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DEL ATLN TICO FACUL TAD DE CIENCI AS BASIC AS DEPAR TAMEN TO UNIVE RSIDA D DE QUMIC A QU MIC A GEN ERA L MAN UAL DE LAB ORA TORI O BARANQUIL LA 2000 1.1.1.1.1.1.1.1.1 INTRODUC CION El objetivo principal para el cual se emprendi la tarea de elaborar un Manual de Laboratorio, fue el de proporcionar al estudiante de Qumica General, un conocimiento bsico que le permita iniciarse en el estudio de la asignatura en forma experimental. El Manual est concebido para el Laboratorio de Qumica General que corresponde a los semestres bsicos del campo cientfico metodolgico de los planes de estudio de Ingenieras, Licenciatura en Ciencias Naturales, Biologa, Qumica y Farmacia, Fsica y Qumica. Estn diseadas para que el estudiante, pueda familiarizarse con los equipos y materiales de uso comn en los laboratorios y reactivos, adquiera la habilidad y destreza en el manejo de los mismos, practique las tcnicas de laboratorio, encarando su labor con un criterio analtico y no solo con la curiosidad de comprobar fenmenos. Para su manejo se sigue la siguiente metodologa.: Presenta una informacin general de las normas de seguridad en los laboratorios. Instrucciones para la presentacin del informe de Laboratorio. Instrucciones para el cuaderno de notas del Laboratorio. Cada prctica tiene un ttulo, sus objetivos, una informacin bsica de la teora a tratar en la misma, el procedimiento que debe seguir, datos, clculos, preguntas en algunas se dan recomendaciones. Al final del manual se han colocado una serie de dibujos del material de laboratorio que usaremos en las diferentes prcticas, as como tablas y anexos que complementan la informacin del mismo. 1.- NORMAS GENERALES DE SEGURIDAD PARA TRABAJAR EN EL LABORATORI O DE QUIMICA. El trabajo en el laboratorio es una actividad interesante no solo por lo que se puede aprender dentro de l, sino tambin por la oportunidad que tenemos de desarrollar en forma prctica nuestros conocimientos tericos, pero para ello es necesario conocer algunos riesgos que se pueden presentar en el mismo y que por lo tanto debemos tener precauciones. Para ello existen algunas normas generales en las cuales debemos poner atencin y ser responsables del trabajo que estamos realizando, estas son importantes y decisivas en el xito del trabajo del mismo. La siguiente lista de precauciones y cuidados le advierte sobre peligros que son frecuentes en el Laboratorio: Debe conservar el lugar de trabajo limpio y seco. Leer con antelacin a la prctica, la tcnica a seguir y planear la realizacin de la misma. Anotar datos y resultados en un cuaderno de notas de cada prctica de Laboratorio. Leer las etiquetas con cuidado para usar el reactivo en forma correcta. Los reactivos slidos se deben manejar con una esptula, los lquidos corrosivos o nocivos con pipetas adheridos a una bomba de succin. Lavar con antelacin los materiales de vidrio a utilizar y al finalizar dejarlos limpios. El estudiante debe saber en dnde se halla el equipo de seguridad y de primeros auxilios. En caso de tener contacto de una sustancia corrosiva con la piel u ojos, debe lavarse la parte con suficiente agua, e informar al profesor o instructor de laboratorio. No saboree sustancias qumicas; no huela directamente los vapores, para hacerlo ahueque la mano y llvese una pequea muestra de vapor a la nariz. Al calentar una sustancia coloque la salida de los vapores hacia una parte donde no cause dao a usted o sus compaeros. No deje abiertas las llaves del gas sin que el mechero correspondiente est encendido. No las debe forzar. No introduzca tubos o varillas de vidrio en tapones sin antes lubricarlos con agua o vaselina en el orificio de estos. No usar material de vidrio roto o sentido. Nunca utilice sustancias sin rtulo o desconocidas. Use siempre la bata de laboratorio en forma correcta. No utilice material de otro grupo de trabajo pdalo al profesor o ayudante del mismo. Si rompe algn material favor avisar al profesor o monitor, este debe ser repuesto en el laboratorio siguiente Est prohibido fumar o ingerir alimento dentro del laboratorio. No