerzas<br />
intermoleculares son las responsables <strong>de</strong> mantener unidas a las moléculas. Los<br />
enlaces covalentes, que son fuerzas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> las moléculas, influyen en la forma <strong>de</strong><br />
las moléculas, en las energías <strong>de</strong> enlace y en otros aspectos <strong>de</strong>l comportamiento<br />
químico <strong>de</strong> los compuestos. No obstante, las propieda<strong>de</strong>s físicas <strong>de</strong> los líquidos y<br />
sólidos moleculares, son <strong>de</strong>bidas en gran parte a las fuerzas intermoleculares, es<br />
<strong>de</strong>cir, las fuerzas que existen entre las moléculas.<br />
14
La intensidad <strong>de</strong> las fuerzas intermoleculares <strong>de</strong> las diferentes sustancias<br />
varían <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un amplio margen. A pesar <strong>de</strong> ello <strong>general</strong>mente son mucho más<br />
débiles que los enlaces iónicos y covalentes. Se requiere menos energía para<br />
evaporar un líquido o fundir un sólido que para romper los enlaces covalentes <strong>de</strong> las<br />
moléculas. Cuando una sustancia molecular como el HCl cambia <strong>de</strong> sólido a líquido<br />
y a gas, las moléculas permanecen intactas.<br />
Se conocen tres tipos <strong>de</strong> fuerzas <strong>de</strong> atracción entre las moléculas neutras:<br />
fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas <strong>de</strong> dispersión <strong>de</strong> London y puente <strong>de</strong> hidrógeno. Las<br />
dos primeras se llaman también fuerzas <strong>de</strong> van <strong>de</strong>r Waals, en honor <strong>de</strong> Johannes<br />
van <strong>de</strong>r Waals, quien <strong>de</strong>sarrollo la ecuación para pre<strong>de</strong>cir la <strong>de</strong>sviación <strong>de</strong> los gases<br />
<strong>de</strong>l comportamiento i<strong>de</strong>al.<br />
. ACTIVIDADES PREVIAS.<br />
1.- Buscar la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> electronegatividad y <strong>de</strong>terminar la importancia <strong>de</strong> esta<br />
propiedad en el tipo <strong>de</strong> enlace químico.<br />
2.- Investigar las características principales <strong>de</strong> los compuestos con enlace iónico,<br />
covalente y metálico.<br />
3.- Buscar la <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> los siguientes conceptos: fusión, ebullición y solubilidad.<br />
4.- Definir el concepto <strong>de</strong> extracción y <strong>de</strong>finir cual es su fundamento.<br />
5.- Investigar que es cromatografía y cuales son sus usos.<br />
6.- Definir que es la polaridad <strong>de</strong> enlace y <strong>de</strong> molécula.<br />
DESARROLLO EXPERIMENTAL.<br />
a) Material y Reactivos.<br />
Sistema eléctrico para evi<strong>de</strong>nciar el fenómeno <strong>de</strong> la conducción eléctrica.<br />
Puntilla <strong>de</strong> grafito<br />
Popote <strong>de</strong> hule<br />
Palillo <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra<br />
Tubo <strong>de</strong> vidrio <strong>de</strong> 10 cm. <strong>de</strong> largo y 0.5 cm <strong>de</strong> diámetro<br />
15
20 tubos <strong>de</strong> ensayo<br />
1gradilla<br />
4 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL<br />
2 soporte universal<br />
1 pinzas para bureta<br />
1 pinzas para tubo <strong>de</strong> ensayo<br />
1 mechero bunsen<br />
3 tubos capilares para punto <strong>de</strong> fusión<br />
2 pipetas graduadas <strong>de</strong> 2 mL<br />
2 pipetas graduadas <strong>de</strong> 5 mL<br />
1 regla <strong>de</strong> plástico o globo pequeño.<br />
acetona<br />
etanol 96%<br />
NaCl<br />
Sacarosa<br />
Ácido benzoico<br />
Sulfato cuprico<br />
Naftaleno<br />
Hexano<br />
Anhídrido ftálico<br />
Aceite vegetal<br />
Propanol<br />
Ácido acético<br />
Tetracloruro <strong>de</strong> carbono<br />
Yodo<br />
16
) Secuencia Experimental.<br />
Evi<strong>de</strong>nciar la conducción eléctrica.<br />
1.-Unir un cable duplex <strong>de</strong> 60 cm a un portalámparas con un foco pequeño, el otro<br />
extremo <strong>de</strong>l cable ponerle una clavija, romper un polo <strong>de</strong>l cable duplex<br />
aproximadamente a la mitad y quitarle el plástico.<br />
2.- Con el sistema preparado en el punto uno, se observará la conducción eléctrica<br />
<strong>de</strong> diferentes sustancias. Se <strong>de</strong>be conectar la clavija a un contacto con corriente<br />
eléctrica, verificar que funciona el sistema uniendo con cuidado los cables, se <strong>de</strong>be<br />
encen<strong>de</strong>r el foco. Con el sistema conectado a la corriente se prueba la facilidad <strong>de</strong><br />
conducir la corriente eléctrica <strong>de</strong> diferentes sustancias.<br />
3.- Determinar la facilidad <strong>de</strong> conducción eléctrica <strong>de</strong> un popote, un trozo <strong>de</strong> grafito,<br />
un palillo, una varilla <strong>de</strong> vidrio y una cinta <strong>de</strong> magnesio.<br />
4.- Poner en vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL agua <strong>de</strong>stilada, agua <strong>de</strong> la llave,<br />
acetona, etanol, solución al 5% <strong>de</strong> NaCl, solución al 5% <strong>de</strong> sacarosa, conectar el<br />
sistema a la corriente eléctrica e introducir los cables <strong>de</strong> cobre a cada solución,<br />
cuidando que no se toquen y lo más retirados posible, <strong>de</strong>terminar la facilidad <strong>de</strong><br />
conducción eléctrica <strong>de</strong> cada sustancia.<br />
Solubilidad.<br />
1-Preparar doce tubos <strong>de</strong> ensayo, en tres adicione una pizca <strong>de</strong> ácido benzóico, en<br />
otros tres una cantidad pequeña <strong>de</strong> sulfato cúprico, en otros tres una cantidad<br />
similar <strong>de</strong> naftaleno y en los últimos tres unos cristales <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> sodio.<br />
2- Con los doce tubos anteriores, preparar tres series <strong>de</strong> cuatro tubos <strong>de</strong> la siguiente<br />
manera: un tubo con ácido benzóico, otro con sulfato cúprico, otro con naftaleno y<br />
uno más con cloruro <strong>de</strong> sodio. Adicione a una serie <strong>de</strong> tubos 0.5 mL <strong>de</strong> agua, a<br />
otra serie 0.5 mL <strong>de</strong> alcohol etílico 96% y a la tercera serie 0.5 mL <strong>de</strong> hexano.<br />
Agitar y observar la solubilidad <strong>de</strong> las sustancias.<br />
Determinación <strong>de</strong> puntos <strong>de</strong> ebullición<br />
17
1- En un tubo <strong>de</strong> vidrio 8 a 10 cm <strong>de</strong> longitud y <strong>de</strong> 5 a 6 mm <strong>de</strong> diámetro cerrado por<br />
un extremo, introducir mediante una pipeta 0.5 mL <strong>de</strong> acetona.<br />
2- Dentro <strong>de</strong> este tubo introducir un tubo capilar, cerrado a la llama por un extremo,<br />
el extremo cerrado <strong>de</strong>be quedar hacia arriba.<br />
3-Sujetar el conjunto anterior a un termómetro y colocarlo en un vaso <strong>de</strong><br />
precipitados conteniendo aceite vegetal, caliente lentamente con un mechero<br />
Bunsen.<br />
4- A medida que se calienta el baño se van escapando burbujas lentamente <strong>de</strong>l<br />
extremo <strong>de</strong>l tubo capilar y cuando se alcanza el punto <strong>de</strong> ebullición el escape <strong>de</strong><br />
burbujas se vuelve rápido <strong>de</strong> repente, en este momento leer la temperatura <strong>de</strong>l<br />
termómetro<br />
5.- Realizar el procedimiento anterior con agua y ácido acético glacial.<br />
Extracción<br />
1-Poner en un tubo <strong>de</strong> ensayo 2 mL <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> la llave, adicionar un cristal <strong>de</strong> yodo<br />
y agitar hasta que se disuelva.<br />
2-Adicionar 0.5 mL <strong>de</strong> tetracloruro <strong>de</strong> carbono<br />
3- Agitar, separar las fases, observar y explicar.<br />
Cromatografía en papel.<br />
1-Cortar una tira <strong>de</strong> papel filtro <strong>de</strong> 2 X 12 cm.<br />
2-Aplicar una pequeña muestra <strong>de</strong> tinta (no <strong>de</strong> gel) a un centímetro <strong>de</strong> una <strong>de</strong> las<br />
orillas <strong>de</strong> la tira <strong>de</strong> papel.<br />
3-Introducir esta tira <strong>de</strong> papel filtro en una probeta <strong>de</strong> 25 mL conteniendo 2 mL <strong>de</strong><br />
etanol y permitir que el disolvente recorra todo el papel.<br />
4- Retirar el papel filtro <strong>de</strong> la probeta y observar sus resultados.<br />
Polaridad<br />
1-Colocar una bureta en un soporte universal, adicionar 10 mL <strong>de</strong> tetracloruro <strong>de</strong><br />
carbono.<br />
18
2-Colocar bajo la bureta un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL.<br />
3- Abrir ligeramente la llave <strong>de</strong> la bureta <strong>de</strong>jando salir un chorro <strong>de</strong>lgado <strong>de</strong>l líquido,<br />
y acerque una regla <strong>de</strong> plástico o un globo que previamente haya frotado en una<br />
franela, observar.<br />
4. Repetir el experimento pero ahora llene la bureta con agua.<br />
ANÁLISIS DE RESULTADOS.<br />
1.- Comparar sus puntos <strong>de</strong> ebullición con los reportados en la literatura, si son<br />
diferentes explicar a que se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>ber la diferencia. Explicar porque estas<br />
sustancias que tienen prácticamente el mismo peso molecular tienen diferente punto<br />
<strong>de</strong> ebullición.<br />
2.- Explicar sus resultados <strong>de</strong> conducción eléctrica, ¿porqué la solución <strong>de</strong> NaCl si<br />
conduce y la <strong>de</strong> sacarosa no?<br />
3.- Explicar sus resultados <strong>de</strong> solubilidad en función <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> enlace <strong>de</strong> los<br />
compuestos y <strong>de</strong> las fuerzas intermoleculares.<br />
4.- Justificar sus resultados <strong>de</strong> punto <strong>de</strong> fusión en función <strong>de</strong>l tipo <strong>de</strong> enlace <strong>de</strong> las<br />
sustancias.<br />
5.- Indicar la razón <strong>de</strong> la separación <strong>de</strong> los compuestos en la cromatografía en<br />
papel.¿ Por qué no todos los disolventes producen el mismo grado <strong>de</strong> separación?<br />
6.-¿Por qué el chorro <strong>de</strong> tetracloruro <strong>de</strong> carbono no es <strong>de</strong>sviado por la regla y en<br />
cambio en chorro <strong>de</strong> agua si es <strong>de</strong>sviado.<br />
CONCLUSIONES.<br />
1.- Indicar si se cumplieron los objetivos <strong>de</strong> la práctica.<br />
2.- ¿Qué características <strong>general</strong>es tienen los compuestos con enlace iónico,<br />
covalente y metálico? ¿Cómo se <strong>de</strong>mostraron o comprobaron?<br />
19
3.- ¿Qué son las fuerzas intermoleculares? ¿Cuáles son las principales? ¿En que<br />
fenómenos físicos se manifiesta su influencia sobre las propieda<strong>de</strong>s físicas <strong>de</strong> las<br />
sustancias?<br />
BIBLIOGRAFÍA.<br />
Chang Raymond, College Williams, Química, Mc Grawn-Hill, 2005, 7a edición.<br />
John C. Kotz, Paul M. Treichel, Química y reactividad <strong>química</strong>, Thomson, 2003, 5ª<br />
edición.<br />
20
OBJETIVOS<br />
PRACTICA No. 3<br />
SOLUBILIDAD<br />
1. El alumno <strong>de</strong>terminará la solubilidad <strong>de</strong> KNO3 utilizando agua como disolvente.<br />
2. El alumno evaluará la variación <strong>de</strong> la solubilidad por efecto <strong>de</strong> la temperatura.<br />
3. El alumno <strong>de</strong>terminará el efecto <strong>de</strong>l tamaño <strong>de</strong> la ca<strong>de</strong>na hidrocarbonada <strong>de</strong><br />
diversos alcoholes sobre la solubilidad <strong>de</strong> los mismos, al utilizar agua como<br />
disolvente.<br />
4. El alumno <strong>de</strong>terminará el efecto <strong>de</strong> la aci<strong>de</strong>z <strong>de</strong>l medio, sobre la solubilidad <strong>de</strong><br />
sustancias con propieda<strong>de</strong>s ácido-básicas<br />
FUNDAMENTOS<br />
Una solución es la mezcla homogénea <strong>de</strong> un soluto en un disolvente, entendiéndose<br />
por soluto la sustancia que está en menor proporción y disolvente la sustancia que<br />
está en mayor proporción:<br />
Si el soluto se encuentra en exceso con respecto a la capacidad <strong>de</strong> disolución <strong>de</strong>l<br />
disolvente se tendrá una solución saturada.<br />
Una solución saturada permite <strong>de</strong>finir con precisión la solubilidad <strong>de</strong> un sólido en un<br />
líquido. La solubilidad es una medida <strong>de</strong> la capacidad <strong>de</strong> una <strong>de</strong>terminada sustancia<br />
para disolverse en un líquido. Pue<strong>de</strong> expresarse en moles por litro, en gramos por<br />
litro, o en porcentaje <strong>de</strong> soluto/disolvente. Una forma indirecta <strong>de</strong> hacer referencia es<br />
a través <strong>de</strong>l Kps; esto es la constante <strong>de</strong>l producto <strong>de</strong> solubilidad, la cual es una<br />
constante termodínámica que nos permite calcular la solubilidad <strong>de</strong> una <strong>de</strong>terminada<br />
sal.<br />
Las sustancias cuyas fuerzas intermoleculares son similares a las <strong>de</strong>l disolvente casi<br />
siempre se disuelven fácilmente en ese disolvente. Las sustancias cuyas fuerzas<br />
intermoleculares son muy diferentes <strong>de</strong> las <strong>de</strong>l disolvente no se disuelven en él.<br />
Cuando una sustancia se disuelve, las moléculas o iones <strong>de</strong>l soluto quedan<br />
ro<strong>de</strong>adas por grupos <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> disolvente. Cuando se mezclan un soluto y un<br />
disolvente se libera energía porque las partículas <strong>de</strong>l soluto y <strong>de</strong>l disolvente se<br />
atraen. Si éstas nuevas fuerzas soluto-disolvente no son lo bastante intensas como<br />
para vencer las atracciones soluto-soluto o disolvente-disolvente, podría no haber<br />
disolución.<br />
En la solubilidad, el carácter polar o no polar <strong>de</strong> la sustancia influye mucho, ya que,<br />
<strong>de</strong>bido a estos la sustancia será más o menos soluble.<br />
El término solubilidad se utiliza tanto para <strong>de</strong>signar al fenómeno cualitativo <strong>de</strong>l<br />
proceso <strong>de</strong> disolución como para expresar cuantitativamente la cantidad soluble <strong>de</strong><br />
una sustancia en otra.<br />
21
La solubilidad <strong>de</strong> una sustancia <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong>l disolvente y <strong>de</strong>l soluto,<br />
así como <strong>de</strong> la temperatura, la presión <strong>de</strong>l sistema, la fuerza iónica, los fenómenos<br />
<strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z, complejación y oxido reducción que pueda presentar dicha sustancia;<br />
ésta magnitud obtenida bajo diferentes condiciones recibe el nombre <strong>de</strong> solubilidad<br />
aparente y/o condicional ya que <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> las condiciones <strong>de</strong> trabajo La<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la solubilidad en función <strong>de</strong> la temperatura se pue<strong>de</strong> presenta r<br />
gráficamente, colocando en el eje <strong>de</strong> las or<strong>de</strong>nadas la solubilidad y en el <strong>de</strong> las<br />
abcisas la temperatura.<br />
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN<br />
1.- Defina los siguientes conceptos con sus propias palabras: soluto, disolvente,<br />
solubilidad, constante dieléctrica, aci<strong>de</strong>z, basicidad, alcohol, alcanos, alquenos,<br />
alquinos, neutralización, hidrofílico, hidrofóbico.<br />
2.- Elaborar un diagrama <strong>de</strong> bloques que indique el procedimiento a seguir durante<br />
el <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong> la práctica.<br />
SECCION EXPERIMENTAL<br />
A Materiales y reactivos<br />
3 Agitadores <strong>de</strong> vidrio<br />
6 Vasos <strong>de</strong> precipitado <strong>de</strong> 50 mL<br />
5 Pipetas graduadas <strong>de</strong> 10 mL<br />
2 Pipetas graduadas <strong>de</strong> 5 mL<br />
Balanza analítica<br />
Baño maría<br />
Parrilla eléctrica<br />
Solución <strong>de</strong> NaOH 0.5N<br />
Solución <strong>de</strong> HCl 0.5 N<br />
NaCl<br />
H2O<br />
KNO3<br />
Ácido fenilcarboxílico<br />
B Desarrollo experimental<br />
B.1 Determinación <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> una sal<br />
1. Pesar dos vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 50 mL limpios y secos en la balanza<br />
analítica, registrar el peso.<br />
2. En uno <strong>de</strong> los vasos pesar 0.3 g KNO3 y agregar 10.0 mL <strong>de</strong> agua, agitar<br />
para que se solubilice y agregar una nueva porción <strong>de</strong> 0.3 g <strong>de</strong> la misma sal,<br />
agitar. Continuar agregando el soluto hasta que ya no solubilice y tengamos<br />
una solución saturada. Se va a notar turbia la solución o bien pue<strong>de</strong> empezar<br />
a verse una segunda fase.<br />
22
3. Dejar un minuto en reposo la solución, <strong>de</strong>cantar el líquido en el segundo vaso<br />
que se peso.<br />
4. Llevar a sequedad los dos vasos en una parrilla eléctrica teniendo cuidado <strong>de</strong><br />
que la solución no se proyecte.<br />
5. Dejar enfriar los dos vasos con los residuos secos y pesarlos en la balanza<br />
analítica.<br />
6. Registrar los pesos <strong>de</strong> cada vaso ( Se pue<strong>de</strong> auxiliar <strong>de</strong> la tabla 1) y<br />
<strong>de</strong>termine la solubilidad en gramos <strong>de</strong> KNO3 / mL <strong>de</strong> agua.<br />
B.2 Determinación <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong> la solubilidad por efecto <strong>de</strong> la<br />
temperatura<br />
1. Pesar dos vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 50 mL limpios y secos en la balanza<br />
analítica, registrar el peso. En uno <strong>de</strong> los vasos pesar la cantidad máxima<br />
soluble <strong>de</strong> KNO3 en 10 ml <strong>de</strong> agua, mismo que fue <strong>de</strong>terminado en el<br />
experimento anterior. Etiquetar cada vaso a<strong>de</strong>cuadamente para evitar<br />
confusiones.<br />
2. Colocar el vaso a baño maría adaptándole un termómetro que <strong>de</strong>berá estar<br />
en el seno <strong>de</strong> la solución sin tocar las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l recipiente. Llevar el vaso a<br />
la temperatura <strong>de</strong> 30 ºC. Agitar para que solubilice y agregar nuevas<br />
porciones <strong>de</strong> KNO3, hasta que se tenga una solución saturada y ya no<br />
disuelva más KNO3.<br />
3. Retirar <strong>de</strong>l baño maría y esperar a que se enfríe. Dejar un minuto en reposo<br />