caliente probetas, pipetas, buretas, matraces aforados, ya que se rompen fcilmente. No cargue recipientes de reactivos para su mesa en especial los grandes; djelos en el sitio que le asign el profesor. No retorne los sobrantes de los reactivos a los frascos de origen ya que puede contaminarlos; para evitar tener residuos de reactivos, tomar pequeas cantidades de las sustancias con las cuales trabaja. Al utilizar las esptulas mirar que estn secas y limpias. Tape los reactivos cuando los haya utilizado, ya que la humedad y gases del medio lo contaminan, o puede algn estudiante derramarlo. Arrojar los residuos slidos a las canecas de la basura y mantenga limpio el sumidero de los vertederos de estos residuos. Coloque los recipientes de vidrio de tal manera que no se puedan romper, lo mismo para los recipientes en donde estn los reactivos. 1.1. ANTIDOTOS DE VENENOS. ACIDO ACETICO: Emticos, leche de magnesia, tiza, jabn, aceite. ARSENICO: Leche, huevo crudo, aceite dulce, agua de cal, harina y agua. MONOXIDO DE CARBONO: Colocar al paciente donde haya aire fresco, solicitar para aplicar Oxgeno con un motor para pulmones, aplicar respiracin artificial por lo menos una hora hasta que llegue el equipo para suministrar Oxgeno. Inhalacin de amonaco o nitrato de Amilo. CLOROFORMO : Bao con agua fra en cabeza y pecho, respiracin artificial. ETILENO: Lo mismo que para el monxido de carbono. ACIDO HIDROCIANIC O: Perxido de hidrgeno, respiracin artificial, respirar amonaco, sulfato ferroso seguido por carbonato potsico, emticos, abrigar bien. YODO: Emticos, lavado de estmago, comidas almidonadas en abundancia, tiosulfato de sodio. ACETATO DE PLOMO: Emticos, lavado de estmago, sodio, potasio o sulfato de magnesio, leche, albmina. NITRATO DE PLATA: Sal y agua. ACIDO CLORHIDRICO: Magnesia, carbonatos alcalinos, albmina, hielo. ACIDO NITRICO: Lo mismo que para el cido clorhdrico. ACIDO FOSFORICO: Lo mismo que el anterior. HIDROXIDO DE SODIO O POTASIO: Vinagre, jugo de limn, jugo de naranja, aceite, leche. ACIDO SULFURICO: Lo mismo que para el cido clorhdrico, adems jabn o aceite. QUEMADURAS CON REACTIVOS QUIMICOS: Lavar tan pronto sea posible con grandes cantidades de agua. QUEMADURAS CON ACIDOS: Lavar con agua, procurar agua de cal ms aceite de linaza crudo mezclado en proporciones iguales o con una mezcla de bicarbonato de soda y agua de jabn espumoso y aplicar libremente. QUEMADURAS CON ALCALIS: Lavar con grandes cantidades de agua, neutralizar con vinagre dbil, jugo de cidra o limn. Para quemaduras fuertes en la vista, lavar con solucin dbil de vinagre o aceite de oliva o con soluciones saturadas de cido brico. QUEMADURAS CON BROMO: Colocar solucin fuerte de tiosulfato de sodio hasta que todo el color del bromo desaparezca, luego lavar el tiosulfato de sodio con bastante agua. 1.2.CUADERNO DE NOTAS. El de Laboratorio Qumica general es una actividad de aprendizaje de tcnicas y a la vez forma al estudiante en el manejo de los materiales, reactivos y equipos que necesita para desarrollar las prcticas que se requieren para su aprendizaje. Por esto es necesario e importante que el estudiante haya ledo y estudiado la prctica con anterioridad y si tiene dudas pueda investigar en la Biblioteca o con otros compaeros lo que no entienda con solo leer la tcnica que se les entrega. Algunas investigaciones llevadas a cabo por cientficos han perdido su credibilidad por no tener en sus manos unas hojas o un cuaderno de notas donde se pueda corroborar lo que se hizo en el Laboratorio, para ello es necesario que los estudiantes lleven un cuaderno en donde puedan consignar todos los datos hallados en la experiencia y luego puedan compararlos con los compaeros. Este medio permite al estudiante organizar su pensamiento ya que en el estn consignados todos los datos de la experiencia, en el podrn mirar si la experiencia realizada les result como queran o no. Estos datos deben estar en orden de tal manera que otro estudiante pueda entender y utilizar estos para sus clculos. Aqu mencionaremos algunas reglas que deben seguir para las anotaciones del Laboratorio. Utilice