la solución, <strong>de</strong>cantar el líquido en el segundo vaso que se pesó previamente.<br />
4. Llevar a sequedad los dos vasos en una parrilla eléctrica teniendo cuidado<br />
<strong>de</strong> que la solución no se proyecte.<br />
5. Registrar los pesos.<br />
6. Calcular la solubilidad <strong>de</strong> KNO3 a 30 ºC en g <strong>de</strong> KNO3 / mL <strong>de</strong> agua<br />
7. Repetir el procedimiento anterior a 40, 50 y 60 ºC.<br />
NOTA: A consi<strong>de</strong>ración <strong>de</strong>l profesor, el alumno podría usar otras sales como<br />
NaCl, Na2SO4, KH2PO4, etc.<br />
B.3.- Determinación <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> alcoholes<br />
1. En una gradilla colocar cinco tubos <strong>de</strong> ensaye limpios, secos y etiquetados<br />
para su i<strong>de</strong>ntificación. A cada uno <strong>de</strong> los tubos agregar 1 mL <strong>de</strong> agua.<br />
2. Agregar etanol con una pipeta a uno <strong>de</strong> los tubos y agitar vigorosamente,<br />
anotando los mililitros adicionados (no exce<strong>de</strong>r <strong>de</strong> mas <strong>de</strong> 1 mililitro <strong>de</strong> etanol<br />
así como <strong>de</strong> propanol).<br />
3. A los tubos sobrantes agregar: propanol, butanol y pentanol respectivamente,<br />
agitar vigorosamente y observar (no exce<strong>de</strong>r <strong>de</strong> 0.5 mL <strong>de</strong> butanol y<br />
pentanol).<br />
4. El tubo sobrante es un testigo <strong>de</strong> comparación.<br />
5. Determine la solubilidad <strong>de</strong> cada alcohol en agua, registrando sus resultados<br />
en g <strong>de</strong> alcohol / mL <strong>de</strong> agua<br />
B.4 Influencia <strong>de</strong>l fenómeno <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z sobre la solubilidad <strong>de</strong>l ácido<br />
fenilcarboxílico<br />
23
1. En tres vasos <strong>de</strong> precipitado limpios y secos <strong>de</strong> 50 mL, pesar 0.5g <strong>de</strong> ácido<br />
benzoico y numerarlos,<br />
2. Al vaso número uno adicionarle 5 mL <strong>de</strong> agua, al vaso número 2 adicionarle 5<br />
mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> hidróxido <strong>de</strong> sodio 0.5N, al vaso número 3 adicionarle<br />
5 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido clorhídrico 0.5 N. agitar vigorosamente.<br />
3. Anotar sus resultados<br />
RESULTADOS<br />
Calcular la solubilidad <strong>de</strong> las sales a distintas temperaturas, en relación a los<br />
experimentos B.1 y B.2. Comparar y analizar con los reportados en la literatura.<br />
Construir una tabla <strong>de</strong> solubilidad en función <strong>de</strong> la temperatura (°C) para los<br />
experimentos B.1 y B.2<br />
Realizar una gráfica <strong>de</strong> solubilidad contra temperatura<br />
B.1 Determinación <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> una sal<br />
Material Peso ( g )<br />
Vaso 1 limpio y seco<br />
Vaso 2 limpio y seco<br />
Vaso 1 con residuo<br />
<strong>de</strong> sal<br />
Vaso 2 con la sal<br />
solubilizada<br />
Tabla 1. Se muestran los resultados <strong>de</strong> los pesos <strong>de</strong> los vasos solos y con KNO3<br />
B.2 Determinación <strong>de</strong> la variación <strong>de</strong> la solubilidad por efecto <strong>de</strong> la temperatura<br />
TEMPERATURAS<br />
(°C)<br />
Vaso 1 Vaso 2<br />
solo solo<br />
( g ) (g )<br />
Peso <strong>de</strong>l vaso 1 Peso <strong>de</strong>l vaso 2<br />
con residuo con el <strong>de</strong>cantado<br />
( g ) ( g )<br />
30<br />
40<br />
50<br />
60<br />
Tabla 2. Resultados <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> KNO3 solubilizada y sin solubilizar a diferentes<br />
temperaturas<br />
B.3.- Determinación <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> alcoholes<br />
24
Calcular la solubilidad <strong>de</strong> los alcoholes a temperatura ambiente, para el experimento<br />
B.3, utilizando para ello la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> cada alcohol. Comparar con los resultados<br />
reportados en la literatura y analizar.<br />
Alcohol Vol. De alcohol adicionados Solubilidad en agua ( g/<br />
Etanol<br />
Propanol<br />
Butanol<br />
Pentanol<br />
( mL )<br />
mL)<br />
Tabla 3. Resultados <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> alcoholes en agua.<br />
B.4 Influencia <strong>de</strong>l fenómeno <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z sobre la solubilidad <strong>de</strong>l ácido fenilcarboxílico<br />
Determinar cualitativamente la solubilidad para el ácido fenilcarboxílico a diferentes<br />
grados <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z <strong>de</strong>l medio <strong>de</strong> disolución y dar una explicación <strong>química</strong> <strong>de</strong> lo<br />
sucedido.<br />
Disolvente Observaciones<br />
Agua<br />
NaOH<br />
HCl<br />
Tabla 4. Resultados <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> KNO3 en diferentes sustancias<br />
ANALISIS DE RESULTADOS<br />
1. Investigar a que se <strong>de</strong>be la variación <strong>de</strong> la solubilidad <strong>de</strong> KNO3 función <strong>de</strong> la<br />
temperatura.<br />
2. Investigar por que varía la solubilidad <strong>de</strong> los diferentes alcoholes en agua.<br />
3. ¿Qué relación hay entre la estructura molecular <strong>de</strong> un soluto y la estructura<br />
molecular <strong>de</strong> su disolvente i<strong>de</strong>al?<br />
4. De acuerdo con los resultados obtenidos y lo reportado en la bibliografía,<br />
compara, analiza y discute <strong>de</strong> manera precisa.<br />
CUESTIONARIO<br />
Investigar la estructura <strong>química</strong> <strong>de</strong> los compuestos contenidos en los siguientes<br />
productos: gasolina, glucosa, fructuosa, cloruro <strong>de</strong> sodio, mantequilla, aceite,<br />
naproxeno sódico, vitamina C, vitamina A, vitamina B12 y vino. De acuerdo con el<br />
cuadro pre<strong>de</strong>cir el disolvente i<strong>de</strong>al para cada una <strong>de</strong> ellas.<br />
25
Disolventes en or<strong>de</strong>n creciente <strong>de</strong> polaridad<br />
Disolvente Constante<br />
dieléctrica<br />
Hexano<br />
1.9<br />
Cloroformo<br />
Etanol<br />
Agua<br />
BIBLIOGRAFIA<br />
4.7<br />
24.3<br />
78.5<br />
Estructura Disuelve a:<br />
1.-Chang R. (2001) QUIMICA, Ed. Mc Graw Hill, México.<br />
2.- Semishin V. (1977) PRACTICAS DE QUIMICA INORGANICA, Ed. MIR, Moscú.<br />
3.- Kotz J., Treichel P. y Weaver G. (2005) QUÍMICA Y REACTIVIDAD QUÍMICA,<br />
Ed. Thomson, México.<br />
4.- Gray M. Y Height G. (1976) PRINCIPIOS BASICOS DE QUIMICA, Ed. Reverte,<br />
México.<br />
5.- Spencer J., Bodner G. y Richard L. (2000) QUÍMICA, Ed. CECSA, México.<br />
26
OBJETIVOS<br />
PRACTICA No. 4<br />
BALANZA ANALITICA<br />
1. El alumno adquirirá las habilida<strong>de</strong>s necesarias para apren<strong>de</strong>r a pesar<br />
correctamente en la balanza analítica<br />
2. El alumno aplicará el procedimiento correcto para obtener el peso constante<br />
<strong>de</strong> un crisol<br />
3. El alumno aplicará los parámetros estadísticos en las <strong>de</strong>terminaciones<br />
realizadas<br />
FUNDAMENTOS<br />
La cantidad <strong>de</strong> materia que contiene una sustancia o un cuerpo equivale a su<br />
masa y es invariable. El peso <strong>de</strong> un objeto es la medida <strong>de</strong> la fuerza que la<br />
gravedad terrestre ejerce sobre él. La fuerza <strong>de</strong> la gravedad varía con la latitud y<br />
altitud terrestres, <strong>de</strong> acuerdo a tales variaciones, el peso <strong>de</strong> un objeto pue<strong>de</strong> variar.<br />
La masa <strong>de</strong> un objeto se mi<strong>de</strong> por comparación <strong>de</strong> su peso con el <strong>de</strong> una masa<br />
conocida.<br />
La balanza analítica <strong>de</strong>termina la MASA, porque la gravedad ejerce la misma<br />
fuerza sobre el objeto y las pesas. Por su conveniencia el término PESO se utiliza<br />
como idéntico a MASA.<br />
Por <strong>de</strong>finición una balanza analítica es un instrumento para pesar cuya<br />
capacidad abarca un intervalo <strong>de</strong>s<strong>de</strong> 1g, hasta algunos kilogramos.<br />
Las balanzas analíticas más comunes ( macrobalanzas ) tienen una<br />
capacidad máxima que varía en un intervalo entre 160 y 200 g. Con éstas balanzas<br />
las mediciones se pue<strong>de</strong>n hacer con una <strong>de</strong>sviación estándar <strong>de</strong> ± 0.1 mg. Las<br />
balanzas semi-microanalíticas tienen una carga máxima <strong>de</strong> 10 a 30 g con una<br />
precisión <strong>de</strong> ± 0.01 mg. Una balanza microanalítica típica tiene una capacidad <strong>de</strong> 1<br />
a 3 g y una precisión <strong>de</strong> ± 0.001 mg.<br />
Cuando se realiza la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l peso en análisis cuantitativo,<br />
<strong>general</strong>mente se incurre en una serie <strong>de</strong> errores. Algunos <strong>de</strong> los errores más<br />
frecuentes en la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l peso <strong>de</strong> un objeto son lo siguientes: uso <strong>de</strong><br />
balanzas <strong>de</strong>fectuosas o <strong>de</strong>scalibradas, el empuje ascen<strong>de</strong>nte <strong>de</strong>l aire, la<br />
temperatura, la electrización, la humedad y los errores <strong>de</strong>l operador.<br />
Temperatura:<br />
La existencia <strong>de</strong> una diferencia <strong>de</strong> temperatura entre la muestra y el<br />
ambiente <strong>de</strong> la cámara <strong>de</strong> medida causa corrientes <strong>de</strong> aire. Esas corrientes <strong>de</strong> aire<br />
generan fuerzas sobre el plato <strong>de</strong> medida haciendo que la muestra parezca más<br />
leve (conocida por fluctuación dinámica). Este efecto solo <strong>de</strong>saparece cuando el<br />
equilibrio térmico es establecido. A<strong>de</strong>más, el filme <strong>de</strong> humedad que cubre cualquier<br />
muestra, que varía con la temperatura, es encubierto por la fluctuación dinámica.<br />
27
Esto hace que un objeto más frío parezca más pesado, o un objeto más caliente<br />
parezca más leve.<br />
Empuje<br />
Este fenómeno es explicado por el principio <strong>de</strong> Arquíme<strong>de</strong>s, según el cual "un<br />
cuerpo sufre una pérdida <strong>de</strong> peso igual al peso <strong>de</strong> la masa <strong>de</strong>l medio que es<br />
<strong>de</strong>splazado por él". Cuando se mi<strong>de</strong> el peso <strong>de</strong> materiales muy <strong>de</strong>nsos (ej: Hg) o<br />
poco <strong>de</strong>nsos (ej: agua), <strong>de</strong>ben <strong>de</strong> ser hechas correcciones, en favor <strong>de</strong> la precisión<br />
Electrostática<br />
El frasco <strong>de</strong> medida está cargado electrostáticamente. Estas cargas son<br />
formadas por fricción o durante el transporte <strong>de</strong> los materiales, especialmente si son<br />
en gránulos o en polvo. Si el aire está seco (humedad relativa menor que 40%)<br />
estas cargas electrostáticas quedan retenidas o son dispersas lentamente. Los<br />
errores <strong>de</strong> medida ocurren por fuerzas <strong>de</strong> atracción electrostática que actúan entre<br />
la muestra y el ambiente. Si la muestra y el ambiente están bajo el mismo efecto <strong>de</strong><br />
cargas eléctricas <strong>de</strong> misma señal [+ o -] hay repulsión, mientras que bajo el efecto<br />
<strong>de</strong> cargas opuestas [+ y -] se observan atracciones<br />
Gravitación<br />
Efecto observado: el valor <strong>de</strong>l peso varía <strong>de</strong> acuerdo con la latitud. Cuanto<br />
más cerca <strong>de</strong>l ecuador, mayor la fuerza centrífuga <strong>de</strong>bida a la rotación <strong>de</strong> la tierra,<br />
que se contrapone a la fuerza gravitacional. Así, la fuerza actuando sobre una masa<br />
es mayor en los polos que en el ecuador. Las medidas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> la<br />
altitud en relación al nivel <strong>de</strong>l mar (más exactamente, en relación al centro <strong>de</strong> la<br />
tierra). Cuanto más alto, menor la atracción gravitacional, que disminuye con el<br />
cuadrado <strong>de</strong> la distancia.<br />
Humedad<br />
Aumento <strong>de</strong> masa <strong>de</strong>bido a una muestra higroscópica (aumento <strong>de</strong><br />
humedad atmosférica) o pérdida <strong>de</strong> masa por evaporación <strong>de</strong> agua o <strong>de</strong> substancias<br />
volátiles.<br />
Cuidados básicos<br />
- Verificar siempre la nivelación <strong>de</strong> la balanza.<br />
- Dejar siempre la balanza conectada a la toma y prendida para mantener el<br />
equilibrio térmico <strong>de</strong> los circuitos electrónicos.<br />
- Dejar siempre la balanza en el modo "stand by", evitando la necesidad <strong>de</strong><br />
nuevo tiempo <strong>de</strong> calentamiento ("warm up").<br />
- La balanza <strong>de</strong>be estar colocada en una mesa firme y fuera <strong>de</strong> las corrientes<br />
<strong>de</strong> aire y <strong>de</strong>l polvo.<br />
- Las puertas <strong>de</strong> la balanza <strong>de</strong>ben permanecer cerradas durante la pesada.<br />
- Empleé un pincel o una brocha pequeña para eliminar cualquier residuo <strong>de</strong><br />
materiales o polvo que que<strong>de</strong> sobre las partes móviles <strong>de</strong> la balanza.<br />
28
Recipientes <strong>de</strong> medida<br />
- Usar siempre el recipiente para pesar, <strong>de</strong> menor capacidad posible<br />
- La temperatura <strong>de</strong>l recipiente <strong>de</strong> medida y su contenido <strong>de</strong>ben estar a la<br />
misma temperatura <strong>de</strong>l ambiente <strong>de</strong> la cámara <strong>de</strong> medida<br />
- Nunca tocar los recipientes directamente con los <strong>de</strong>dos al ponerlos o sacarlos<br />
<strong>de</strong> la cámara <strong>de</strong> medida.<br />
Procedimiento <strong>de</strong> Operación <strong>de</strong> la balanza OHAUS Analytical Standard<br />
La balanza OHAUS Analytical Standard permite pesar como máximo 250 g.<br />
1. Encen<strong>de</strong>r con la tecla ON/Tare<br />
2. Esperar a que alcance el equilibrio y aparezca en la pantalla 0.0000<br />
3. Colocar en el centro <strong>de</strong>l platillo <strong>de</strong> pesada el recipiente don<strong>de</strong> va a pesar<br />
4. Con la tecla ON/Tare llevar a cero<br />
5. Pesar el reactivo requerido<br />
6. Anotar el peso con precisión <strong>de</strong> 0.1mg<br />
7. Retirar el recipiente conteniendo el reactivo <strong>de</strong> interés<br />
8. Ajustar a cero pulsando la tecla ON/ Tare<br />
Procedimiento <strong>de</strong> Operación <strong>de</strong> la balanza Kern ALS 220-4<br />
La balanza Kern ALS 220-4 permite pesar como máximo 220g con una<br />
precisión <strong>de</strong> 0.1 mg<br />
1. Conectar la balanza con la tecla ON/OFF<br />
2. Luego que el indicador <strong>de</strong> peso indique 0.0000 la balanza está lista para<br />
funcionar<br />
3. Se coloca el material a pesar en el centro <strong>de</strong>l platillo y esperar a que<br />
aparezca el peso<br />
4. Apretar la tecla TARE para que inicie el proceso <strong>de</strong> taraje. El peso <strong>de</strong>l<br />
recipiente es internamente salvado.<br />
5. Coloque el material a pesar en el recipiente<br />
6. Anotar el peso con una precisión <strong>de</strong> 0.1mg<br />
7. Apagar la balanza pulsando la tecla ON/OFF<br />
Consi<strong>de</strong>raciones<br />
Si la balanza no opera correctamente informe inmediatamente al instructor.<br />
Los estudiantes no <strong>de</strong>ben intentar repararla por sí mismos.<br />
29
BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN PREVIA A LA REALIZACIÓN DE LA<br />
PRÁCTICA<br />
1. Defina los siguientes conceptos: masa, peso, precisión, exactitud, tarar,<br />
promedio, %CV<br />
2. Explique los factores causantes <strong>de</strong> error al utilizar la balanza analítica<br />
3. Construya un diagrama <strong>de</strong> flujo que esquematice el procedimiento a seguir<br />
en la presente práctica<br />
a) Material y reactivos<br />
2 Vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 50 mL<br />
1 pipeta graduada <strong>de</strong> 10 mL<br />
1 perilla<br />
1 Crisol<br />
1 Pinzas para crisol<br />
1 Mechero bunsen<br />
1 Tela <strong>de</strong> asbesto<br />
1 Tripie<br />
1 Vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 1o mL<br />
Reactivos<br />
Sacarosa<br />
Solución saturada <strong>de</strong> FeCl3<br />
b) Sección experimental<br />
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
Determinación <strong>de</strong> la precisión <strong>de</strong> la balanza<br />
1. Colocar en el platillo un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 10 ml o algún otro objeto<br />
<strong>de</strong> peso a<strong>de</strong>cuado y <strong>de</strong>terminar el peso hasta décimas <strong>de</strong> miligramo.<br />
2. Retirar el objeto y volver a pesarlo con la misma precisión<br />
3. Repetir éste proceso 5 o 6 veces<br />
4. Determinar el intervalo <strong>de</strong> las pesadas, esto es, la diferencia numérica<br />
entre el valor más alto y el más bajo. Dividir esta diferencia entre 2 y el<br />
resultado es la estimación <strong>de</strong> la precisión <strong>de</strong> la balanza.<br />
Tarado <strong>de</strong> crisoles<br />
1. Marcar un crisol seco en la cara exterior con una solución saturada <strong>de</strong><br />
FeCl3 y calentarlo con un mechero<br />
2. Registrar el peso <strong>de</strong>l crisol en su bitácora con una precisión <strong>de</strong> 0.1mg,<br />
30
introducir el crisol 45 min. a la mufla a una temperatura <strong>de</strong> 800ºC, sacar el<br />
crisol <strong>de</strong> la mufla y <strong>de</strong>jar enfriar por 1 min., antes <strong>de</strong> meterlo al <strong>de</strong>secador.<br />
Dejar enfriar a temperatura ambiente en un <strong>de</strong>secador.<br />
3. Pesar el crisol una vez frío, registrar en su bitácora el peso <strong>de</strong>l crisol con<br />
una precisión <strong>de</strong> décimas <strong>de</strong> mg.<br />
4. Introducir el crisol en la mufla a 800ºC por 15 min, transcurrido éste tiempo,<br />
sacar el crisol <strong>de</strong> la mufla y enfriar durante 1 min., antes <strong>de</strong> introducirlo al<br />
<strong>de</strong>secador.<br />
5. Introducir el crisol al <strong>de</strong>secador<br />
6. Pesar el crisol frío en la balanza analítica, registrar el peso en su bitácora<br />
7. Repetir las operaciones anteriores hasta que la diferencia en peso entre<br />
dos pesadas consecutivas no sea mayor que el valor <strong>de</strong> la precisión <strong>de</strong> la<br />
balanza <strong>de</strong>terminada en el inciso A.<br />
Peso <strong>de</strong> diferentes muestras<br />
1. Pesar en un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 50 ml 2.0680 g <strong>de</strong> sacarosa<br />