cuadernos de pasta dura. No arranque hojas, numrelas y escriba siempre con tinta. No borre nada, si se equivoc, tache con una cruz, y luego proceda a realizar los nuevos clculos. De tal manera que se pueda leer lo anteriormente hecho. Haga anotaciones concisas y completas, en forma ordenada, clara y legible. No deje espacios en blanco. Antes de entrar al Laboratorio analice el trabajo a realizar. Llene la hoja de datos de cada experiencia y asegrese que las cantidades estn bien escritas. Haga los clculos que le ayudarn a verificar la consistencia de sus datos. Trabaje con orden y limpieza. Si la libreta se le mancha accidentalmente, es algo normal en un Laboratorio. 1.3.EL INFORME DE LABORATORI O. Cualquier investigador, est obligado a presentar un informe del tema investigado. Todo informe de laboratorio debe llevar las pautas de un escrito cientfico. Los pasos a seguir para presentar un informe de Laboratorio o un informe cientfico son los siguientes: El ttulo. La informacin bsica, es decir un resumen de la teora en que est fundamentada la investigacin a realizar. El mtodo a seguir para realizar la experiencia o la investigacin. Esto debe ser resumido. Datos y resultados. Este comprende dos partes: a.- Datos primarios. b.- Datos secundarios o resultados. Discutir o analizar los resultados. Dar recomendaciones y conclusiones de la experiencia . Bibliografa. CONTENIDO Pgina 1. Uso del Mechero y Trabajo en vidrio.......................................................... 1 2. Relaciones entre masa y volumen................................................................ 5 3. Transformaciones de la materia.................................................................. 11 4. Tipos de Reaccin......................................................................................... 15 5. Porcentaje de Oxgeno en el Clorato de Potasio........................................ 18 6. Proporciones definidas y Mltiples............................................................. 21 7. Determinacin de la Estequiometra de una Reaccin Qumica.............. 24 8. Determinacin de la frmula de una sal hidratada.................................... 28 9. Ley de Charles............................................................................................... 31 10. Peso molecular de un lquido vaporizable.................................................. 35 11. Volumen molar de un gas.............................................................................. 39 12. Soluciones...................................................................................................... 43 13. Determinacin de la curva de solubilidad,................................................... 46 14. Propiedades Coligativas................................................................................ 48 15. Calor de Reaccin.......................................................................................... 51 16. Equilibrio Qumico......................................................................................... 57 17. Neutralizacin................................................................................................. 60 18. Punto de equivalencia entre una base y un cido...................................... 65 19. Cunta presin se necesita para formar las palomitas de maz.............. 67 20. Identificacin de un desconocido................................................................. 69 21. Actividad de laboratorio para distinguir entre dos sales usando mtodologas sencillas............................................................................................... 71 22. Ley de Boyle................ .......................... .......................... .......................... ..... 