2. En un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 50 mL pesar 20 mL <strong>de</strong> agua.<br />
RESULTADOS<br />
1. De las mediciones para <strong>de</strong>terminar la precisión <strong>de</strong> la balanza, haga una<br />
tabla <strong>de</strong> los 5 valores encontrados, encuentre la diferencia entre el valor más<br />
gran<strong>de</strong> y más pequeño y divida entre 2.<br />
2. Encuentre el % CV entre los valores encontrados<br />
3. Reporte los valores <strong>de</strong> pesada <strong>de</strong>l crisol<br />
4. Reporte el Peso <strong>de</strong> las muestras <strong>de</strong> sacarosa y agua.<br />
BIBLIOGRAFIA<br />
Kern & Sohn GMbH, Manual <strong>de</strong> Instrucciones Balanza <strong>de</strong> precisión analítica<br />
Skoog D, et al. Fundamentos <strong>de</strong> Química Analítica, Octava ed. , Mexico<br />
2005, pp22 – 28<br />
Sitio web<br />
www. Chemkeys.com/uso <strong>de</strong> la balanza analítica<br />
31
PRÁCTICA No. 5<br />
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES<br />
OBJETIVOS<br />
1. El alumno i<strong>de</strong>ntificará las diferentes formas <strong>de</strong> expresar la concentración <strong>de</strong><br />
las soluciones<br />
2. El alumno realizará los cálculos necesarios para <strong>de</strong>terminar la cantidad <strong>de</strong><br />
reactivos que serán utilizados en la preparación <strong>de</strong> disoluciones<br />
3. El alumno preparará diferentes soluciones<br />
FUNDAMENTOS<br />
Las soluciones son mezclas homogéneas <strong>de</strong> dos o más sustancias. Sus<br />
componentes, sin importar el estado físico en que se encuentren, no pue<strong>de</strong>n ser<br />
separados por filtración <strong>de</strong>bido al tamaño submicroscópico <strong>de</strong> sus partículas. El<br />
componente que está presente en mayor cantidad se llama disolvente y los otros<br />
componentes solutos. Las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> una mezcla homogénea son las mismas<br />
en todos los puntos <strong>de</strong> una muestra dada. Existen soluciones sólidas, líquidas y<br />
gaseosas y algunos ejemplos <strong>de</strong> éstas son el aire limpio (mezcla <strong>de</strong> nitrógeno y<br />
oxígeno), agua endulzada y algunas aleaciones <strong>de</strong> latón ( cobre y zinc)<br />
Los átomos, moléculas o iones <strong>de</strong> una solución están perfectamente mezclados y<br />
esto facilita que entren en contacto y reaccionen. En las soluciones en fase líquida o<br />
gaseosa, las partículas se mueven y chocan incrementando las posibilida<strong>de</strong>s para<br />
que reaccionen entre sí. Debido a que las partículas están muy juntas en las<br />
soluciones líquidas y por tanto chocan más a menudo, estas soluciones son los<br />
medios que se emplean para producir fármacos, alimentos y otros productos<br />
comerciales. También son el medio en el que se llevan a cabo las reacciones en<br />
nuestro cuerpo y en el <strong>de</strong> otros organismos vivos.<br />
Tipos <strong>de</strong> soluciones<br />
Para conocer la cantidad <strong>de</strong> soluto que hay en un volumen dado <strong>de</strong> solución es<br />
necesario conocer la concentración <strong>de</strong> la solución: las cantida<strong>de</strong>s relativas <strong>de</strong><br />
soluto y disolvente. A contin0uación se <strong>de</strong>scriben las diferentes maneras <strong>de</strong><br />
expresar la concentración.<br />
a) Soluciones empíricas<br />
Son aquéllas en las que las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> soluto o <strong>de</strong> solvente se conocen en forma<br />
relativa pero no exacta. Este tipo <strong>de</strong> soluciones se utilizan principalmente en análisis<br />
cualitativo y <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> éstas se encuentran:<br />
• Solución diluida<br />
32
• Está formada por una mínima cantidad <strong>de</strong> soluto en relación a la cantidad <strong>de</strong><br />
disolvente.<br />
• Solución saturada<br />
• Es la que a la temperatura ambiente <strong>de</strong>l disolvente, éste disuelve el máximo<br />
<strong>de</strong> soluto posible.<br />
• Solución sobresaturada<br />
• Es aquélla que contiene más soluto que el indicado por la concentración <strong>de</strong><br />
equilibrio, para preparar este tipo <strong>de</strong> solución se <strong>de</strong>be disolver el soluto a una<br />
temperatura mayor que la temperatura <strong>de</strong> equilibrio.<br />
b) Soluciones <strong>de</strong> concentración conocida<br />
Son aquéllas en las que se conoce el contenido <strong>de</strong> soluto respecto a la cantidad <strong>de</strong><br />
disolvente o <strong>de</strong> solución. Este tipo <strong>de</strong> soluciones se utilizan en análisis cuantitativo y<br />
<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> éstas se encuentran:<br />
• Solución porcentual ( % )<br />
• Solución formal ( F )<br />
• Solución Molar ( M )<br />
• Solución Normal ( N )<br />
• Partes por millón ( ppm )<br />
• Solución molal ( m )<br />
• Fracción mol ( χ )<br />
• Solución título ( T )<br />
Solución porcentual<br />
Existen tres maneras <strong>de</strong> expresar las soluciones porcentuales, estas son:<br />
I. Porciento masa o porcentaje en masa. El porciento masa se refiere a la masa <strong>de</strong><br />
soluto por masa <strong>de</strong> solución.<br />
Porciento masa (m/ m) = ( masa <strong>de</strong> soluto / masa <strong>de</strong> solución ) x 100<br />
El porciento masa es adimensional. El porciento masa es in<strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong> la<br />
temperatura.<br />
El porcentaje en masa se utiliza con frecuencia para expresar la concentración <strong>de</strong><br />
reactivos sólidos o reactivos acuosos comerciales. Por ejemplo, el HCl se ven<strong>de</strong><br />
como solución al 36%, lo cual significa que el reactivo tiene 36 g <strong>de</strong> soluto por 100 g<br />
<strong>de</strong> solución.<br />
II. Porciento volumen o porcentaje en volumen<br />
El porciento volumen se refiere al volumen <strong>de</strong> soluto por volumen <strong>de</strong> solución<br />
Porciento volumen (v/v) = ( volumen <strong>de</strong> soluto/volumen <strong>de</strong> solución ) x<br />
100<br />
El porciento volumen es adimensional. El porciento volumen es <strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong>l<br />
cambio <strong>de</strong> temperatura.<br />
33
El porcentaje en volumen comúnmente se utiliza para especificar la concentración<br />
<strong>de</strong> una solución preparada al diluir un líquido puro en otro líquido. Por ejemplo, una<br />
solución acuosa <strong>de</strong> metanol al 5% indica que dicha solución se preparó al diluir 5 mL<br />
<strong>de</strong> metanol puro con agua hasta 100 mL <strong>de</strong> solución.<br />
I. Porciento masa-volumen o porcentaje masa-volumen<br />
El porciento masa-volumen se refiere a la masa <strong>de</strong> soluto por volumen <strong>de</strong><br />
solución.<br />
Porciento masa-volumen (m/v) = [masa <strong>de</strong> soluto (g) / volumen <strong>de</strong> solución<br />
(mL)] x 100<br />
En el porciento masa-volumen las unida<strong>de</strong>s no se cancelan, por lo que <strong>de</strong>ben<br />
especificarse. El porciento masa volumen es <strong>de</strong>pendiente <strong>de</strong> la temperatura.<br />
El porcentaje masa-volumen se emplea para indicar la composición <strong>de</strong> soluciones<br />
acuosas diluidas <strong>de</strong> reactivos sólidos. Por ejemplo, una solución acuosa <strong>de</strong> nitrato<br />
<strong>de</strong> plata al 5% se refiere a una solución preparada mediante la disolución <strong>de</strong> 5 g <strong>de</strong><br />
nitrato <strong>de</strong> plata en suficiente agua para preparar 100 mL <strong>de</strong> solución. También es<br />
muy usual ésta forma <strong>de</strong> expresar la concentración para soluciones <strong>de</strong> indicadores<br />
químicos.<br />
Solución formal ( F )<br />
Una solución formal expresa el número total <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> un soluto por litro <strong>de</strong><br />
solución ( o el número total <strong>de</strong> milimoles en un mL <strong>de</strong> solución). Por ejemplo una<br />
solución <strong>de</strong> hidróxido <strong>de</strong> sodio que tiene una concentración 1.0 F se pue<strong>de</strong> preparar<br />
disolviendo 1 mol <strong>de</strong> NaOH a 40 g <strong>de</strong> NaOH en agua y diluir exactamente a un litro.<br />
La concentración formal se refiere a la cantidad <strong>de</strong> soluto disuelto sin consi<strong>de</strong>rar la<br />
disociación <strong>de</strong> éste en la solución.<br />
F = masa <strong>de</strong> soluto / ( P. F. x V)<br />
F= formalidad (mol/ L)<br />
masa <strong>de</strong>l soluto en g<br />
P.F. = Peso fórmula ( g /mol)<br />
V = Volumen <strong>de</strong> solución ( L )<br />
El peso fórmula es la masa <strong>de</strong> una unidad fórmula ( o <strong>de</strong> la fórmula ) <strong>de</strong> dicha<br />
sustancia.<br />
Solución molar ( M)<br />
Una solución molar expresa los moles <strong>de</strong> soluto iónico o molecular, por litro <strong>de</strong><br />
solución ( o los milimoles <strong>de</strong> soluto, iónico o molecular, por mililitro <strong>de</strong> solución).<br />
Con el fin <strong>de</strong> calcular la molaridad ( M ) <strong>de</strong> una solución, se <strong>de</strong>be conocer el<br />
comportamiento <strong>de</strong>l soluto en la solución, es <strong>de</strong>cir, conocer si se disocia o no se<br />
disocia el soluto en el disolvente (electrolito fuerte, débil o no electrolito)<br />
34
M = masa <strong>de</strong> soluto / (Peso molecular <strong>de</strong>l soluto x V )<br />
M = molaridad ( mol / L)<br />
Masa <strong>de</strong>l soluto (g )<br />
Peso Molecular = ( g / mol )<br />
V = Volumen <strong>de</strong> solución ( L )<br />
Solución normal ( N )<br />
La normalidad <strong>de</strong> una solución expresa el número <strong>de</strong> equivalentes <strong>de</strong> soluto<br />
contenidos en 1 L <strong>de</strong> solución o el número <strong>de</strong> miliequivalentes por mL <strong>de</strong> solución.<br />
Una solución 0.2 N <strong>de</strong> ácido clorhídrico contiene 0.20 eq <strong>de</strong> HCl en cada litro <strong>de</strong><br />
solución ó 0.20 meq <strong>de</strong> HCl en cada mL <strong>de</strong> solución.<br />
N = masa <strong>de</strong> soluto / ( P.E. X V )<br />
N = normalidad ( eq / L )<br />
Masa <strong>de</strong> soluto en g<br />
P.E. = peso equivalente ( g / eq )<br />
V = Volumen <strong>de</strong> solución ( L )<br />
Equivalente.<br />
Un equivalente es la cantidad <strong>de</strong> sustancia que pue<strong>de</strong> ce<strong>de</strong> o aceptar un mol <strong>de</strong><br />
partículas (H + , electrones o ligandos) intercambiadas<br />
El equivalente (e) es la cantidad <strong>de</strong> un reactivo entre su peso equivalente.<br />
e = masa <strong>de</strong> reactivo / PE [g/eq]<br />
El peso equivalente <strong>de</strong> un reactivo va a variar <strong>de</strong>pendiendo <strong>de</strong> la reacción en la que<br />
esté participando. En consecuencia, para po<strong>de</strong>r calcular el peso equivalente <strong>de</strong> un<br />
reactivo, se <strong>de</strong>be indicar la reacción <strong>química</strong> en la cual participara éste.<br />
Miliequivalente<br />
Un miliequivalente (me) es 1/1000 <strong>de</strong> un equivalente.<br />
Peso equivalente en reacciones <strong>de</strong> neutralización.<br />
El peso equivalente (PE) <strong>de</strong> un reactivo que participa en una reacción <strong>de</strong><br />
neutralización es la masa molar <strong>de</strong> ese reactivo (molécula o Ion) que reacciona o<br />
suministra 1 mol <strong>de</strong> iones hidrógeno en esa reacción.<br />
2HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + H2O<br />
PE HCl = MHCl / 1<br />
PE Ba(OH)2 = MBa(OH)2 / 2<br />
35
Peso equivalente en reacciones <strong>de</strong> oxido-reducción.<br />
El peso equivalente <strong>de</strong> un reactivo que participa en una reacción <strong>de</strong> oxido-reducción<br />
es la masa molar <strong>de</strong> ese reactivo que ce<strong>de</strong> o acepta 1 mol <strong>de</strong> electrones. En otras<br />
palabras se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir que el valor numérico <strong>de</strong>l peso equivalente se establece<br />
dividiendo la masa molar <strong>de</strong>l reactivo entre el cambio <strong>de</strong>l número <strong>de</strong> oxidación<br />
asociado con la reacción en la que está participando dicho reactivo.<br />
Ejemplo:<br />
5C2O4 2- + 2MnO4 - + 16H + → 10CO2 + 2Mn 2+ + 8H2O<br />
En esta reacción el cambio en el número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l manganeso es <strong>de</strong> 5<br />
porque el elemento pasa <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong> +7 a +2, el peso equivalente<br />
para el permanganato es:<br />
PE MnO4 - = M MnO4 - /5<br />
Para el cálculo <strong>de</strong>l peso equivalente <strong>de</strong>l oxalato, se <strong>de</strong>be <strong>de</strong> tomar en cuenta que<br />
cada átomo <strong>de</strong> carbono presente en el Ion es oxidado <strong>de</strong>l estado +3 a +4, originando<br />
la producción <strong>de</strong> dos electrones para esa especie. Por lo que el peso equivalente <strong>de</strong>l<br />
oxalato es:<br />
PE C2O4 2- = M C2O4 2- / 2<br />
Nota: Para el cálculo <strong>de</strong>l peso equivalente se <strong>de</strong>be <strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar la masa molar <strong>de</strong>l<br />
reactivo <strong>de</strong>l cual proviene el elemento o Ion que está participando en la reacción <strong>de</strong><br />
oxido-reducción.<br />
Así el peso equivalente <strong>de</strong>l permanganato <strong>de</strong> potasio es:<br />
PE KMnO4 = M KMnO4 /5<br />
y el <strong>de</strong>l oxalato <strong>de</strong> sodio es:<br />
PE Na2C2O4 = M Na2C2O4 / 2<br />
Partes por millón ( ppm )<br />
La expresión <strong>de</strong> una ppm indica que una unidad <strong>de</strong> la sustancia <strong>de</strong> interés está<br />
presente por cada millón <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l total <strong>de</strong> la solución. En otras palabras se<br />
pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>cir que en una solución <strong>de</strong> una parte por millón se encuentra un gramo <strong>de</strong><br />
sustancia por cada millón <strong>de</strong> gramos <strong>de</strong> solución.<br />
ppm = ( masa <strong>de</strong> sustancia / masa <strong>de</strong> muestra ) x 10 6<br />
masa <strong>de</strong> sustancia ( g )<br />
masa <strong>de</strong> muestra ( g )<br />
36
Para una solución acuosa cuya <strong>de</strong>nsidad es 1.0 g / mL, se tiene que 1 ppm<br />
correspon<strong>de</strong> a 1 mg/ L, 1μg / mL ó 1ηg / μL<br />
Tomando en cuenta esta consi<strong>de</strong>ración, para calcular las partes por millón <strong>de</strong> una<br />
solución po<strong>de</strong>mos utilizar las siguientes expresiones:<br />
ppm = masa <strong>de</strong> sustancia / volumen <strong>de</strong> solución<br />
ppm = partes por millón (mg/L, μg/mL o ng/μL)<br />
masa <strong>de</strong> sustancia (g, μg o ng)<br />
Volumen <strong>de</strong> solución (L, mL o μL)<br />
Algunas expresiones afines a las partes por millón son las partes por billón y las<br />
partes por trillón, las cuales se pue<strong>de</strong>n calcular con las siguientes expresiones.<br />
ppb = (masa <strong>de</strong> sustancia / masa <strong>de</strong> muestra) x 10 9<br />
ppb = partes por billón<br />
masa <strong>de</strong> sustancia (g)<br />
masa <strong>de</strong> muestra (g)<br />
Tomando en consi<strong>de</strong>ración la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l agua 1.0 g/mL<br />
ppb = masa <strong>de</strong> sustancia / volumen <strong>de</strong> solución<br />
ppb = partes por billón (μg/L o ng/mL)<br />
masa <strong>de</strong> sustancia (μg o ng)<br />
volumen <strong>de</strong> solución (L o mL)<br />
ppt = partes por trillón<br />
masa <strong>de</strong> sustancia (g)<br />
masa <strong>de</strong> muestra (g)<br />
ppt = (masa <strong>de</strong> sustancia / masa <strong>de</strong> muestra) x 10 12<br />
Tomando en consi<strong>de</strong>ración la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l agua 1.0 g/mL<br />
ppt = masa <strong>de</strong> sustancia / volumen <strong>de</strong> solución<br />
ppt = partes por trillón (ng/L o pg/mL)<br />
masa <strong>de</strong> sustancia (ng o pg)<br />
volumen <strong>de</strong> solución (L o mL)<br />
Es importante hacer notar que estas tres maneras <strong>de</strong> expresión <strong>de</strong> la concentración<br />
se utilizan para el análisis <strong>de</strong> trazas, lo cual le confiere una amplia aplicación en el<br />
análisis <strong>de</strong> contaminantes y productos <strong>de</strong> <strong>de</strong>gradación en fármacos, alimentos,<br />
medio ambiente y biotecnología.<br />
37
Solución molal<br />
Una solución molal expresa el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> soluto por kilogramo <strong>de</strong><br />
disolvente.<br />
m = masa <strong>de</strong> soluto / (masa molar x peso <strong>de</strong> disolvente)<br />
m = molalidad (mol /Kg)<br />
masa <strong>de</strong> soluto (g)<br />
masa molar (g/mol)<br />
peso <strong>de</strong> solvente (Kg)<br />
La molalidad es útil para mediciones físicas precisas, la razón es que la molalidad no<br />
<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la temperatura. Una solución acuosa diluida se dilata aproximadamente<br />
0.02% por grado Celcius cuando se caliente en la vecindad <strong>de</strong> los 20 ºC; por tanto,<br />
los moles <strong>de</strong> soluto por litro <strong>de</strong> solución disminuyen en el mismo porcentaje.<br />
Fracción mol.<br />
La fracción mol se <strong>de</strong>fine como el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong>l componente <strong>de</strong> interés entre<br />
el número <strong>de</strong> moles totales en la solución.<br />
χ = n / nT<br />
χ = fracción mol<br />
n = moles <strong>de</strong>l componente <strong>de</strong> interés<br />
nT = moles totales<br />
La fracción mol al igual que la molalidad es útil para mediciones físicas precisas.<br />
Solución titulo<br />
Son gramos o miligramos <strong>de</strong> una especie <strong>química</strong> que reacciona con o equivalen a 1<br />
ml <strong>de</strong> solución <strong>de</strong> otra especie <strong>química</strong> diferente<br />
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN<br />
1. ¿Qué se entien<strong>de</strong> por <strong>de</strong>nsidad, y cuáles son sus unida<strong>de</strong>s?<br />
2. ¿Porqué para po<strong>de</strong>r calcular el peso equivalente <strong>de</strong> un reactivo, se <strong>de</strong>be indicar la<br />