72 1 EXPERIENCIA N 1 USO DEL MECHERO Y TRABAJO EN VIDRIO 1.OBJETIVOS. Conocer el mechero, la llama y las zonas de calentamiento. Demostrar habilidad con el manejo del vidrio en cuanto a corte y doblado de tubos de vidrio 2.INFORMACION BASICA. La fuente primaria de calentamiento en el Laboratorio son los mecheros (Fig. 1) utilizando el gas natural como medio de combustin. De los mecheros utilizados en el Laboratorio, el que ms se utiliza es el Bunsen, el cual consiste de un tubo para la entrada del gas (A), por un orificio pequeo a una cmara de mezclado con aire (B), la cual mediante un anillo (C), es posible abrir o cerrar, para regular el paso del aire de acuerdo a la 2 necesidad. La cmara (B) se prolonga en un tubo separable (D), de 10 12 cm de longitud, del cual sale una llama cnica. Cuando la llama est bien regulada (Fig. 2b), es posible distinguir dos zonas; la externa que es la zona de Oxidacin (O), de color Violeta plido y la interna que es la zona de Reduccin (R), de color azul plido, el punto (P) es la parte ms caliente de la llama. Los objetos que deseamos calentar se deben colocar en la parte de arriba de este punto. Para obtener una llama excelente deje penetrar el aire, ya que el gas es una mezcla de hidrocarburos que al quemarse se combinan con el oxgeno del 3 aire, formando agua, monxido y dixido de carbono, desprendiendo energa calorfica. El monxido de Carbono se forma cuando la combustin es parcial. CH4 (g) + O2 (g) ----------- C (s) + 2 H2O (g) 2 CH4 (g) + 3 O2 (g) ---------- 2 CO (g) + 4 H2O (g) CH4 (g) + 2 O2 (g) --------- CO2 (g) + 2 H2O (g) El vidrio es una sustancia dura, de brillo especial, frgil, insoluble y maleable a altas temperaturas, es un lquido superenfriable de gran viscosidad. La apariencia fsica del vidrio es la misma fro o caliente, por eso est atento a la manipulacin del mismo. 4 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Mecheros Bunsen. Cartulina. Tubo de vidrio. 50cm x2 mm Pinza para crisoles. Alfiler. Cerillas Lima triangular. Fuente de gas. 4.PROCEDIMIEN TO Mecheros. Desarme el mechero y observe con cuidado sus partes. (ig. 1b) Arme nuevamente el mechero y una el tubo de goma a la tubera de distribucin de gas. Cierre la cmara (B) con el anillo (C). Prenda un cerillo y abra la llave del gas y encindalo. Con el anillo (C) regule la entrada del aire y ajstelo hasta obtener una llama azulada. Si tenemos exceso de aire la llama ser de color amarillo pues no hay combustin completa, dejando depsitos de carbn. Cuando el mechero est bien ajustado se observa una llama azul en la boca del mechero. Introduzca rpidamente por espacio de 2 3 segundos una lmina de cartulina. En forma horizontal. Sobre la llama. En forma vertical sobre la llama. En forma vertical en el interior. En forma horizontal en el interior. Introduzca en la zona de reduccin de la llama un tubo de vidrio y encienda el gas que sale por la parte superior. Levntelo lentamente y cuando cese la combustin marque esta posicin en la fotografa de las lminas anteriores. Introduzca un cerillo fijado cerca de su cabeza con un alfiler con el mechero apagado y luego encienda el mechero sin encender el cerillo. Levante con la 5 pinza el alfiler al cono superior. Mirar qu sucede? Por qu? Qu conclusiones puede sacar? Con la entrada de aire completamente cerrada sostenga con una pinza para crisoles un tubo de vidrio en la parte superior de la llama, hasta que adems de humedad, se observe un deposito en el vidrio. Qu se condensa en el vidrio? Explicar la luminosidad de la llama. Manejo de Vidrio. El calor torna maleable al vidrio y el secreto para trabajarlo est en el calentamiento del mismo en forma eficiente. Colocar el vidrio sobre la mesa de trabajo. Hacer una incisin fina con la lima triangular, alrededor del tubo. (Fig. 3) Coger el tubo con ambas manos presionar con los pulgares colocados debajo de la incisin. (Fig. 3b) Si con el jalado y una presin moderada no se parte el tubo, vuelva a repetir los pasos anteriores, mojando el tubo. Pulir los extremos de los tubos, si calienta demasiado este tiende a cerrarse, para evitar esto se introduce una punta de grafito para ensanchar la boca del tubo. Para doblar el vidrio se calienta uniformemente el tubo hacindolo girar simultneamente (Fig. 4) hasta que empiece a ablandarse. Se observa una llama de color amarillo debido al sodio que contiene el vidrio. Cuando el tubo se ablande (no dejar que se doble) retrese de la llama y hgase el