reacción <strong>química</strong> en la cual participará éste?<br />
3. ¿Qué se entien<strong>de</strong> por equivalente químico?<br />
4. De las diferentes expresiones porcentuales ¿Cuál se usa para expresar la pureza<br />
<strong>de</strong> reactivos comerciales?<br />
3. a) Realizar los cálculos para preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> sacarosa<br />
0.1 M<br />
b) Preparar 10 mL <strong>de</strong> Fenolftaleína al 0.1 % en etanol<br />
c) Preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución 0.5 N <strong>de</strong> ácido sulfúrico<br />
38
d) Preparar 10 mL <strong>de</strong> una solución etanol-H2O al 20% v/v<br />
d) Preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido clorhídrico 0.1M<br />
e) Preparación <strong>de</strong> diluciones<br />
A partir <strong>de</strong> la solución anterior ( HCl 0.1 M) realizar los cálculos para preparar las<br />
siguientes diluciones:<br />
i) 100 mL <strong>de</strong> una solución 0.001 M.<br />
ii) 100 mL <strong>de</strong> una solución 5 x 10 -4 M.<br />
Ejemplo: Procedimiento para la preparación <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong> ácido clorhídrico<br />
0.01M<br />
1) Calcular el volumen <strong>de</strong> solución 0.1 M necesario para preparar 100 mL <strong>de</strong><br />
solución <strong>de</strong> concentración 0.01 M.<br />
Para realizar dicho cálculo utilizaremos la siguiente expresión:<br />
C1V1 = C2V2<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
C1 = concentración <strong>de</strong> la solución inicial.<br />
V1 = volumen <strong>de</strong> solución inicial.<br />
C2 = concentración <strong>de</strong> la solución final.<br />
V2 = volumen <strong>de</strong> la solución final.<br />
De la expresión anterior tenemos que el volumen <strong>de</strong> la solución 0.1 N es:<br />
V1 = C2V2/ C1 = (0.01 M x 100 mL) / 0.1 M = 10 mL<br />
2) Agregar los 10 mL <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong> ácido clorhídrico 0.1 M en un matraz<br />
volumétrico <strong>de</strong> 100 mL.<br />
3) Aforar con agua <strong>de</strong>stilada.<br />
a) Investigar las característica, la toxicidad y los daños a la salud que ocasionan<br />
los reactivos que se utilizarán durante la práctica.<br />
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
a) Material y reactivos<br />
Material Reactivos<br />
Balanza analítica Agua <strong>de</strong>stilada<br />
Vidrio <strong>de</strong> reloj Cloruro <strong>de</strong> sodio<br />
4 Vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL Sacarosa<br />
2 Matraces volumétricos <strong>de</strong> 100 mL Ácido clorhídrico<br />
39
Matraz volumétrico <strong>de</strong> 250 mL Fenolftaleína<br />
Matraz volumétrico <strong>de</strong> 25 mL Etanol<br />
Embudo <strong>de</strong> vidrio.<br />
Pipeta graduada <strong>de</strong> 5 mL<br />
2 Pipetas graduadas <strong>de</strong> 10 mL<br />
2 Matraces volumétricos <strong>de</strong> 10 mL.<br />
2 Agitadores<br />
2 Propipetas<br />
Pizeta<br />
NOTA: LOS INTEGRANTES DE CADA EQUIPO DEBERAN TRAER ENVASES<br />
VACÍOS DE PLÁSTICO PARA GUARDAR LAS SOLUCIONES PREPARADAS<br />
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL<br />
1) Preparación <strong>de</strong> soluciones<br />
a) Preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> sacarosa 0.1M<br />
b) Preparar 10 mL <strong>de</strong> una solución al 0.1 % en etanol<br />
c) Preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución 0.5 N <strong>de</strong> ácido sulfúrico<br />
d) Preparar 10 mL <strong>de</strong> una solución etanol-agua al 20% v/v<br />
d) Preparar 100 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido clorhídrico 0.1M<br />
e) Preparación <strong>de</strong> diluciones<br />
i) 100 mL <strong>de</strong> una solución 0.001 M <strong>de</strong> HCl a partir <strong>de</strong> una solución 0.1 M<br />
ii) 100 mL <strong>de</strong> una solución 5 x 10 -4 M <strong>de</strong> HCl a partir <strong>de</strong> una solución 0.1 M<br />
OBSERVACIONES:<br />
Durante la preparación <strong>de</strong> las soluciones <strong>de</strong> ácidos y bases se observa el<br />
<strong>de</strong>sprendimiento <strong>de</strong> calor (reacción exotérmica), por lo cual la preparación <strong>de</strong><br />
estas soluciones se <strong>de</strong>be hacer utilizando un baño <strong>de</strong> agua con hielo.<br />
Una vez terminada la práctica se <strong>de</strong>ben <strong>de</strong>sechar a<strong>de</strong>cuadamente los residuos <strong>de</strong><br />
las soluciones. Esto se hará neutralizando los ácidos con las bases. Durante el<br />
proceso <strong>de</strong> neutralización se <strong>de</strong>be usar bata, gogles y guantes.<br />
Nunca tirar al drenaje soluciones ácidas o básicas, ya que ocasiona problemas a la<br />
tubería y contaminación al ambiente.<br />
40
RESULTADOS<br />
Anotar las observaciones y los problemas que se presentaron durante la<br />
preparación <strong>de</strong> las soluciones.<br />
Indique los cálculos realizados para la preparación <strong>de</strong> las distintas soluciones en el<br />
Reporte <strong>de</strong> la práctica.<br />
CONCLUSIONES<br />
¿ Se cumplieron los objetivos <strong>de</strong> la práctica?<br />
¿Cómo le beneficiará ésta experiencia en la asignatura <strong>de</strong> <strong>química</strong> <strong>general</strong><br />
<strong>aplicada</strong>?<br />
¿Qué cambios propondría para la mejor realización <strong>de</strong> la práctica?<br />
BIBLIOGRAFÍA<br />
Alexéiev, V. N., Análisis Cuantitativo. Mir Moscú, 1976.<br />
Harris, D. C., “Análisis Químico Cuantitativo”, Grupo Editorial Iberoamérica, 1992.<br />
Moore, J. W., Kotz, J. C., Stanistski, C. L. Joesten, M. D., Wood, J. L. “El Mundo <strong>de</strong><br />
la Química”, Segunda Edición, Pearsón Educación, 2000.<br />
Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., “Química Analítica”, Sexta Edición, McGraw-<br />
Hill, 1995.<br />
41
OBJETIVOS:<br />
PRÁCTICA No.6<br />
REACCIONES QUÍMICAS<br />
El alumno:<br />
-Conocerá la clasificación <strong>de</strong> las reacciones <strong>química</strong>s.<br />
-Realizará en el <strong>laboratorio</strong> diferentes reacciones <strong>química</strong>s y reconocerá por<br />
evi<strong>de</strong>ncias experimentales cuando ocurren estas.<br />
-Adquirirá <strong>de</strong>strezas en la i<strong>de</strong>ntificación y clasificación <strong>de</strong> los diferentes tipos <strong>de</strong><br />
reacciones <strong>química</strong>s.<br />
MARCO TEÓRICO:<br />
Algunos cambios químicos complejos como el crecimiento <strong>de</strong> las plantas y<br />
animales son el resultado <strong>de</strong> millares <strong>de</strong> reacciones <strong>química</strong>s diferentes, la<br />
observación e interpretación <strong>de</strong> los cambios es la base sobre la cual se fundamenta<br />
la ciencia <strong>química</strong>. También a nivel <strong>de</strong> <strong>laboratorio</strong> po<strong>de</strong>mos realizar varios tipos <strong>de</strong><br />
reacciones en don<strong>de</strong> como evi<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> que ha ocurrido una reacción <strong>química</strong><br />
po<strong>de</strong>mos tener: la formación <strong>de</strong> un precipitado, <strong>de</strong>sprendimiento <strong>de</strong> un gas, un<br />
cambio <strong>de</strong> color o bien un cambio <strong>de</strong> temperatura.<br />
Las reacciones <strong>química</strong>s las po<strong>de</strong>mos clasificar en cuatro gran<strong>de</strong>s grupos, las<br />
cuales se pue<strong>de</strong>n representar <strong>de</strong> manera <strong>general</strong> como sigue:<br />
1) Reacciones <strong>de</strong> síntesis o combinación. Son aquellas en las que dos o más<br />
sustancias se unen para dar una nueva.<br />
X + Y → XY<br />
2) Reacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>scomposición o <strong>de</strong> análisis. En estas reacciones una<br />
sustancia se <strong>de</strong>scompone en otras <strong>de</strong> estructura más simple<br />
XY → X + Y<br />
42
3) Reacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento o <strong>de</strong> sustitución simple. Son aquellas en las<br />
que un elemento que forma parte <strong>de</strong> un compuesto es <strong>de</strong>splazado y<br />
sustituido por otro.<br />
X + YZ → XY + Z<br />
4) Reacciones <strong>de</strong> doble <strong>de</strong>splazamiento o doble sustitución. En estas reacciones<br />
dos compuestos intercambian entre sí algún elemento químico dando como<br />
resultado otros dos compuestos distintos.<br />
WX + Y Z→ WZ + XY<br />
Dentro <strong>de</strong> esta clasificación tenemos reacciones <strong>de</strong> tipo ácido-base, <strong>de</strong> oxidoreducción,<br />
<strong>de</strong> precipitación, endotérmicas y exotérmicas.<br />
ACTIVIDADES PREVIAS:<br />
1.-Elabora un diagrama o un cuadro sinóptico para las reacciones <strong>química</strong>s.<br />
2.-Basándote en la bibliografía, da tres ejemplos para cada una <strong>de</strong> las diferentes<br />
reacciones.<br />
3.-Elabora un diagrama <strong>de</strong> bloques para el procedimiento experimental que llevaras<br />
a cabo en el transcurso <strong>de</strong> la práctica.<br />
4.-Enuncia las características físicas, <strong>química</strong>s y toxicológicas <strong>de</strong> los compuestos<br />
que vas a utilizar en esta práctica.<br />
5.- Realiza los cálculos correspondientes para:<br />
a) Preparar 25 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> bario 0.1 M<br />
b) Preparar 100 mL ácido clorhídrico 1.0 M (d = 1.21 g/ mL, pureza =36 %)<br />
c) Preparar 30 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> bario al 20% p/v<br />
d) ¿qué concentración tiene una solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> plomo que se prepara<br />
disolviendo 0.5 g <strong>de</strong>l compuesto en 50 mL <strong>de</strong> agua?<br />
e) ¿qué concentración tiene una solución <strong>de</strong> ácido sulfúrico que se prepara con<br />
una alícuota <strong>de</strong> 4.25 mL <strong>de</strong>l ácido y se afora a 25 mL, si la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l<br />
ácido es <strong>de</strong> 1.84 g/mL y la pureza <strong>de</strong>l 98 %?<br />
43
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
a) Material:<br />
1 gradilla 1 termómetro<br />
1 pinza para tubo <strong>de</strong> ensaye 8 pipetas graduadas <strong>de</strong> 5 mL<br />
12 tubos <strong>de</strong> ensaye<br />
pH<br />
1 Mechero<br />
1 cápsula <strong>de</strong> porcelana<br />
1 palillo <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra<br />
1 espátula<br />
Papel tornasol o tiras indicadoras <strong>de</strong><br />
b) Reactivos:<br />
Nitrato <strong>de</strong> plomo (0.5 g / 50 mL) Trozos <strong>de</strong> alambre <strong>de</strong> cobre<br />
Yoduro <strong>de</strong> potasio (1 g / 100 mL) Trozos <strong>de</strong> cinta <strong>de</strong> magnesio<br />
Ácido sulfúrico 3 M<br />
Cloruro <strong>de</strong> bario 0.1 M<br />
Ácido clorhídrico 1.0 M<br />
Nitrato <strong>de</strong> cobre 1.0 M<br />
Nitrato <strong>de</strong> zinc 1.0 M<br />
Ácido nítrico 1.0 M<br />
Clorato <strong>de</strong> potasio 0.5 g<br />
Zinc en polvo<br />
c) Secuencia experimental:<br />
Experimento I.<br />
Ensayo A:<br />
-En un tubo <strong>de</strong> ensaye colocar 1 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> plomo<br />
(Pb (NO3)2).<br />
44
-Agregar 1 m L <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> yoduro <strong>de</strong> potasio (KI)<br />
- Anotar las observaciones.<br />
Ensayo B:<br />
-En un tubo <strong>de</strong> ensaye adicionar 1 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> bario 0.1 M.<br />
-Agregar cuidadosamente 1 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido sulfúrico 3 M.<br />
- Registrar observaciones.<br />
Experimento II.<br />
-En diferentes tubos <strong>de</strong> ensaye adicionar 5 mL <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong> las soluciones que se<br />
indican en el cuadro siguiente.<br />
- Adicionar cuidadosamente un trozo <strong>de</strong> metal perfectamente limpio y seco a cada<br />
uno <strong>de</strong> los tubos como lo indica la tabla No. 1<br />
Nota: No adicionar todos a la vez, la adición <strong>de</strong>be ser <strong>de</strong> uno en uno para po<strong>de</strong>r<br />
observar <strong>de</strong>tenidamente y hacer anotaciones. La cantidad <strong>de</strong> zinc en polvo a<br />
adicionar <strong>de</strong>be ser mínima, así como la <strong>de</strong> los <strong>de</strong>más metales.<br />
- Tomar tiempos <strong>de</strong> reacción<br />
-Hacer anotaciones<br />
Tabla No. 1<br />
Tubo<br />
No.<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Solución<br />
[ 1.0 M ]<br />
HCl<br />
HCl<br />
HCl<br />
Cu(NO3 )2<br />
Metal a adicionar<br />
Zn<br />
Cu<br />
Mg<br />
Zn<br />
OBSERVACIONES.<br />
45
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
Cu(NO3 )2<br />
ZN(NO3 )2<br />
HNO3<br />
HNO3<br />
HNO3<br />
Mg<br />
Cu<br />
Cu<br />
Zn<br />
Mg<br />
Experimento III.<br />
-Con una pinza para tubo <strong>de</strong> ensaye sujetar un trozo <strong>de</strong> cinta <strong>de</strong> magnesio.<br />
-Calentar al mechero. Precaución: No mirar directamente la cinta al calentarla.<br />
-Colocar la cinta en una cápsula <strong>de</strong> porcelana.<br />
- Una vez concluida la reacción, añadir inmediatamente tres gotas <strong>de</strong> agua sobre el<br />
residuo,<br />
- Introducir una tira <strong>de</strong> papel tornasol o tira indicadora <strong>de</strong> pH<br />
-Observar y hacer anotaciones.<br />
Experimento IV.<br />
-Adicionar un 0.5 g <strong>de</strong> clorato <strong>de</strong> potasio (KClO3) en un tubo <strong>de</strong> ensaye.<br />
-Calentar el tubo a la llama <strong>de</strong>l mechero, cuando el clorato se funda y <strong>de</strong>sprenda<br />
burbujas,<br />
Acercar un palillo con punta incan<strong>de</strong>scente (palillo que previamente fue encendido<br />
en el mechero en uno <strong>de</strong> sus extremos, extinguida la llama, quedando así el extremo<br />
incan<strong>de</strong>scente).<br />
- Observar y anotar lo que suce<strong>de</strong>.<br />
Experimento V.<br />
-En un tubo <strong>de</strong> ensaye colocar <strong>de</strong> 1 a 2 lentejas <strong>de</strong> hidróxido <strong>de</strong> sodio<br />
-Añadir 5 mL <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada y registrar temperatura.<br />
-Anotar observaciones.<br />
46
Experimento VI.<br />
- En un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL, colocar 25 mL <strong>de</strong> agua medir temperatura.<br />
-Adicionar 3 gramos <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> amonio y registrar temperatura.<br />
-Anotar observaciones.<br />
RESULTADOS:<br />
1) Para cada uno <strong>de</strong> los experimentos registrar observaciones.<br />
2) Para cada uno <strong>de</strong> los experimentos anotar las reacciones que se llevaron acabo.<br />
ANALISIS DE RESULTADOS<br />
- Clasificar las reacciones trabajadas en esta práctica. Justificar.<br />
- Analizar la reactividad <strong>de</strong> los metales en las diferentes soluciones utilizadas<br />
en el experimento II.<br />
- Sugerencias para la práctica.<br />
CONCLUSIONES<br />
-¿Se cumplieron los objetivos?<br />
-Importancia <strong>de</strong> las reacciones <strong>química</strong>s.<br />
BIBLIOGRAFIA:<br />
-Chang Raymond, College William, Química, Mc Grawn-Hill, México 2005, 7ª<br />
edición<br />
-Kotz J, P, Harman P, Treichel, Weaver, Química y Reactividad <strong>química</strong>,Thomson,<br />
6ª edición.<br />
-Whitten K, D. Gailey K, Química General, Mc Graw Hill, Madrid 1998.<br />
47
PRÁCTICA No. 7<br />
ESTEQUIOMETRÍA<br />
OBJETIVOS:<br />
El alumno:<br />
-Llevará a cabo reacciones <strong>química</strong>s consi<strong>de</strong>rando la estequiometría <strong>de</strong> estas,<br />
basándose en reacciones <strong>de</strong> precipitación.<br />
-Realizará los cálculos estequiométricos para <strong>de</strong>terminar teóricamente y<br />
experimentalmente.<br />
-Comparará los valores experimentales obtenidos con los valores teóricos.<br />
FUNDAMENTOS<br />
El científico observa cuidadosamente los fenómenos naturales especialmente<br />
asociados con los cambios químicos, estas observaciones se consi<strong>de</strong>ran como<br />
cualitativas, pero más que la simple observación <strong>de</strong> estos cambios un científico<br />
preten<strong>de</strong> medir exactamente cuanto cambia la temperatura, el color, la masa u otros<br />
cambios en las propieda<strong>de</strong>s fisico<strong>química</strong>s, le preocupa qué productos se forman y<br />
a<strong>de</strong>más qué cantidad <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> ellos.<br />
Las observaciones <strong>de</strong> <strong>laboratorio</strong> <strong>de</strong> tipo cualitativo y las mediciones cuantitativas<br />
constituyen los hechos básicos <strong>de</strong> la <strong>química</strong>.<br />
Cuando dos sustancias dadas se combinan <strong>química</strong>mente para producir<br />
<strong>de</strong>terminado nueva sustancia, siempre lo hacen en relaciones fijas <strong>de</strong> peso,<br />
conocidas como relaciones estequiométricas.<br />
Por ejemplo en la formación <strong>de</strong> agua siempre se combinan ocho gramos <strong>de</strong> oxígeno<br />
por cada gramo <strong>de</strong> hidrógeno.<br />
2H 2(g) + O 2(g) → 2 H2O<br />
Si por alguna razón se coloca una proporción mayor <strong>de</strong> oxígeno, resultará al final un<br />
exceso <strong>de</strong> oxígeno sin reaccionar. Si por el contrario, se utiliza una proporción<br />
menor será el hidrógeno el que sobre.<br />
48
Para conocer las relaciones estequiométricas <strong>de</strong> las masas para los participantes<br />
en una reacción es necesario conocer:<br />
1) la ecuación <strong>química</strong> balanceada.<br />
2) las masas molares <strong>de</strong> los compuestos participantes.<br />
El término estequiometría se refiere al estudio <strong>de</strong> los aspectos cuantitativos <strong>de</strong> las<br />
fórmulas y las reacciones <strong>química</strong>s. Se <strong>de</strong>riva <strong>de</strong>l griego stoicheion " parte o<br />
elemento" y metron " medida".<br />
Las sustancias en una ecuación balanceada se relacionan entre sí mediante<br />
razones equivalentes estequiométricamente, que pue<strong>de</strong>n emplearse como factores<br />
<strong>de</strong> conversión para encontrar las moles <strong>de</strong> una sustancia dadas las moles <strong>de</strong> otra.<br />
En problemas <strong>de</strong> reactivo limitante, se dan las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> dos o más reactivos y<br />
uno <strong>de</strong> ellos limita la cantidad <strong>de</strong> producto que se forma. El reactivo limitante no es<br />
necesariamente el reactivo presente en menor cantidad, sino el que forma menor<br />
cantidad <strong>de</strong> producto.<br />