codo deseado. El codo debe quedar uniformemente curvado sin ninguna zona aplanada o retorcida. (Fig. 4b) No toque el vidrio caliente con los dedos. No coloque el vidrio directamente sobre la mesa. 6 7 5.PREGUNTAS. De los nombres de dos mecheros diferentes al utilizado en el Laboratorio e indique las diferencias. Dibuje el mechero utilizado y d el nombre de sus partes. Cul es la composicin del gas natural usado? Escriba sus reacciones. Dibuje la llama y sus partes, indique las temperaturas de las diferentes zonas de la llama, de acuerdo con el mechero. Cul es la composicin del vidrio?. Doblar un tubo en ngulos de 90 grados, cada brazo debe tener 5 cm, otro en ngulo de 45 grados, y otro en ngulo de 135. Cerrar por un extremo uno de los tubos de 15 cm de longitud. El contacto con la llama del mechero el vidrio emite una llama de color amarillo debido al sodio que contiene. D una explicacin de este hecho. Qu se entiende por materiales de tipo refractario y no refractario? Cules se pueden calentar directamente sobre la llama del mechero? . 8 EXPERIENCIA N 2 RELACIONES ENTRE MASA Y VOLUMEN. 1.OBJETIVOS. Manejo de la Balanza y su uso en la determinacin de la masa de las diferentes muestras a trabajar. Utilizar el material de vidrio para la medida de volmenes. Utilizar estos datos para hallar la densidad de estas sustancias e identificarlas pro medio de ella. 2.INFORMACION BASICA. Qu observa usted al colocar un corcho en un vaso de precipitado con agua? Cul es la razn por la que el corcho flota en la superficie del agua? Qu se observa al colocar un tornillo de hierro en el vaso de precipitado con agua? Porqu algunos objetos flotan en el agua y otros no? La densidad de una sustancia est relacionada con el volumen y la masa de la sustancia entre ms alta o 9 menos alta es la densidad de un objeto este puede o no flotar en al agua. La masa de una sustancia puede ser medida, mas sin embargo la identidad de la misma no se puede determinar con ella, tampoco podemos identificar la sustancia midiendo su volumen, en ambos casos cuando vara el tamao de la muestra variar el volumen o la masa de la sustancia. Sin embargo la densidad de la sustancia permanecer constante ya que es independiente del tamao y el modelo de la sustancia. La densidad es una propiedad caracterstica de la materia; es una propiedad intensiva que depende de dos 10 propiedades extensivas. La expresin matemtica para la densidad se muestra en la ecuacin siguiente: Densidad = masa/ volumen D = M/ V La densidad de un lquido, una solucin o un slido puede tener las unidades de gramos por centmetros cbicos. g /cm3 o g / ml Para hallar la densidad de una sustancia en el Laboratorio es necesario hallar los siguientes datos: Medir la masa de la muestra. Medir su volumen. La masa de una sustancia se mide en una balanza (Fig. 1). Si es un lquido, el volumen se mide en una probeta. Para las sustancias slidas, el volumen se halla midiendo 11 el volumen del lquido desplazado por la muestra, si el slido es regular podemos hallar su volumen matemticamen te. Estos datos se usan para hallar la densidad de la muestra problema. En esta experiencia usted determinar la densidad de una sustancia, midiendo su masa y su volumen varias veces para hallar un promedio de los mismos. Consultando una tabla de referencia usted usar la densidad calculada para determinar que sustancia es. El profesor o instructor indicar e ilustrar el procedimiento a seguir en el manejo y utilizacin de la balanza. 12 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Vaso de precipitado. Probetas Balanzas Muestras de material. Papel milimetrado. Regla. 4.PROCEDIMIEN TO. Medida de la masa. Registre la identificacin del nmero de la muestra de la sustancia asignada sobre la hoja de datos. Registrar las medidas de masa en la Tabla I de la hoja de datos. Medir la masa de la muestra con una aproximacin de 0.01 g y anotarla en la hoja. Quite la muestra de la balanza. Coloque la balanza en cero. Repita el procedimiento 2 y 3 veces. Medida de volumen. Anote todas las medidas del volumen en la Tabla II de la hoja de datos. Coloque suficiente agua en la probeta de 100 ml para cubrir la muestra. Mida y anote el volumen de agua con una aproximacin de 0.5 ml Introduzca cuidadosamente la muestra en la probeta. Mida y anote el volumen de la muestra ms agua. Repita el procedimiento varias veces. 