En la práctica reacciones colaterales, reacciones incompletas y pérdidas físicas<br />
resultan en un rendimiento real <strong>de</strong> producto menor que el rendimiento teórico que<br />
es una cantidad basada únicamente en la razón molar. Y entonces po<strong>de</strong>mos hablar<br />
<strong>de</strong> un rendimiento porcentual (% rendimiento) es el rendimiento real expresado<br />
como un porcentaje <strong>de</strong>l rendimiento teórico:<br />
% rendimiento = rendimiento real *100<br />
rendimiento teórico<br />
Puesto que el rendimiento real <strong>de</strong>be ser menor que el teórico, el rendimiento<br />
porcentual siempre es menor al 100 %. Los rendimientos teórico y real se expresa<br />
en unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> cantidad <strong>de</strong> productos (mol) o masa (gramos).<br />
ACTIVIDADES PREVIAS:<br />
1.- Elabora un diagrama <strong>de</strong> bloques para el procedimiento experimental.<br />
49
2.-Escribe la reacción que se llevan a cabo al hacer reaccionar cloruro <strong>de</strong> bario con<br />
ácido sulfúrico.<br />
3.-Balancea la reacción y realiza los cálculos pertinentes para la realización <strong>de</strong> la<br />
práctica (completa la tabla No. 1 en la sección <strong>de</strong> procedimiento experimental)<br />
4.- Realiza los cálculos para la preparación <strong>de</strong> 50 mL <strong>de</strong> una solución 0.2 M <strong>de</strong><br />
BaCl2<br />
5.- Realiza los cálculos para la preparación <strong>de</strong> 25 mL <strong>de</strong> una solución 1M <strong>de</strong> H2SO4<br />
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
a) Material:<br />
5 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 150 mL<br />
1 vaso <strong>de</strong> pp <strong>de</strong> 250 mL<br />
2 pipetas graduadas <strong>de</strong> 10 mL<br />
1 pipeta graduada <strong>de</strong> 5 mL<br />
Papel filtro<br />
Agitador <strong>de</strong> vidrio<br />
Parrilla <strong>de</strong> calentamiento<br />
Vidrio <strong>de</strong> reloj<br />
Embudo <strong>de</strong> vidrio<br />
Matraz volumétrico <strong>de</strong> 50 mL<br />
Matraz volumétrico <strong>de</strong> 25 mL<br />
b) Reactivos:<br />
Solución <strong>de</strong> H2SO4 1 M<br />
Solución <strong>de</strong> BaCl2 0.2 M<br />
Agua <strong>de</strong>stilada<br />
Alcohol etílico<br />
c) Procedimiento:<br />
-Preparar por equipo las soluciones <strong>de</strong> trabajo: 50 mL <strong>de</strong> una solución 0.2 M <strong>de</strong><br />
BaCl2 y 25 mL <strong>de</strong> una solución 1M <strong>de</strong> H2SO4<br />
50
- Basándose en la tabla No 1, colocar los volúmenes <strong>de</strong> reactivo que permanecerá<br />
constante en la reacción en diferentes vasos <strong>de</strong> precipitados perfectamente<br />
i<strong>de</strong>ntificados.<br />
- Añadir al respectivo vaso las alícuotas <strong>de</strong>l reactivo que irá variando.<br />
Tabla No. 1<br />
Reactivos: Soluciones <strong>de</strong> H2SO4 1 M y BaCl2 0.2 M<br />
Reacción: _______________________________________________<br />
Tipo <strong>de</strong> reacción: _______________________________________________<br />
Reacción balanceada: __________________________________________<br />
Experimento<br />
No.<br />
Volumen <strong>de</strong><br />
H2SO4 (mL)<br />
Moles <strong>de</strong><br />
H2SO4 (n)<br />
Volumen <strong>de</strong><br />
BaCl2 (mL)<br />
1 2.2 5<br />
2 2.2 7<br />
3 2.2 10.8<br />
4 2.2 12<br />
5 2.2 14<br />
Moles <strong>de</strong><br />
BaCl2 (n)<br />
-Calentar y agitar ligeramente la mezcla durante 5 minutos.<br />
-Dejar enfriar a temperatura ambiente.<br />
- Numerar con lápiz y pesar 5 papeles filtro.<br />
- Filtrar los precipitados formados <strong>de</strong> cada vaso en su correspondiente papel filtro.<br />
-Lavar los precipitados con agua <strong>de</strong>stilada ( 5 mL aproximadamente).<br />
-Lavar con etanol ( 3 mL aproximadamente).<br />
- El papel filtro con el precipitado ya lavado, colocarlo en un vidrio <strong>de</strong> reloj y ponerlo<br />
en la estufa (60 º C, 2 horas) o bien <strong>de</strong>jarlos en sobres <strong>de</strong> papel, perfectamente<br />
i<strong>de</strong>ntificados.<br />
- Pesar los papeles filtro con los precipitados ya secos.<br />
- Determinar el peso <strong>de</strong>l precipitado, solamente.<br />
51
RESULTADOS<br />
- Anotar las características físicas <strong>de</strong>l precipitado obtenido:<br />
-Anotar los pesos obtenidos <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los precipitados para el ensayo<br />
correspondiente.<br />
- Realizar los cálculos correspondientes para el llenado <strong>de</strong> la tabla No. 2<br />
Tabla No. 2<br />
Reacción balanceada: __________________________________________<br />
Experi<br />
-<br />
mento<br />
No.<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
Moles <strong>de</strong><br />
BaCl2<br />
Precipitado formado<br />
(n) Peso ( g ) Moles (n)<br />
Teórico Experimental Teóricos Experimentales<br />
- Elaborar una gráfica indicando en el eje <strong>de</strong> las or<strong>de</strong>nadas la cantidad <strong>de</strong><br />
producto formado en la reacción <strong>de</strong>sarrollada y en el eje <strong>de</strong> las abscisas<br />
volumen <strong>de</strong> los reactivos agregado.<br />
- Calcular el rendimiento para cada uno <strong>de</strong> los experimentos<br />
ANALISIS DE RESULTADOS<br />
- Hacer el análisis <strong>de</strong> la grafica obtenida.<br />
- ¿cuál reactivo es el limitante? ¿Siempre es el mismo?<br />
Rendimient<br />
o<br />
( % )<br />
52
- ¿Se presentan diferencias entre la curva teórica y la experimental? ¿Cómo<br />
son esas diferencias y a que se <strong>de</strong>ben?<br />
- ¿Qué pue<strong>de</strong>s <strong>de</strong>cir acerca <strong>de</strong>l rendimiento obtenido en cada punto?<br />
CONCLUSIONES<br />
-¿Se lograron cubrir los objetivos?<br />
-La importancia <strong>de</strong> la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong>l reactivo limitante.<br />
-Utilidad e importancia <strong>de</strong> la estequiometría.<br />
BIBLIOGRAFIA:<br />
-Chang Raymond, College William, Química, Mc Grawn-Hill, México 2005, 7ª<br />
edición<br />
-Kotz J, P, Harman P, Treichel, Weaver, Química y Reactividad <strong>química</strong>,Thomson,<br />
6ª edición.<br />
-Whitten K, D. Gailey K, Química General, Mc Graw Hill, Madrid 1998.<br />
53
Tiempo estimado 3 horas.<br />
OBJETIVO<br />
PRÁCTICA 8<br />
SINTESIS DEL HEXAAMINCOBALTO(III)<br />
Sintetizar un compuesto <strong>de</strong> coordinación con actividad biológica potencial como el<br />
hexaamin cobalto (III) aplicando los conocimientos relacionados con los fenómenos<br />
<strong>de</strong> complejación oxido-reducción, aci<strong>de</strong>z y precipitación.<br />
FUNDAMENTOS<br />
La preparación <strong>de</strong> un compuesto químico a partir <strong>de</strong> reactivos específicos diferentes<br />
a él, utilizando cualquier proceso, recibe el nombre <strong>de</strong> síntesis <strong>química</strong>. En la<br />
síntesis <strong>de</strong> un compuesto <strong>de</strong> coordinación se requieren por lo menos dos especies<br />
<strong>química</strong>s principales.<br />
Una <strong>de</strong> ellas contiene un receptor <strong>de</strong> pares electrónicos que <strong>general</strong>mente es una<br />
especie <strong>de</strong>nominada ligante, que intervienen en la reacción donando, por lo menos,<br />
un par electrónico. Los aceptores se clasifican en neutros y catiónicos así mismo, los<br />
ligantes pue<strong>de</strong>n ser neutros o aniónicos. Consi<strong>de</strong>rando el número <strong>de</strong> pares<br />
electrónicos que los ligantes pue<strong>de</strong>n coordinar o donar, se clasifican en<br />
mono<strong>de</strong>ntados, bi<strong>de</strong>ntados, tri<strong>de</strong>ntados y poli<strong>de</strong>ntados. Los receptores cobaltoso y<br />
cobáltico, Co(II) y Co(III) respectivamente forman un gran número <strong>de</strong> complejos<br />
como resultado <strong>de</strong> la reacción <strong>química</strong> <strong>de</strong> complejación, predominando la geometría<br />
octaédrica, los cuales presentan una relación metal/ligante <strong>de</strong>finida. En la<br />
preparación <strong>de</strong>l complejo hexaamincobalto (III) en solución acuosa se establece un<br />
equilibrio previo significativo entre los complejos octaédricos, hexaacuocobalto (II) y<br />
hexaamincobalto (II), <strong>de</strong>bido a que tienen constantes <strong>de</strong> disociación semejantes,<br />
Ke1, Ke2 respectivamente, según el equilibrio múltiple 1:<br />
Co(II) + 6 H2O ⇔ [Co(H2O)6] 2+<br />
Ke1 ↑↓ 1<br />
Co(II) + 6 NH3 ⇔ [Co(NH3)6] 2+<br />
Ke2<br />
La síntesis <strong>de</strong>l complejo hexaamincobalto(III) es posible solamente cuando se utiliza<br />
un oxidante como el peróxido <strong>de</strong> hidrógeno, H2O2 (Eº=1.77 V), que es capaz <strong>de</strong><br />
oxidar la especie cobaltoso Co(II) a cobáltico Co(III).<br />
Co(II) - 1e - ⇔ Co(III) 2<br />
54
La complejación con el amoniaco (NH3) <strong>de</strong>l cobáltico Co(III), que forma parte <strong>de</strong>l<br />
sistema redox Co(III)/Co(II) y cuyo potencial estándar <strong>de</strong> celda es <strong>de</strong> 1.8 V,<br />
estabiliza a dicha especie <strong>de</strong>bido a que en solución acuosa no es posible tener<br />
cobalto(III) libre porque es un oxidante fuerte capaz <strong>de</strong> oxidar al agua, equilibrio 3.<br />
H2O + 2Co(III) ⇔ 2H + + ½ O2 + Co(II) 3<br />
La formación <strong>de</strong>l complejo [Co(NH3)6] 3+ a partir <strong>de</strong> [Co(NH3)6] 2+ se favorece <strong>de</strong>bido a<br />
que el potencial estándar condicional <strong>de</strong> este par redox es sumamente pequeño (E o<br />
= 0.1 V) si se compara con el potencial estándar <strong>de</strong> los pares redox Co(III)/Co(II) (E o<br />
= 1.8 V), y H2O2/H2O (E o =1.77 V) por lo que el equilibrio 4 se encuentra <strong>de</strong>splazado<br />
hacia la <strong>de</strong>recha.<br />
[Co(NH3)6] 2+ - 1e- ⇔ [Co(NH3)6] 3+ 4<br />
Los compuestos <strong>de</strong> coordinación hexaacuocobalto(II), hexaamincobalto(II) y<br />
hexamincobalto(III) son octaédricos (5). En estos, el número <strong>de</strong> coordinación es <strong>de</strong><br />
seis y la relación metal/ligante es <strong>de</strong> 1:6, <strong>de</strong>bido a que los ligantes acuo y amino son<br />
mo<strong>de</strong>ntados.<br />
En la síntesis <strong>de</strong>l complejo [Co(NH3)6] 3+ se incorpora el medio <strong>de</strong> reacción un<br />
sistema regulador <strong>de</strong> pH, (NH3/NH4 + ), con la finalidad <strong>de</strong> evitar que los equilibrios<br />
competitivos <strong>de</strong>rivados <strong>de</strong>l fenómeno <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z (7,8) se <strong>de</strong>splazen hacia la<br />
formación <strong>de</strong> productos in<strong>de</strong>seables, como suce<strong>de</strong> con el amoniaco en condiciones<br />
fuertemente ácidas, equilibrio 5 y 6 con el cobalto(II) en medio básico, equilibrio 6.<br />
NH3 + H + ⇔ NH4 + 5<br />
Co(II) + 2OH - ⇔ Co(OH)2 6<br />
ACTIVIDADES PREVIAS<br />
1. ¿Qué diferencia existe entre un compuesto <strong>de</strong> coordinación y un compuesto<br />
órgano metálico?<br />
2. Investigue la teoría <strong>de</strong>l campo cristalino<br />
3. ¿Por qué el color <strong>de</strong> los complejos?<br />
INSTRUCCIONES PARTICULARES<br />
1. Evitar el contacto <strong>de</strong> la piel con el peróxido <strong>de</strong> hidrógeno, H2O2, <strong>de</strong>bido a que<br />
provoca quemaduras.<br />
2. Controlar la oxidación manteniendo la temperatura <strong>de</strong>l medio <strong>de</strong> reacción cerca<br />
<strong>de</strong> 6 ºC durante la adición <strong>de</strong>l peróxido <strong>de</strong> hidrógeno para evitar la perdida <strong>de</strong><br />
amoniaco.<br />
3. Realizar el trabajo experimental correspondiente a la síntesis <strong>de</strong> hexaamincobalto<br />
(II).<br />
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
55
a) Materiales y reactivos<br />
Dos matraces erlenmeyer <strong>de</strong> 50 mL, un matraz kitazato <strong>de</strong> 50mL, embudo<br />
Buchnner, vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL, pinzas <strong>de</strong> tres <strong>de</strong>dos, soporte universal,<br />
anillo <strong>de</strong> fierro, baño María, mechero Bunsen, papel filtro Whatman <strong>de</strong>l número 3,<br />
cloruro <strong>de</strong> amonio, ácido clorhídrico concentrado, peróxido <strong>de</strong> hidrógeno, amoniaco<br />
concentrado, alcohol etílico, cloruro cobaltoso-hexahidratado.<br />
b) Secuencia Experimental<br />
Pesar 4 g <strong>de</strong> cloruro cobaltosos hexahidratado, disolver 4 mL <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada<br />
contenida en un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL.<br />
Calentar cuidadosamente, a una temperatura cercana al punto <strong>de</strong> ebullición y<br />
adicionar 2.6 g <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> amonio, agitar hasta que se disuelva.<br />
Pasar la solución caliente <strong>de</strong>l vaso <strong>de</strong> precipitados a un matraz Erlenmeyer <strong>de</strong> 250<br />
mL que contenga 0.5 g <strong>de</strong> carbón activado, enfriar el contenido al chorro <strong>de</strong> agua y<br />
adicionar a la solución fría 16 mL <strong>de</strong> amoniaco concentrado (28%).<br />
Introducir el matraz Erlenmeyer a un baño <strong>de</strong> hielo y enfriar hasta la temperatura <strong>de</strong>l<br />
contenido sea <strong>de</strong> 6 ºC. Adicionar 4 porciones <strong>de</strong> 1 mL <strong>de</strong> peróxido <strong>de</strong> hidrógeno al<br />
20% y agitar en forma sucesiva el contenido; <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> cada adición, repetir el<br />
procedimiento incrementando el volumen <strong>de</strong> las porciones hasta que se haya<br />
adicionado un volumen <strong>de</strong> 15 mL <strong>de</strong> peróxido <strong>de</strong> hidrógeno.<br />
A continuación calentar el contenido <strong>de</strong>l matraz en baño <strong>de</strong> María manteniendo la<br />
temperatura a 60 ± 5 ºC, hasta que <strong>de</strong>saparezca la coloración rosa <strong>de</strong>l cloruro<br />
cobaltoso Co(II) y se presente la precipitación <strong>de</strong> [Co(NH3)6] 3+ <strong>de</strong> color amarillo.<br />
Posteriormente enfriar el contenido <strong>de</strong>l matraz en baño con hielo para favorecer la<br />
precipitación <strong>de</strong>l complejo. Filtrar el precipitado al vacío, utilizando un embudo<br />
Buchnner y papel filtro Whatman <strong>de</strong>l número 3, transferir el precipitado a un matraz<br />
Erlenmeyer <strong>de</strong> 250 mL que contenga una solución <strong>de</strong> 60 mL <strong>de</strong> agua y 2.5 mL <strong>de</strong><br />
ácido clorhídrico concentrado.<br />
Calentar a ebullición hasta que se disuelva el precipitado, filtrar al vacío y en caliente<br />
para eliminar el carbón activado, recibir el filtrado en un matraz Erlenmeyer <strong>de</strong> 250<br />
mL que contenga hielo y agite constantemente.<br />
Filtrar al vacío, lavar el precipitado con 9 mL <strong>de</strong> una solución fría <strong>de</strong> etanol-agua<br />
(60% - 40%), repetir el procedimiento utilizando 8 mL <strong>de</strong> etanol al 95%.<br />
Recristalizar el producto obtenido <strong>de</strong> una solución etanol-agua (60% - 40%).<br />
ANALISIS DE RESULTADOS<br />
56
1. Pesar el producto recristalizado, calcular el rendimiento obtenido<br />
2. ¿Cúal es el propósito <strong>de</strong> adicionar el peróxido <strong>de</strong> hidrógeno?<br />
CONCLUSIONES<br />
1. ¿Se cumplieron los objetivos <strong>de</strong> la práctica?<br />
2. ¿Qué se pue<strong>de</strong> concluir sobre la relación entre las propieda<strong>de</strong>s estudiadas y la<br />
estructura molecular <strong>de</strong> las mismas?<br />
3. ¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos?<br />
PREGUNTAS Y EJERCICIOS<br />
1. Dibujar la posible geometría <strong>de</strong>l complejo sintetizado<br />
2. ¿Por qué el color <strong>de</strong>l complejo?<br />
3. Calcule la constate <strong>de</strong> formación <strong>de</strong>l complejo<br />
4. ¿Cómo podría saber que el producto obtenido es el producto <strong>de</strong> interés?<br />
5. Investigue por lo menos dos técnicas espectroscópicas que puedan ser utilizadas<br />
para caracterizar el complejo obtenido.<br />
BIBLIOGRAFIA<br />
1. Douglas I., J. Mol. Biol., 166, 557-580(1983)<br />
2. Conroy L. E., Tobias R. S. General Chemistry Laboratory Operation, 1ra. Ed.<br />
McMillan, New York.(1990)<br />
3. Lee J.D., Concise Inorganic Chemistry, Van Nostrand, Londres, (1965)<br />
4. Huheey, J. E. Química IInorgánica Avanzada, Harla, México, (1981)<br />
5. Schlessinger, G.G., Inorganic Laboratory Preparations Chemical, Inc. New York,<br />
(1962)<br />
6. Cotton, F.A., Wilkinson, Advanced Inorganic Chemsitry, Wiley, New York, (1999)<br />
57
1. OBJETIVOS.<br />
PRÁCTICA No. 9<br />
ELECTROLITOS FUERTES Y DÉBILES<br />
1.1 El alumno i<strong>de</strong>ntificará cualitativamente a los electrolitos y no electrolitos.<br />
1.2 El alumno i<strong>de</strong>ntificará cualitativa y cuantitativamente a los electrolitos fuertes y<br />
débiles.<br />
1.3 El alumno <strong>de</strong>terminará el grado <strong>de</strong> disociación <strong>de</strong> los electrolitos fuertes y<br />
débiles.<br />
1.4 El alumno <strong>de</strong>terminará el valor <strong>de</strong> la constante <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z <strong>de</strong> un ácido débil.<br />
2. FUNDAMENTOS.<br />
Los electrolitos son compuestos que conducen la electricidad cuando están<br />
disueltos o fundidos. Una corriente eléctrica es un flujo <strong>de</strong> cargas. En una<br />
disolución <strong>de</strong> un electrolito o en un electrolito fundido, la corriente esta formada por<br />
iones en movimiento. La capacidad <strong>de</strong> conducir la electricidad se llama<br />
conductividad; esta propiedad se pue<strong>de</strong> medir cuantitativamente, y observar<br />
cualitativamente.<br />
Electrolitos fuertes y débiles.<br />
Los electrolitos se pue<strong>de</strong>n clasificar como fuertes o débiles. En una disolución <strong>de</strong><br />
un electrolito fuerte, la mayor parte <strong>de</strong>l soluto esta en forma <strong>de</strong> iones, hay pocas<br />
moléculas, si es que las hay. El cloruro <strong>de</strong> sodio, NaCl, disuelto en agua es un<br />
ejemplo <strong>de</strong> electrolito fuerte, sus soluciones son buenas conductoras <strong>de</strong> la<br />
electricidad. En una disolución <strong>de</strong> un electrolito débil, la mayor parte <strong>de</strong>l soluto esta<br />
en forma <strong>de</strong> moléculas; hay muy poco soluto en forma <strong>de</strong> iones. Las disoluciones<br />
<strong>de</strong> electrolitos débiles no conducen tan bien la electricidad como los electrolitos<br />
fuertes a la misma concentración, porque hay muy pocos iones en disolución. El<br />
ácido acético, CH3COOH, y el amoniaco, NH3, son ejemplos <strong>de</strong> electrolitos débiles.<br />
También el agua es un electrolito débil. Si las disoluciones <strong>de</strong> un compuesto no<br />
conducen una cantidad observable <strong>de</strong> electricidad, a este se le llama no electrolito.<br />
En una disolución <strong>de</strong> un no electrolito todo el soluto esta formado por moléculas;<br />
no hay iones. El alcohol y el azúcar son ejemplos <strong>de</strong> no electrolitos.<br />
Coeficiente <strong>de</strong> disociación, α, y por ciento <strong>de</strong> disociación, % α.<br />
El coeficiente <strong>de</strong> disociación también se conoce como grado <strong>de</strong> disociación. El<br />
grado <strong>de</strong> disociación es la fracción <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong>l electrolito que se disociaron<br />
en iones y es igual a la razón <strong>de</strong> las moléculas disociadas entre las moléculas<br />
totales. El por ciento <strong>de</strong> disociación, %α, es el coeficiente <strong>de</strong> disociación<br />
multiplicado por cien.<br />
La disociación <strong>de</strong> un electrolito fuerte, por ejemplo el ácido clorhídrico, HCl, esta<br />
representada por el siguiente equilibrio:<br />
58
HCl → H + + Cl –<br />
Al inicio Co<br />
Al<br />
equilibrio<br />
Co Co<br />
Co es la concentración total también llamada concentración inicial.<br />
El coeficiente <strong>de</strong> disociación para el ácido clorhídrico, HCl, será<br />
α =<br />
+ − [ H ] [ Cl ] Co<br />
= = = 1<br />
Por lo tanto, el %α para los electrolitos fuertes es <strong>de</strong> 100%, es <strong>de</strong>cir se disocian<br />
completamente.<br />
La disociación <strong>de</strong> un electrolito débil, esta caracterizada por su constante <strong>de</strong><br />
disociación Kd, que para el caso <strong>de</strong> un ácido débil esta constante recibe el nombre<br />
<strong>de</strong> constante <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z, Ka.<br />
La disociación <strong>de</strong> un electrolito débil, por ejemplo el ácido acético, CH3COOH, esta<br />
representada por el siguiente equilibrio:<br />
Co<br />
Co<br />
Co<br />
CH3COOH ⇌ CH3COO – + H +<br />
Al inicio Co<br />
Al<br />
equilibrio<br />
Co-αCo αCo αCo<br />
el coeficiente <strong>de</strong> disociación para el ácido acético, CH3COOH, será:<br />
y su constante <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z es por lo tanto:<br />
Ka =<br />
+ - [ H ][ . A ]<br />
[ HA]<br />
α =<br />
+<br />
−<br />
[ H ] [ CH COO ]<br />
En el equilibrio se tiene [H + ]=[A – ]=αCo y [HA]=Co-αCo=(1-α)Co quedando la<br />
constante <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z finalmente:<br />
αCo·<br />
αCo<br />
α<br />
Ka<br />
= =<br />
( 1−<br />
α)<br />
Co 1−<br />
α<br />
2 Co<br />
Co<br />
=<br />
3<br />
Co<br />
59
Conductividad.<br />
Las soluciones <strong>de</strong> electrolitos conducen la corriente eléctrica por la migración <strong>de</strong><br />
los iones bajo la influencia <strong>de</strong> un gradiente <strong>de</strong> potencial. Las aplicaciones<br />
cuantitativas <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la relación entre la conductividad y la concentración <strong>de</strong><br />
los diversos iones presentes en la solución. La ecuación que relaciona la<br />
conductividad y la concentración <strong>de</strong> los iones en solución es:<br />
Don<strong>de</strong>:<br />
0<br />
λ<br />
Q =<br />
ANIÓN<br />
C<br />
0<br />
+ λ<br />
1000 × θ<br />
ANIÓN<br />
CATIÓN<br />
C<br />
CATIÓN<br />
Q es la conductividad <strong>de</strong> la solución en [ohm -1 ]<br />
λ 0 ANIÓN y λ 0 CATIÓN son las conductivida<strong>de</strong>s equivalentes iónicas a dilución infinita en<br />
[ohm -1 ·cm 2 ·eq -1 ]<br />
CANIÓN y CCATIÓN son las concentraciones <strong>de</strong> los iones en solución en [eq/L]<br />
θ es la constante <strong>de</strong> celda conductimétrica en [cm -1 ]<br />
3. EJERCICIOS PREVIOS.<br />
3.1 ¿Cuántos mL <strong>de</strong> ácido clorhídrico, HCl, <strong>de</strong> pureza 36.5% y <strong>de</strong>nsidad 1.18 g/mL<br />
se requieren para preparar 100 mL <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> HCl 10 -3 M?<br />
3.2 ¿Cuántos mL <strong>de</strong> ácido acético, CH3COOH, <strong>de</strong> pureza 85% y <strong>de</strong>nsidad 1.04<br />
g/mL se requieren para preparar 100 mL <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong> CH3COOH 10 -3<br />
M?<br />
3.3 Define ¿qué es un electrolito?<br />
3.4 ¿Cómo se clasifican los electrolitos?<br />
3.5 ¿Cuál es la característica <strong>de</strong> los electrolitos débiles?<br />
3.6 ¿Cuál es la característica <strong>de</strong> los electrolitos fuertes?<br />
3.7 Define ¿qué es conductividad?<br />
4. PARTE EXPERIMENTAL.<br />
4.1 Material y equipo empleado.<br />
4 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL<br />
2 probetas <strong>de</strong> 50 mL<br />
1 Juego caimanes (proporcionados por los alumnos)<br />
1 pila <strong>de</strong> 9 V (proporcionada por los alumnos)<br />
1 zumbador piezoeléctrico <strong>de</strong> alerta Radio Shack (proporcionada por los<br />
alumnos) ó cualquier clase <strong>de</strong> zumbador pue<strong>de</strong> ser empleado en su lugar<br />
1 conductímetro<br />
1 celda conductimétrica<br />
Agua <strong>de</strong>stilada<br />
Agua <strong>de</strong>sionizada<br />
Disolución <strong>de</strong> sacarosa 10 -3 M.<br />
Disolución <strong>de</strong> HCl 10 -3 M.<br />
60
Disolución <strong>de</strong> CH3COOH 10 -3 M.<br />
4.2 Desarrollo experimental.<br />
4.2.1 Conductividad <strong>de</strong> electrolitos fuertes y débiles.<br />
BOCINA<br />
ELÉCTRICA<br />
PILA DE 9 V<br />
ELECTODOS<br />
DE COBRE ELECTROLITO<br />
ELECTROLI<br />
Figura 1. Montaje para <strong>de</strong>mostrar la<br />
conductividad <strong>de</strong> las soluciones<br />
electrolíticas<br />
a) Montar el diagrama <strong>de</strong> la figura 1.<br />
b) Colocar en el vaso <strong>de</strong> precipitados agua <strong>de</strong>stilada y escuchar.<br />
c) Repetir el procedimiento con una disolución <strong>de</strong> sacarosa10 -3 M y escuchar.<br />
d) Colocar ahora ácido clorhídrico, HCl, 10 -3 M y escuchar.<br />
e) Repetir el procedimiento con ácido acético, CH3COOH, 10 -3 M y escuchar.<br />
f) Anotar observaciones.<br />
4.2.2 Conductividad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>stilada que se usó para la preparación <strong>de</strong><br />
disoluciones.<br />
a) Pren<strong>de</strong>r el conductímetro 15 minutos antes <strong>de</strong> realizar las mediciones.<br />
b) Lavar la celda conductimétrica primero con agua <strong>de</strong>stilada y <strong>de</strong>spués con<br />
agua <strong>de</strong>sionizada.<br />
c) Llenar una probeta <strong>de</strong> 50 mL con el agua <strong>de</strong>stilada que se usó para la<br />
preparación <strong>de</strong> las disoluciones.<br />
d) Introducir la celda conductimétrica a la probeta <strong>de</strong> tal forma que el orificio<br />
superior <strong>de</strong> la celda que<strong>de</strong> cubierto por el agua <strong>de</strong>stilada.<br />
e) Anotar el valor <strong>de</strong> la conductividad <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>stilada.<br />
61
f) Sacar la celda conductimétrica <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>stilada y lavarla con agua<br />
<strong>de</strong>sionizada.<br />
4.2.3 Grado <strong>de</strong> disociación <strong>de</strong> electrolitos fuertes.<br />
a) Pren<strong>de</strong>r el conductímetro 15 minutos antes <strong>de</strong> realizar las mediciones.<br />
b) Lavar la celda conductimétrica primero con agua <strong>de</strong>stilada y <strong>de</strong>spués con<br />
agua <strong>de</strong>sionizada.<br />
c) Llenar una probeta <strong>de</strong> 50 mL con ácido clorhídrico, HCl, <strong>de</strong> concentración<br />
cercana a 10 -3 M.<br />
d) Introducir la celda conductimetrica a la probeta que contiene el HCl, <strong>de</strong> tal<br />
forma que el orificio superior <strong>de</strong> la celda que<strong>de</strong> cubierto por la disolución.<br />
e) Anotar el valor <strong>de</strong> la conductividad <strong>de</strong> la disolución.<br />
f) Sacar la celda conductimétrica <strong>de</strong> la disolución y lavarla primero con agua<br />
<strong>de</strong>stilada y <strong>de</strong>spués con agua <strong>de</strong>sionizada.<br />
4.2.4 Grado <strong>de</strong> disociación <strong>de</strong> electrolitos débiles.<br />
a) Pren<strong>de</strong>r el conductímetro 15 minutos antes <strong>de</strong> realizar las mediciones.<br />
b) Lavar la celda conductimétrica primero con agua <strong>de</strong>stilada y <strong>de</strong>spués con<br />
agua <strong>de</strong>sionizada.<br />
c) Llenar una probeta <strong>de</strong> 50 mL con ácido acético, CH3COOH, <strong>de</strong><br />
concentración cercana a 10 -3 M.<br />
d) Introducir la celda conductimétrica a la probeta que contiene el CH3COOH,<br />
<strong>de</strong> tal forma que el orificio superior <strong>de</strong> la celda que<strong>de</strong> cubierto por la<br />
disolución.<br />
e) Anotar el valor <strong>de</strong> la conductividad <strong>de</strong> la disolución.<br />
f) Sacar la celda conductimétrica <strong>de</strong> la disolución y lavarla primero con agua<br />
<strong>de</strong>stilada y <strong>de</strong>spués con agua <strong>de</strong>sionizada.<br />
5. RESULTADOS EXPERIMENTALES.<br />
5.1 ¿El agua <strong>de</strong>stilada y la disolución <strong>de</strong> sacarosa presentan algún sonido?<br />
5.2 ¿Cuál <strong>de</strong> los dos ácidos, clorhídrico o acético, presenta un sonido más<br />
intenso?<br />
5.3 Llenar la tabla 5.1<br />
Tabla 5.1 Normalidad y conductividad experimentales <strong>de</strong> las<br />
disoluciones <strong>de</strong> HCl y CH3COOH.<br />
Compuesto Co [eq/L] Q [ohm -1 ]<br />
H2O <strong>de</strong>stilada<br />
HCl<br />
CH3COOH<br />
5.4 Calcular el grado <strong>de</strong> disociación, α y el por ciento <strong>de</strong> disociación, %α para el<br />
HCl y el CH3COOH.<br />
62
5.5 Calcular el valor <strong>de</strong> la constante <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z, Ka y el valor <strong>de</strong>l pKa <strong>de</strong>l CH3COOH<br />
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS<br />
6.1 De acuerdo a lo que observaste en el experimento 4.2.1 <strong>de</strong>termina que tipo <strong>de</strong><br />
disolución es el agua <strong>de</strong>stilada, la sacarosa, el HCl y el CH3COOH (no<br />
electrolito, electrolito fuerte o electrolito débil)<br />
6.2 De acuerdo con los resultados <strong>de</strong>l análisis cuantitativo <strong>de</strong>l experimento 4.2.3<br />
<strong>de</strong>termina si el ácido clorhídrico es fuerte o débil.<br />
6.3 De acuerdo con los resultados <strong>de</strong>l análisis cuantitativo <strong>de</strong>l experimento 4.2.4<br />
<strong>de</strong>termina si el ácido acético es fuerte o débil.<br />
6.4 Compara el valor <strong>de</strong>l pKa <strong>de</strong>l ácido acético que obtuviste con pKa <strong>de</strong>l ácido<br />
acético reportado en la bibliografía.<br />
7. CONCLUSIONES.<br />
7.1 Obtén las conclusiones pertinentes.<br />
8. BIBLIOGRAFÍA<br />
8.1 Harris D.C., “Análisis Químico Cuantitativo”, 3ª edición, Editorial Iberoamérica<br />
S. A. <strong>de</strong> C.V., 1992, México, D.F., 886 páginas.<br />
8.2 Kotz J.C., Treichel P.M., Weaver G. C., “Química y reactividad <strong>química</strong>”, 6ª<br />
edición, Editorial Thomson, 2005, México, D.F., 997 páginas.<br />
8.3 Skoog D.A., West D.M., Holler F.J., “Química Analítica”, 6ª edición, Editorial<br />
McGraw-Hill/Interamericana <strong>de</strong> México, 1995, México, D.F., 612 páginas.<br />
8.4 Umland J.B., “Química General”, 3ª edición, Editorial Thomson, 2000, México,<br />
D,F., 1016 páginas.<br />
63
PRACTICA No. 10<br />
PREPARACIÓN DE CELDAS ELECTROLITICAS Y MEDICION DE POTENCIAL<br />
DE CELDA<br />
Tiempo aproximado a 3horas<br />
OBJETIVOS<br />
a)Electrolizar una solución acuosa <strong>de</strong> yoduro <strong>de</strong> potasio e I<strong>de</strong>ntificar los productos<br />
formados.<br />
a)Construir una pila voltaica y medir el voltaje que se produce<br />
b)Demostrar la producción eléctrica a partir <strong>de</strong> una reacción <strong>química</strong>.<br />
c)Determinar la serie electromotriz con una papaya.<br />
FUNDAMENTOS<br />
La electrolisis <strong>de</strong> algunas soluciones acuosas <strong>de</strong> sales, pue<strong>de</strong> llevar a la oxidación o<br />
la reducción <strong>de</strong> los iones <strong>de</strong> la sal siempre que estos sean más fácilmente oxidados<br />
o reducidos que el agua misma.<br />
También se sabe que la oxidación <strong>de</strong> un ión metálico (agente reductor) es la perdida<br />
<strong>de</strong> electrones que es promovida por otro ión metálico (agente oxidante) que gana<br />
los electrones. En este experimento se construirán varias pilas que utilizaran las<br />
reacciones <strong>de</strong> redox, <strong>de</strong> tal forma que los electrones sean transportados a través <strong>de</strong><br />
un hilo conductor, y no mediante el contacto <strong>de</strong>l agente oxidante con el agente<br />
reductor (figura 2.). La semireacción <strong>de</strong> oxidación tiene lugar en el electrodo (ánodo)<br />
<strong>de</strong> una semipila y la semireacción <strong>de</strong> reducción tiene el lugar en el electrodo<br />
(cátodo) <strong>de</strong> la otra semipila. Cuando las dos semipilas (los dos vasos que se<br />
observan en la figura 3) se unen <strong>de</strong> tal forma que sus disoluciones estén en<br />
contacto, se produce una pila, cuyo voltaje es una medida <strong>de</strong> la ten<strong>de</strong>ncia a la<br />
acción reactiva <strong>de</strong> la pila. Las dos semipilas <strong>de</strong>ben estar constituidas por dos vasos<br />
cuyas disoluciones estén conectadas entre si por un puente salino (un tubo en U<br />
gran<strong>de</strong> que contiene una solución saturada <strong>de</strong> un electrodo tal como NaCl), como se<br />
muestra en la figura 3.<br />
Utilizando una papaya se <strong>de</strong>terminara la serie electromotriz con la ayuda <strong>de</strong> laminas<br />
ó alambres <strong>de</strong> varios metales figura 4.<br />
ACTIVIDADES PREVIAS.<br />
1.- ¿Qué diferencia existe entre electrolisis y electrolito?<br />
2.- Investigar qué es el proceso <strong>de</strong> oxidación y reducción<br />
3.- ¿Qué otros métodos experimentales existen para le <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> la<br />
<strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong> la materia? ¿En qué se fundamenten? Describir brevemente<br />
al menos dos <strong>de</strong> ellos.<br />
4.- Calcular el costo mínimo <strong>de</strong> la práctica incluyendo materiales y reactivos.<br />
5.- Elaborar un diagrama <strong>de</strong> flujo don<strong>de</strong> indique la secuencia experimental.<br />
64
DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
a) MATERIAL Y REACTIVOS<br />
Voltímetro y cables <strong>de</strong> conexión<br />
Conector para batería <strong>de</strong> 8V<br />
Dos electrodos <strong>de</strong> grafito.<br />
Tubo en forma <strong>de</strong> U (ver figura 1).<br />
3 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 150 ml<br />
Tubos <strong>de</strong> ensayo<br />
Dos goteros.<br />
Lamina o alambre limpio <strong>de</strong> cobre, zinc,<br />
plomo, hierro, aluminio y magnesio.<br />
Solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> zinc, 0.5M<br />
Solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> cobre 0.5M<br />
Solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> plomo 0.5M<br />
Solución saturada <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> sodio.<br />
Solución <strong>de</strong> yoduro <strong>de</strong> potasio 0.1M<br />
Fenolftaleina<br />
Tetracloruro <strong>de</strong> carbono.<br />
Una papaya pequeña.<br />
b) SECUENCIA EXPERIMENTAL<br />
b.1) Electrolisis <strong>de</strong>l yoduro <strong>de</strong> potasio<br />
a) Preparar el aparato <strong>de</strong> acuerdo con la figura 1.<br />
b) Colocar suficiente solución 0.1M <strong>de</strong> yoduro <strong>de</strong> potasio para que el tubo que<strong>de</strong><br />
lleno, <strong>de</strong>jando 0.5 cm libres en cada boca.<br />
c) Conectar los electrodos y electrolizar.<br />
d) Después <strong>de</strong> 10 minutos, <strong>de</strong>sconectar y sacar los electrodos.<br />
e) Retirar el líquido café que se encuentra en el lado <strong>de</strong>l ánodo mediante un gotero y<br />
transferido a un tubo <strong>de</strong> ensayo. Agregar 1 ml <strong>de</strong> CCl4 agitar.<br />
f) Con gotero, tomar 2ml <strong>de</strong> la solución que se encuentra <strong>de</strong>l lado <strong>de</strong>l cátodo a otro<br />
tubo <strong>de</strong> ensayo. Agregar 3 gotas <strong>de</strong> fenolftaleina.<br />
Figura 1. Celda Electrolítica<br />
65
.2)Medición <strong>de</strong>l potencial <strong>de</strong> celda.<br />
Parte I. Pila voltaica formada por las semipilas Zn(s)-Zn 2+ (0.5M) y Cu(s)-Cu 2+ (0.5M).<br />
1. En un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 150 ml vierta aproximadamente hasta la mitad una<br />
solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> cobre, Cu(NO3)2, 0.5M. Coloque una placa <strong>de</strong> cobre en la<br />
solución y conecte el electrodo al terminar positivo el voltímetro (figura1).<br />
2. A otro vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 150 ml, agregue aproximadamente hasta la mitad<br />
una solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> zinc, Zn(NO3)2, 0.5M. Coloque una lámina limpia <strong>de</strong> zinc<br />
en la solución y conéctela al terminal negativo <strong>de</strong>l voltímetro.<br />
3. Anote la lectura <strong>de</strong>l voltaje, con la semipila en la posición que indica la figura1.<br />
4. Coloque entre los dos vasos el tubo en U invertido (conteniendo solución <strong>de</strong><br />
cloruro <strong>de</strong> sodio y tapando los extremos con trocitos <strong>de</strong> algodón), que sirve como<br />
puente salino para conectar las dos soluciones (figura2). Anote la lectura <strong>de</strong>l voltaje.<br />
Quite el puente salino. Conserve le vaso con la solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> cobre y el<br />
electrodo <strong>de</strong> cobre. Evite que se contamine la solución.<br />
Parte II. Pila voltáica formada por semipilas Pb(s)-Pb2+(0.5M) y Cu(s)-Cu2+(0.5M)<br />
1. Use un vaso <strong>de</strong> precipitado limpio <strong>de</strong> 150ml. Construya esta pila como en la Parte<br />
I, colocando la solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong> plomo, Pb(NO)3, 0.5M en el vaso <strong>de</strong> la<br />
izquierda y una lamina limpia <strong>de</strong> plomo en la solución conectada al voltímetro.<br />
2. La semipila <strong>de</strong> la <strong>de</strong>recha está formada por el vaso con la solución <strong>de</strong> nitrato <strong>de</strong><br />
cobre y la placa <strong>de</strong> cobre utilizada en la Parte II.<br />
3. Anote la lectura <strong>de</strong>l voltaje.<br />
4. Continúe como en la parte I.4.<br />
Figura 2. Montaje <strong>de</strong> una pila electro<strong>química</strong> mediante el uso <strong>de</strong> dos vasos <strong>de</strong><br />
precipitados conteniendo soluciones <strong>de</strong> electrolitos.<br />
66
Figura 3. Celda con un tubo en U <strong>de</strong> que funciona como puente salino.<br />
Parte III. Construcción <strong>de</strong> una pila como una papaya. Determinación <strong>de</strong> la serie<br />
electromotriz.<br />
1. Limpie la grasa y óxido las láminas o alambres <strong>de</strong> cobre, zinc, plomo, hierro,<br />
aluminio y magnesio, para locuaz se aconseja usar primero acetona y luego papel<br />
<strong>de</strong> lija.<br />
2. coloque un alambre o lamina <strong>de</strong> cobre y una tira o lamina <strong>de</strong>l otro metal <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
una papaya pequeña a unos 10cm <strong>de</strong> distancia; conecte estos electrodos a un<br />
voltímetro como se hizo en la partes I y II; mida la diferencia <strong>de</strong> potencial entre los<br />
dos metales (figura3).¿Cual es ánodo y cual es el cátodo?<br />
3. Mantenga el cobre como electrodo fijo y cambie por otro metal el otro electrodo;<br />
mida la diferencia <strong>de</strong> potencial. ¿Observa algún cambio en el voltaje?<br />
4. Si se dispone <strong>de</strong> tiempo, en lugar <strong>de</strong> conectar los electrodos a un voltímetro, use<br />
un foco o un timbre para <strong>de</strong>mostrar la existencia <strong>de</strong> una corriente eléctrica. Esta<br />
parte es opcional, y podría constituir, a juicio <strong>de</strong>l profesor, un experimento adicional<br />
<strong>de</strong> carácter investigativo.<br />
67
Figura 4. Determinación <strong>de</strong> la serie electromotriz, empleando una papaya.<br />
ANALISIS DE RESULTADOS<br />
Parte I.<br />
1. ¿Podrá funcionar la pila cuando se dispone como en la figura 1.<br />
2. ¿Cuál es el propósito <strong>de</strong>l puente salino?<br />
Parte II.<br />
Teniendo en cuenta las características <strong>de</strong> la pila <strong>de</strong>scrita en la parte I:<br />
1. ¿Cuál es la semireacción espontánea que tiene lugar en la<br />
a)semipila Zn(s)-Zn 2+ (0.5M)<br />
b)semipila Cu(s)-Cu 2+ (0.5M)<br />
2. Describa la semireacción total.<br />
3. ¿Cuál es la dirección <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> electrones a través <strong>de</strong>l alambre que conecta los<br />
electrodos <strong>de</strong> zinc y <strong>de</strong> cobre.<br />
4.¿Cuál es la dirección <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> iones negativos a través <strong>de</strong>l puente salino?<br />
5.¿Que índica la variación <strong>de</strong>l voltímetro?.<br />
Parte III.<br />
1.¿Qué cambios pudo observar en el ánodo y en el cátodo <strong>de</strong> las dos pilas voltaícas<br />
construidas?<br />
2.¿Qué observaciones pue<strong>de</strong> hacer sobre el aspecto <strong>de</strong> los electrodos?<br />
Parte IV.<br />
Con relación a la parte III:<br />
1. Para cada medida, ¿cuál es el ánodo y cuál es el cátodo?¿Cuál es la dirección<br />
<strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> electrones?<br />
68
2. ¿Don<strong>de</strong> se realiza la oxidación?¿Dón<strong>de</strong> la reducción? Escriba las ecuaciones<br />
correspondientes.<br />
3. De acuerdo con los voltajes obtenidos, construya un tabla <strong>de</strong> potenciales <strong>de</strong><br />
reducción para lo cual <strong>de</strong>berá or<strong>de</strong>nar los metales empleados <strong>de</strong> mayor a menor<br />
ten<strong>de</strong>ncia a reducirse.<br />
CONCLUSIONES.<br />
¿Se cumplieron los objetivos <strong>de</strong> la práctica?<br />
¿Qué se pue<strong>de</strong> concluir sobre la relación entre las propieda<strong>de</strong>s estudiadas y<br />
la estructura molecular <strong>de</strong> las mismas?<br />
¿Qué sugiere para obtener resultados más confiables y precisos?<br />
PREGUNTAS Y EJERCICIOS<br />
1. a) Calcular el valor <strong>de</strong> Eº para la pila construida en la parte I. Use la tabla <strong>de</strong><br />
potenciales <strong>de</strong> reducción <strong>de</strong>l Apéndice I.<br />
b)¿Cuáles son los resultados experimentales comparados con los valores<br />
calculados?<br />
Analice las diferencias encontradas.<br />
2. Las mismas preguntas anteriores para la pila construida en la parte II.<br />
3. ¿Cual es la diferencia entre una pila voltaica y una pila electrolítica?<br />
4. ¿En que consiste una pila seca y una pila <strong>de</strong> mercurio?<br />
5. ¿Que conclusiones pue<strong>de</strong> sacar <strong>de</strong> la Parte III <strong>de</strong>l experimento?¿Cuál es la<br />
función <strong>de</strong> la papaya?¿Qué otras frutas podría usar para obtener el mismo o mejor<br />
resultado?.<br />
6. ¿Qué tipo <strong>de</strong> pila es la batería <strong>de</strong> un automóvil?¿Explique su respuesta?<br />
7. En la <strong>biblioteca</strong>, investigue cómo opera la batería <strong>de</strong>l flash <strong>de</strong> una cámara<br />
fotográfica.<br />
BIBLIOGRAFIA:<br />
1. G. Garzón, Fundamentos <strong>de</strong> Química General con maula <strong>de</strong> <strong>laboratorio</strong>, Ed. Mc<br />
Graw Hill, 1994.<br />
1.- B. Jirgensons y M. E. Straumanis, Compendio <strong>de</strong> <strong>química</strong> coloidal, Ed.<br />
C:E:C:S:A., México, 1965.<br />
2.- B. P. Levitt, Química Física práctica <strong>de</strong> Findlay, Ed. Reverté S. A., España, 1979.<br />
3.- S. H. Maron, C. F. Prutton, Fundamentos <strong>de</strong> Fisico<strong>química</strong>, Ed. Limusa-Noriega,<br />
México, 1993.<br />
4.- D. A. Skoog, Análisis instrumental, Segunda edición, Ed. Interamericana S. A.,<br />
México, 1985.<br />
69
1.- OBJETIVOS<br />
PRÁCTICA 11<br />
ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES (SOLUCIONES PATRÓN)<br />
1.1 El alumno apren<strong>de</strong>rá los conceptos fundamentales teórico-prácticos para la<br />
preparación <strong>de</strong> disoluciones patrón.<br />
1.2 El alumno preparará y estandarizará las disoluciones que se emplearan en el<br />
curso como soluciones patrón<br />
2. NORMALIZACIÓN DE SOLUCIONES<br />
En el análisis titulométrico o volumétrico, la cantidad <strong>de</strong> sustancia que se busca en<br />
el analito, se <strong>de</strong>termina <strong>de</strong> forma indirecta midiendo el volumen <strong>de</strong> una disolución <strong>de</strong><br />
concentración conocida (reactivo titulante) que se necesita para que reaccione con<br />
el constituyente que se analiza (analito). La disolución <strong>de</strong> concentración conocida<br />
(reactivo titulante) es una disolución patrón, que pue<strong>de</strong> prepararse <strong>de</strong> forma<br />
directa o por estandarización mediante reacción con un patrón primario.<br />
Disolución patrón.<br />
Cualquier disolución cuya concentración sea exactamente conocida es una<br />
disolución patrón. Estas disoluciones pue<strong>de</strong>n prepararse por dos métodos<br />
distintos.<br />
1.- Método directo. Se disuelve una cantidad exactamente pesada <strong>de</strong> soluto que<br />
cumpla con las especificaciones <strong>de</strong> un patrón primario (véase más a<strong>de</strong>lante) y se<br />
lleva la disolución a un volumen conocido en un matraz volumétrico; la<br />
concentración se calcula a partir <strong>de</strong>l peso y volumen conocidos como sigue:<br />
N = W s<br />
Peq s V a<br />
Don<strong>de</strong>: N = Normalidad <strong>de</strong> la solución patrón eq/L<br />
Ws = Peso exacto <strong>de</strong>l soluto (patrón primario) en gramos.<br />
Peqs = Peso equivalente <strong>de</strong>l soluto (patrón primario) g/eq.<br />
Va = Volumen <strong>de</strong> aforo en litros.<br />
2.- Método indirecto. Gran parte <strong>de</strong> los solutos que se utilizan en la preparación <strong>de</strong><br />
reactivos titulantes no pue<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rarse como patrones primarios, por lo que<br />
sus disoluciones que resultan no pue<strong>de</strong>n consi<strong>de</strong>rarse como disoluciones patrón,<br />
por lo tanto se preparan disoluciones <strong>de</strong> concentración aproximada y <strong>de</strong>spués estas<br />
se estandarizan. Pue<strong>de</strong>n emplearse dos métodos:<br />
71
a) Empleando una cantidad exactamente pesada <strong>de</strong> un patrón primario. La<br />
concentración exacta se <strong>de</strong>termina <strong>de</strong> la siguiente manera:<br />
N = W s<br />
Peq s V g<br />
Don<strong>de</strong>: N = Normalidad <strong>de</strong> la slución patrón eq/L<br />
Ws = Peso exacto <strong>de</strong>l soluto (patrón primario) en gramos.<br />
Peqs = Peso equivalente <strong>de</strong>l soluto (patrón primario) g/eq.<br />
Vg = Volumen gastado <strong>de</strong> la solución titulante (patrón).<br />
b) Empleando una solución patrón. La concentración exacta se <strong>de</strong>termina <strong>de</strong> la<br />
siguiente<br />
manera:<br />
N2V2 N1 =<br />
V1<br />
Don<strong>de</strong>: N1 = Normalidad <strong>de</strong> la solución patrón <strong>de</strong>sconocida<br />
V1 = Volumen <strong>de</strong> muestra <strong>de</strong> la solución patrón <strong>de</strong>sconocida<br />
N2 = Normalidad <strong>de</strong> la solución patrón conocida<br />
V2 = volumen gastado <strong>de</strong> la solución patrón conocida<br />
Patrones primarios<br />
Para que una sustancia pueda consi<strong>de</strong>rarse como patrón primario <strong>de</strong>be cumplir<br />
con las siguientes especificaciones:<br />
1.- Debe tener una pureza absoluta (100.00%) o conocida (por ejemplo, 98.55%) en<br />
componente activo.<br />
2.- Cuando la sustancia no es absolutamente pura, todas las impurezas <strong>de</strong>ben ser<br />
inertes respecto a las sustancias que se ponen en juego en la reacción.<br />
3.- Deben ser estables a las temperaturas necesarias para <strong>de</strong>secarse en la estufa.<br />
4.- Deben ser inalterables al aire durante la pesada, es <strong>de</strong>cir no <strong>de</strong>be ser<br />
higroscópico ni reaccionar con el oxígeno ni con el dióxido <strong>de</strong> carbono a la<br />
temperatura ambiente.<br />
5.-Deben reaccionar con la disolución titulante <strong>de</strong> una manera sencilla, rápida,<br />
completa y estequiométrica.<br />
72
6.- Es <strong>de</strong>seable que tengan un peso equivalente elevado, con el objeto <strong>de</strong> que los<br />
errores cometidos en la pesada sean siempre inferiores a los errores <strong>de</strong> lectura y <strong>de</strong><br />
drenaje <strong>de</strong> las buretas.<br />
7.- Debe ser fácil <strong>de</strong> adquirir y preferiblemente barato<br />
3.- MATERIAL, EQUIPO, REACTIVOS Y SOLUCIONES.<br />
3.1 MATERIAL Y EQUIPO<br />
• 3 Matraces erlenmeyer<br />
• 1 Matraz volumétrico <strong>de</strong> 1lt<br />
• 1 Bureta<br />
• 3 Vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL<br />
• 1 Pipeta volumétrica <strong>de</strong> 10 mL<br />
• 2 Pipetas graduadas <strong>de</strong> 10 mL<br />
• Pinzas para bureta<br />
• Soporte universal<br />
3.2 RACTIVOS Y SOLUCIONES<br />
• Hidróxido <strong>de</strong> sodio<br />
• Carbonato <strong>de</strong> sodio (patrón primario)<br />
• Biftalato <strong>de</strong> potasio (patrón primario)<br />
• Etanol 96%<br />
• Agua <strong>de</strong>stilada<br />
• Solución acuosa <strong>de</strong> anaranjado <strong>de</strong> metilo al 1%<br />
• Solución etanol-agua (50:50) al 1% peso <strong>de</strong> fenolftaleína<br />
• Acetona<br />
4.- DESARROLLO EXPERIMENTAL<br />
4.1 Estandarización <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> hidróxido <strong>de</strong> sodio (NaOH) 0.01N<br />
(Método directo)<br />
Colocar en una bureta limpia la solución <strong>de</strong> NaOH a normalizar.<br />
Pesar en balanza analítica exactamente alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 0.0204g <strong>de</strong>l patrón primario<br />
biftalato <strong>de</strong> potasio (previamente <strong>de</strong>secado a 105-110ºC durante una hora) en un<br />
matraz Erlenmeyer <strong>de</strong> 250 mL.<br />
Agregar aproximadamente 30 mL <strong>de</strong> agua o hasta la disolución <strong>de</strong> la sal <strong>de</strong><br />
biftalato <strong>de</strong> potasio.<br />
Agregar 3 gotas <strong>de</strong> fenolftaleína al 1% en solución alcohólica (50:50) (al agregar<br />
el indicador la solución es incolora)<br />
Iniciar la valoración agregando con la bureta pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> solución <strong>de</strong><br />
73
NaOH, hasta que aparezca un ligero color rosa persistente por 30 segundos por<br />
lo menos.<br />
Anotar el volumen <strong>de</strong> hidróxido <strong>de</strong> sodio agregado y <strong>de</strong>terminar la normalidad <strong>de</strong><br />
la solución <strong>de</strong> NaOH.<br />
Realizar lo anterior por triplicado y obtener la normalidad promedio (NPROM) <strong>de</strong> las<br />
normalida<strong>de</strong>s obtenidas <strong>de</strong> acuerdo a la siguiente ecuación:<br />
NNaOH = W <strong>de</strong>l biftalato (g)________________<br />
Vol. NaOH gastado (L) x Peq biftalato (g/eq)<br />
4.2.- Estandarización <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido Sulfúrico (H2SO4) 0.01N.<br />
(Método directo)<br />
Colocar en una bureta limpia la solución <strong>de</strong> H2SO4 a valorar.<br />
Pesar en balanza analítica exactamente alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 9.0 mg <strong>de</strong> carbonato <strong>de</strong><br />
calcio (previamente <strong>de</strong>secado a 105-110ºC durante una hora) en un matraz<br />
Erlenmeyer <strong>de</strong> 250 mL.<br />
Agregar aproximadamente 30 mL <strong>de</strong> agua hasta la disolución <strong>de</strong> la sal <strong>de</strong>l<br />
carbonato <strong>de</strong> sodio.<br />
Agregar 3 gotas <strong>de</strong> anaranjado <strong>de</strong> metilo al 1% w (al agregar el indicador la<br />
solución se torna amarilla).<br />
Iniciar la valoración agregando con la bureta pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> solución <strong>de</strong><br />
H2SO4, hasta que aparezca un ligero color canela persistente por 30 segundos<br />
por lo menos.<br />
Anotar el volumen <strong>de</strong> H2SO4 agregado y <strong>de</strong>terminar la normalidad <strong>de</strong> la solución<br />
<strong>de</strong> H2SO4 como sigue:<br />
NH2SO4 = w <strong>de</strong>l CaCO3 (g)________________<br />
Vol. H2SO4 gastado (L) x Peq CaCO3 (g/eq)<br />
Realizar lo anterior por triplicado y obtener una normalidad promedio (Nprom.).<br />
4.2.- Estandarización <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> ácido Sulfúrico (H2SO4) 0.01N.<br />
(Método indirecto)<br />
Colocar en una bureta limpia la solución normalizada <strong>de</strong> NaOH 0.01 N.<br />
Colocar en un matraz erlenmeyer limpio, 10 ml <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> H2SO4 a<br />
valorar.<br />
Agregar al matraz erlenmeyer, aproximadamente 30 mL <strong>de</strong> agua.<br />
Agregar 3 gotas <strong>de</strong> anaranjado <strong>de</strong> metilo al 1% w (al agregar el indicador, la<br />
solución se torna amarilla).<br />
Iniciar la valoración agregando con la bureta pequeñas cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> solución <strong>de</strong><br />
NaOH, hasta que aparezca un ligero color canela persistente por 30 segundos<br />
por lo menos.<br />
Anotar el volumen <strong>de</strong> NaOH agregado y <strong>de</strong>terminar la normalidad <strong>de</strong> la solución<br />
<strong>de</strong> H2SO4 como sigue:<br />
74
N H2SO4 = (NV) NaOH<br />
VH2SO4 Realizar lo anterior por triplicado y obtener una normalidad promedio (Nprom.).<br />
5.- RESULTADOS Y REPORTE.<br />
1.- Anotar en una tabla las concentraciones calculadas y normalizadas <strong>de</strong> las<br />
soluciones preparadas.<br />
2.- Calcular el % <strong>de</strong> error obtenido para cada una <strong>de</strong> las soluciones normalizadas.<br />
3.- Comparar el error en la normalización <strong>de</strong>l H2SO4 por los métodos directo e<br />
indirecto.<br />
4.- Realizar los cálculos necesarios para transformar las concentraciones <strong>de</strong><br />
Normalidad a %w/w, %W/V, M, N y ppm, para cada una <strong>de</strong> las soluciones<br />
preparadas. Reportar los resultados en una tabla <strong>de</strong> concentraciones.<br />
5.- Describir otros métodos <strong>de</strong> valoración <strong>de</strong> soluciones.<br />
6.- Analizar y concluir <strong>de</strong> acuerdo a los resultados obtenidos.<br />
6. BIBLIOGRAFÍA<br />
1.- Gilbert H. Ayres, “Análisis Químico Cuantitativo”, Ed. Harla, S.A. <strong>de</strong> C.V.,<br />
segunda edición, 1970, 740 pags.<br />
2.- Daniel C. Harris, “Análisis Químico Cuantitativo”, Gpo. Editorial Iberoamérica S.A.<br />
<strong>de</strong> C.V., Tercera edición, 1992, 886 pags.<br />
3.- David Guzmán Díaz y Col. “Introducción a la técnica instrumental”, Ed. Instituto<br />
Politécnico Nacional, 1ª Edición, México, 2001. 180 pags.<br />
4.- Douglas A. Skoog, et. al. “Analitycal Chemistry An Introduction”, Ed. Saun<strong>de</strong>rs<br />
College Publishing, 6ª edition, U.S.A. 1994, 650 pags.<br />
5.- John G. Dick, “Química Analítica” Editorial el Manual Mo<strong>de</strong>rno, S.A. México<br />
1979, 747 pags.<br />
6.- Stephen Brewer, “Solución <strong>de</strong> problemas <strong>de</strong> <strong>química</strong> analítica”, Ed. Limusa. 1ª<br />
Edición, México 1987, 548 pags.<br />
75
1.- OBJETIVO.<br />
PRACTICA NO. 12<br />
VALORACIÓNES ÁCIDO-BASE<br />
1. El alumno aplicará los conocimientos teóricos sobre el comportamiento ácidobase<br />
<strong>de</strong> las substancias<br />
2. El alumno realizará las valoraciones potenciométrica y por volumetría <strong>de</strong><br />
diferentes especies ácido-base<br />
2.- INTRODUCCIÓN.<br />
Una reacción ácido-base, también llamada reacción <strong>de</strong> neutralización, es una<br />
reacción entre un ácido y una base o viceversa. Existen 3 teorías para <strong>de</strong>terminar la<br />
aci<strong>de</strong>z o basicidad <strong>de</strong> los compuestos, siendo la mas antigua, la teoría <strong>de</strong> Arrhenius,<br />
posteriormente la teoria <strong>de</strong> Bronsted-Lowry y la más reciente, la teoría <strong>de</strong> Lewis.<br />
2.1- La teoría <strong>de</strong> Arrhenius fue la primer teoría ácido-base que se propuso, y<br />
esta nos dice que un ácido es una sustancia que en solución acuosa se disocia<br />
generar iones + H (protones) y una base es aquella que en solución acuosa se<br />
disocia generar iones – OH. Esta teoría solo habla <strong>de</strong> soluciones acuosas.<br />
2.2- La teoría <strong>de</strong> Bronsted-Lowry fue la segunda teoría y esta ya no toma en<br />
cuenta si el compuesto está o no en solución acuosa y no <strong>de</strong>fine el Ácido como una<br />
especie capaz <strong>de</strong> donar protones y la Base como la especie capaz <strong>de</strong> aceptar<br />
protones. Esta teoría generó los conceptos <strong>de</strong> ácidos y bases conjugados y la<br />
reversibilidad <strong>de</strong> las reacciones.<br />
Definiciones <strong>de</strong> ácidos y <strong>de</strong> bases <strong>de</strong> acuerdo a la teoría <strong>de</strong> Bronsted-Lowry<br />
2.2.1- Los ácidos son substancias que en soluciones acuosas son capaces <strong>de</strong> donar<br />
protones H + al medio según la siguiente reacción.<br />
H A + H2O H3O + + A - Ka = [ A -] [ H3O + ]<br />
[ HA ]<br />
2.2.2 Las bases son substancias que en solución, son capaces <strong>de</strong> aceptar<br />
protones <strong>de</strong>l medio <strong>de</strong> acuerdo a la siguiente reacción.<br />
[BH + ] [ - OH ]<br />
B + H2O BH + + - OH Kb =<br />
[B]<br />
2.2.2- Para comparar la fuerza <strong>de</strong> los ácidos y las bases en solución, se toma como<br />
sustancia <strong>de</strong> referencia el agua, que por ser un disolvente anfiprótico<br />
reacciona entre sí en forma anfotérica, estableciéndose un equilibrio químico<br />
en el cual se involucra una auto disociación, <strong>de</strong> acuerdo a la siguiente<br />
reacción<br />
76
2.2.3- .<br />
2 H2O H3O + + - OH Kw=<br />
Si se consi<strong>de</strong>ra [H2O] = Constante,<br />
Keq * [H2O] 2 = [ H3O + ] [ OH - ] = 10 – 14 = Ki a 25 0 C<br />
[H3O + ] [ - OH]<br />
Don<strong>de</strong> Ki es la constante <strong>de</strong> ionización o <strong>de</strong> autoprotólisis <strong>de</strong>l agua a 25 0 C<br />
2.2.4.- Límites <strong>de</strong> la escala <strong>de</strong> pH.<br />
[H2O] 2<br />
El comportamiento anfotérico <strong>de</strong>l agua que actúa como disolvente al preparar una<br />
solución <strong>de</strong> un ácido o <strong>de</strong> una base fuerte que se disocian completamente liberando<br />
protones e iones oxidrilo, respectivamente permite que el disolvente al aceptar<br />
protones en forma cuantitativa, se establezcan los límites <strong>de</strong> la escala <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z,<br />
para lo cual se consi<strong>de</strong>ra una concentración límite máxima <strong>de</strong> las soluciones, <strong>de</strong> un<br />
ácido o <strong>de</strong> una base fuerte (1M)<br />
En <strong>general</strong> se consi<strong>de</strong>ra al pH como el -log[H + ], cabe aclarar que la [H + ] se calcula<br />
<strong>de</strong> manera diferente para ácidos fuertes, débiles y <strong>de</strong> fuerza media.<br />
El límite inferior en la escala <strong>de</strong> pH para soluciones acuosas es igual a 0<br />
El límite superior en la escala <strong>de</strong> pH para soluciones acuosas es igual a 14<br />
Existe un punto <strong>de</strong> neutralidad en la escala <strong>de</strong> aci<strong>de</strong>z, cuando se cumple la siguiente<br />
condición.<br />
[H + ] = [OH - – 7<br />
] = 10<br />
Es <strong>de</strong>cir que correspon<strong>de</strong> a un pH = 7.0<br />
Sin embargo no logró englobar todas las reacciones <strong>química</strong>s posibles.<br />
3.1- Por lo que se generó la teoría más reciente que es la Teoría <strong>de</strong> Lewis.<br />
Esta es una teoría más <strong>general</strong>izada porque:<br />
- no menciona ni toma en cuenta el medio <strong>de</strong> reacción<br />
- no nos indica si el producto <strong>de</strong>be o no disociarse (soluciones acuosas)<br />
- no menciona tampoco si ce<strong>de</strong> o acepta protones.<br />
Esta teoría <strong>de</strong> Lewis nos dice que un ácido es cualquier átomo, grupo o especie<br />
capaz <strong>de</strong> aceptar electrones y por lo tanto una base es cualquier átomo, grupo o<br />
especie capaz <strong>de</strong> donar electrones.<br />
4.1- MÉTODOS VOLUMÉTRICOS DE ANÁLISIS (VOLUMETRÍA).<br />
La valoración se <strong>de</strong>fine como la acción <strong>de</strong> adicionar una sustancia en solución <strong>de</strong><br />
concentración conocida (agente valorante) a una solución que contiene el analito<br />
77
por cuantificar, <strong>de</strong> tal manera que reaccionen formando productos y <strong>de</strong> esta manera,<br />
valorar la cantidad <strong>de</strong> analito presente en una muestra problema.<br />
El punto final <strong>de</strong> la valoración se consigue cuando todo el analito ha reaccionado<br />
con el suficiente agente valorante. A este punto se le conoce como punto <strong>de</strong><br />
equivalencia.<br />
se clasifican en cuatro grupos según el tipo <strong>de</strong> reacción implicada. Estos grupos son:<br />
Valoraciones ácido-base.- Son aquellas en las que un ácido o base, el agente<br />
valorante reacciona con un analito que es una base o un ácido. Existen dos métodos<br />
<strong>de</strong> valoración y son:<br />
Método volumétrico. Este método como su nombre lo indica se basa en tomar la<br />
muestra <strong>de</strong> Ácido o Base a analizar e ir agregando lentamente la Base o el Ácido<br />
correspondiente. Es necesario agregar una pequeña cantidad <strong>de</strong> un indicador<br />
químico ácido-base para po<strong>de</strong>r <strong>de</strong>terminar el punto <strong>de</strong> equivalencia o neutralización,<br />
Método potenciométrico. Este método como su nombre lo indica se emplea un<br />
potenciómetro o también llamado pHmetro, al igual que el método volumétrico se<br />
van realizando adiciones <strong>de</strong>l Ácido o Base a analizar e ir agregando lentamente la<br />
Base o el Ácido correspondiente, pero en este caso no es necesaria la adición <strong>de</strong><br />
ningún indicador ácido-base, sino el empleo <strong>de</strong>l potenciómetro con el electrodo <strong>de</strong><br />
vidrio, e ir registrando los cambios <strong>de</strong> potencial con las adiciones <strong>de</strong>l compuesto<br />
valorante.<br />
Curvas <strong>de</strong> valoración.<br />
Una curva <strong>de</strong> valoración proporciona una imagen visual <strong>de</strong>l cambio <strong>de</strong> una<br />
propiedad, por ejemplo el pH, que tiene lugar a medida que se aña<strong>de</strong> el agente<br />
valorante. Esta curva <strong>de</strong> valoración pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminarse teóricamente gracias al<br />
conocimiento <strong>de</strong> las relaciones estequiométricas <strong>de</strong> la reacción en función <strong>de</strong>l<br />
agente valorante añadido para calcular el pH. Experimentalmente se pue<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>terminar suspendiendo un electrodo <strong>de</strong> pH en la disolución que contiene el analito<br />
para registrar el pH a medida que se aña<strong>de</strong> el agente valorante.<br />
Los cálculos estequiométricos para trazar la curva <strong>de</strong> valoración se pue<strong>de</strong><br />
ejemplificar <strong>de</strong> la siguiente manera:<br />
Suponga que se requieren neutralizar 25 mL <strong>de</strong> una solución <strong>de</strong> HCl 0.1M (analito)<br />
con una solución <strong>de</strong> NaOH 0.1M.<br />
Antes <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> equivalencia.<br />
El HCl nos va a dar el pH al inicio y antes <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> equivalencia La ec. que se<br />
pue<strong>de</strong> utilizar es pH = -log ( H + ).<br />
78
En el punto <strong>de</strong> equivalencia<br />
En el punto <strong>de</strong> equivalencia, la neutralización <strong>de</strong> un ácido fuerte con una base fuerte<br />
o viceversa, produce una sal en la que ni su catión ni su anión se hidrolizan, por<br />
tanto produce soluciones neutras (pH = 7.0).<br />
Después <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> equivalencia.<br />
Después <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> equivalencia, la solución resultante se enriquece en iones HO -<br />
. Si la Kw permanece constante, entonces disminuye la concentración <strong>de</strong> H + a<br />
valores menores que 1.0x10 -7 , es <strong>de</strong>cir pH > 7.0<br />
El pH <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong> equivalencia se obtiene con la siguiente ecuación pH =<br />
14+ log (OH)<br />
Los resultados se pue<strong>de</strong>n representar al graficar los datos que se pi<strong>de</strong>n en la<br />
siguiente tabla.<br />
Volumen añadido <strong>de</strong> Volumen total <strong>de</strong> la Moles exce<strong>de</strong>ntes <strong>de</strong> pH <strong>de</strong> la disolución<br />
NaOH (0.1M) (ml) disolución (ml) ácido o base<br />
0.0 25.0 (0.1M) 2.50 x 10 -3 [H + ] 1.0<br />
10.0 35.0 1.50 x 10 -3 [H + ] 1.37<br />
20.0 45.0 5.0 x 10 -4 [H + ] 1.95<br />
24.0 49.0 1.0 x 10 -4 [H + ] 2.69<br />
24.5 49.5 5.0 x 10 -5 [H + ] 3.0<br />
25.0 50.0 0.0 (1.0x10 -7 )[H + ]=[OH - ] 7.0 (punto <strong>de</strong><br />
equivalencia)<br />
25.5 50.5 5.0 x 10 -5 [OH - ] 11.0<br />
26.0 51.0 1.0 x 10 -4 [OH - ] 11.29<br />
30.0 55.0 5.0 x 10 -4 [OH - ] 11.96<br />
40.0 65.0 1.5 x 10 -3 [OH - ] 12.36<br />
50.0 75.0 2.5 x 10 -3 [OH - ] 12.52<br />
pH<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Gráfica <strong>de</strong> una titulación <strong>de</strong> HCl con NaOH<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
79<br />
Volúmen <strong>de</strong> NaOH agregado (ml)
5.- SECCIÓN EXPERIMENTAL<br />
5.1 MATERIALES Y EQUIPO<br />
- Potenciómetro<br />
- Electrodo <strong>de</strong> vidrio para pH<br />
- Parrilla con agitación magnétic<br />
- Barra <strong>de</strong> agitación magnética<br />
- 3 matraces erelemeyer <strong>de</strong> 125 mL<br />
- Bureta <strong>de</strong> 25 mL<br />
- Pipeta <strong>de</strong> 10 mL<br />
- 2 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 100 mL<br />
- 2 vasos <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 250 mL<br />
- Soporte universal<br />
- Pinzas para bureta<br />
- Solución <strong>de</strong> NaOH 0.1 N<br />
- Solución <strong>de</strong> HCl 0.1 N<br />
- Solución <strong>de</strong> fenolftaleina al 0.5% en etanol<br />
- Solución <strong>de</strong> anaranjado <strong>de</strong> metilo al 0.1% en agua <strong>de</strong>stilada<br />
- Solución Buffer pH 4<br />
- Solución Buffer pH 7<br />
5.1 DESARROLLO EXPERIMENTAL.<br />
5.1.1- TITULACIÓN VOLUMÉTRICA:<br />
5.1.1.1- Tomar una alícuota <strong>de</strong> 20 ml <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong> ácido o <strong>de</strong> la base según<br />
sea el caso y colocarla en un matraz erlenmeyer <strong>de</strong> 125 ml, agregar 3 gotas <strong>de</strong>l<br />
indicador respectivo (Si se valora un ácido <strong>de</strong>be agregarse fenolftaleína y si se<br />
trata <strong>de</strong> una base <strong>de</strong>berá agregarse anaranjado <strong>de</strong> metilo) y realizar la valoración<br />
volumétrica en la siguiente forma:<br />
5.1.1.2- En la bureta <strong>de</strong> 25 ml perfectamente limpia, colocar la solución <strong>de</strong> HCl<br />
0.1N (para titular una base) o <strong>de</strong> NaOH 0.1N (para el caso <strong>de</strong> titular un ácido) y<br />
ajustar a la marca <strong>de</strong> “0” ml. evitando errores <strong>de</strong> paralaje.<br />
5.1.1.3- Colocar la bureta <strong>de</strong> tal forma que permita adicionar fácilmente el reactivo<br />
titulante (HCl 0.1N o NaOH 0.1N) a la solución a valorar sin que haya salpicaduras<br />
hacia fuera <strong>de</strong>l recipiente.<br />
5.1.1.4- Iniciar la adición <strong>de</strong>l reactivo titulante con un goteo continúo hasta obtener<br />
el cambio en la coloración <strong>de</strong>l indicador.<br />
(Si se valora un ácido, se <strong>de</strong>ben poner 3 gotas <strong>de</strong> fenolftaleina como indicador, <strong>de</strong><br />
incoloro <strong>de</strong>berá cambiar a rosa)<br />
80
(Si se valora una base, <strong>de</strong>berán ponerse 3 gotas <strong>de</strong> anaranjado <strong>de</strong> metilo como<br />
indicador, <strong>de</strong> color naranja <strong>de</strong>berá cambiar a color canela)<br />
6- INSTRUCCIONES PARTICULARES PARA EL MANEJO DEL<br />
POTENCIÓMETRO<br />
6.1. Manejar en forma cuidadosa los electrodos <strong>de</strong>l potenciómetro <strong>de</strong>bido a que son<br />
muy frágiles y pue<strong>de</strong>n romperse.<br />
6.2. Conectar el aparato (potenciómetro) a la corriente eléctrica, y conectar los<br />
electrodos o electrodo al potenciómetro.<br />
6.3 Colocar siempre el control <strong>de</strong>l potenciómetro en la posición “STD BY” para sacar<br />
o introducir, cambiar o enjuagar los electrodos. Estos <strong>de</strong>ben ser secados con un<br />
papel absorbente y suave para que no se rayen.<br />
6.4- Introducir los electrodos lenta y cuidadosamente en la solución cuyo pH se va a<br />
<strong>de</strong>terminar.<br />
6.5. Evitar que la barra magnética golpee los electrodos, al girar.<br />
6.6- Vigilar que los electrodos no toquen las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l recipiente con la solución<br />
al efectuar las mediciones.<br />
Nota: El potenciómetro <strong>de</strong>berá ser ajustado <strong>de</strong> acuerdo a las instrucciones<br />
siguientes:<br />
6.7- CALIBRACIÓN DEL POTENCIÓMETRO CON ELECTRODO DE PH Ó DE<br />
VIDRIO.<br />
6.7.1 Introducir el electrodo en una solución buffer <strong>de</strong> pH = 7.0<br />
6.7.2 Ajustar el valor <strong>de</strong> pH en el potenciómetro con la perilla marcada como<br />
standarize. (Fig. 2)<br />
6.7.3 Enjuagar el electrodo con agua <strong>de</strong>stilada, secarlo, e introducirlo en una<br />
solución buffer <strong>de</strong> pH = 4.0<br />
6.7.4 Ajustar el valor <strong>de</strong> pH en el potenciómetro con la perilla marcada como slope.<br />
(Fig.2). Enjuagar el electrodo y secarlo<br />
6.7.5 Repetir los pasos 3.7.1 a 3.7.4 tantas veces como sea necesario, hasta que al<br />
introducir el electrodo <strong>de</strong> pH en las soluciones buffer, el potenciómetro marque el<br />
valor <strong>de</strong> pH <strong>de</strong> la solución sin realizar ningún ajuste.<br />
81
function<br />
Fig. 1 Potenciómetro Fisher Scientific.<br />
7.1- TITULACIÓN POTENCIOMÉTRICA:<br />
7.1.1- Tomar una alícuota <strong>de</strong> 20 ml <strong>de</strong> la solución <strong>de</strong> ácido o <strong>de</strong> la base según sea<br />
el caso y colocarla en un vaso <strong>de</strong> precipitados <strong>de</strong> 250 ml, <strong>de</strong>berá ponerse<br />
tambien <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>l vaso, la barra magnética para po<strong>de</strong>r realizar un mezclado<br />
a<strong>de</strong>cuado. (Se pue<strong>de</strong> agregar un poco <strong>de</strong> agua <strong>de</strong>stilada para conseguir que<br />
el electrodo que<strong>de</strong> <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la solución)<br />
7.1.2- REGISTRAR EL VALOR DEL POTENCIAL ANTES DE AGREGAR<br />
REACTIVO TITULANTE,<br />
Realizar la valoración potenciométrica en la siguiente forma:<br />
Conexión para el electrodo<br />
slope<br />
temperature<br />
standardize<br />
7.1.3- En la bureta <strong>de</strong> 25 ml perfectamente limpia, colocar la solución <strong>de</strong> HCl 0.1N<br />
(para titular una base) o <strong>de</strong> NaOH 0.1N (para el caso <strong>de</strong> titular un ácido) y ajustar a<br />
la marca <strong>de</strong> “0” ml. evitando errores <strong>de</strong> paralaje.<br />
7.1.4- . Colocar la bureta <strong>de</strong> tal forma que permita adicionar fácilmente el reactivo<br />
titulante (HCl 0.1N o NaOH 0.1N) a la solución a valorar sin que haya salpicaduras<br />
hacia fuera <strong>de</strong>l recipiente.<br />
82
7.1.5- . Iniciar la adición <strong>de</strong>l reactivo titulante en volúmenes <strong>de</strong> 1 ml (para el caso <strong>de</strong><br />
estar titulando un ácido con la base) hasta alcanzar un pH = 4. y para el caso <strong>de</strong><br />
estar titulando una base con ácido hasta un pH= 10<br />
REGISTRAR LOS VALORES DEL POTENCIAL EN CADA ADICIÓN<br />
7.1.5- . Continuar la adición <strong>de</strong>l reactivo titulante en porciones <strong>de</strong> 0.2 ml hasta<br />
alcanzar un pH = 5 (titulación <strong>de</strong> un ácido) ó un pH= 9 si se está titulando una base.<br />
7.1.6- Continuar adición <strong>de</strong>l reactivo titulante gota a gota hasta alcanzar un pH =<br />
11. para el caso <strong>de</strong> estar titulando un ácido (Se observa un gran cambio en el valor<br />
<strong>de</strong> pH). ó un pH= 3 para el caso <strong>de</strong> titular una base.<br />
7.1.7- . Continuar agregando reactivo titulante en volúmenes <strong>de</strong> 1.0 ml hasta llegar<br />
al pH = 13 en caso <strong>de</strong> titular un ácido ó un pH= 1 para el caso <strong>de</strong> titular una base.<br />
7.1.8- . Después <strong>de</strong> cada adición anotar el valor <strong>de</strong> pH marcado por el<br />
potenciómetro y el volumen correspondiente <strong>de</strong>l reactivo titulante (NaOH 0.1N)<br />
gastado en cada adición.<br />
7.1.9- . Retirar la bureta y colocar la perilla marcada como "function" <strong>de</strong>l<br />
potenciómetro, en la posición “STDBY”.<br />
7.1.10- . Extraer los electrodos <strong>de</strong> la solución y enjuagarlos perfectamente con agua<br />
<strong>de</strong>stilada. Secarlos totalmente con papel higiénico.<br />
Bureta con<br />
reactivo titulante<br />
Solución a<br />
valorar<br />
Fig. 2. Sistema <strong>de</strong> valoración potenciométrico con electrodo <strong>de</strong> pH.<br />
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8.- RESULTADOS Y REPORTE.<br />
8.1- Graficar los datos obtenidos y obtener la curva <strong>de</strong> valoración (pH en el eje <strong>de</strong><br />
las or<strong>de</strong>nadas y volumen <strong>de</strong>l reactivo titulante en las abscisas.<br />
8.2- Que ventajas o <strong>de</strong>sventajas presenta el hacer una <strong>de</strong>terminación utilizando el<br />
método <strong>de</strong> valoración empleando indicadores químicos y el método <strong>de</strong><br />
valoración potenciométrico<br />
9.- BIBLIOGRAFIA.<br />
1.- Ayres, G. H. “Análisis Químico Cuantitativo” Ed. Harper and Row, Madrid (1990).<br />
2.- García-Avila J. "Apuntes <strong>de</strong> Química Analítica". UPIBI. IPN<br />
3.- . Harris D.C. Análisis Químico Cuantitativo. Grupo Editorial Iberoamérica (1991).<br />
4.- Orozco, D. “Análisis Químico Cuantitativo”, Porrúa, S. A. México (1987)<br />
5.- Skoog, D. A. y Leary J.J.. "Análisis Químico Cuantitativo". 4ta. edición Ed. Mc<br />
Graw Hill. (1994).<br />
6.- Skoog, D. A. y Leary J.J.. "Análisis Instrumental".4ta edición. Ed. Mc Graw Hill.<br />
(1994)<br />
7.- Vogel, A. I. “Química Analítica” Kapeluz 5ª. Edición<br />
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