5.- CALCULOS. Promedie los datos de masa para cada muestra de la sustancia dada. Escriba el promedio de la masa en la Tabla I. Promedie los datos de volumen para cada muestra de sustancia dada, escriba el promedio en la Tabla II. 13 Grafique en una hoja de papel milimetrado el promedio de la masa en gramos sobre la ordenada y el promedio del volumen sobre la abscisa. Calcular la pendiente de la curva, esta es una proporcionalidad constante o la densidad de la sustancia. Sobre la base de la densidad buscada sugerir la identidad de la muestra dada. 6.- PREGUNTAS. Dos muestras metlicas una de las cuales fue conocido para ser plomo denibelizado. La primera muestra tiene una masa de 7.60 g y desplaz 0.90 ml de agua. La segunda muestra tiene una masa de 8.40 g y desplaza un volumen de 0.74 ml de agua. Cul de las muestras tiene plomo? Una muestra de forma esfrica de masilla insoluble en agua pes 10.51 g y cuando se coloc en agua desplaz 8.50 ml. Cul es la densidad de la masilla? La masilla fue elongada por balanceo a una forma diferente a la esfera original. Cuntos ml de agua sern desplazados colocando la masilla alargada en el agua? Cul sera la masa de un cubo de plomo de 1.0 cm de arista? La densidad del oro es 19.3 g/ml Cul sera la masa de un cubo de oro de 1.0 cm de arista? Qu volumen de agua desplazara?. por qu no se deben pesar sustancias directamente sobre el platillo de la balanza? Cuando se pesan objetos calientes sobre el platillo de la balanza se obtiene una masa algo inferior a la que posee el objeto fro. Lo anterior ocurre debido a las corrientes de conveccin. Qu se entiende por corrientes de conveccin? En qu consiste el error de paralaje?. Los lquidos contenidos en recipientes de estrecha capilaridad muestran en su parte inferior un menisco Cul es la razn por la que el menisco del mercurio sea contrario al resto de otros lquidos? Explique. Elabore una lista de material de vidrio: a) volumtrico : graduado y aforado. b) no volumtrico: refractario y no refractario. Elabore una lista de material de porcelana: refractaria y no refractaria. Elabore una lista de materiales metlicos. 14 15 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ ____________ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ 16 _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ DATOS MASAS: DE D 17 MEDIDA DE VOLUMENES: D EXPERIENCIA N 3 TRANSFORMA CIONES DE LA MATERIA 1.-OBJETIVOS. Ilustrar por medio de la observacin de algunos fenmenos, las caractersticas de los cambios fsicos y de los cambios qumicos, que ocurren en la materia. Identificar el tipo de proceso que ocurre en cada una de las actividades determinando igualmente los cambios en las propiedades de cada uno de los ensayos. 2.INFORMACION BASICA. Nuestra comprensin de la naturaleza y la composicin de la materia, estn ntimamente ligadas con la comprensin actual de la 18 gran variedad de cambios que experimentamo s o que vemos a nuestro alrededor, por ejemplo: La sal de cocina disuelta en agua, la ignicin de la madera, el doblaje del cobre, la trituracin del hielo, el hierro enmohecido, la dinamita en explosin, la quema de petrleo, etc. La ocurrencia de esta variedad de cambios o alteraciones en la naturaleza se denomina fenmenos. Los fenmenos suceden cuando en una sustancia se produce alguna alteracin en sus propiedades. Por ejemplo: la mezcla no uniforme de azufre en polvo (sustancia que no es atrada por un imn), con limaduras de hierro 19 (sustancia que es atrada por un imn), es un fenmeno, debido a que los estados de agregacin originales propios de las dos sustancias se han alterado. Existen fenmenos fsicos qumicos. y Son fenmenos fsicos o cambios fsicos los que se llevan a cabo sin la formacin de nuevas sustancias es decir, sin alterar la composicin qumica, por ejemplo: la mezcla de azufre en polvo con limaduras de hierro; el paso del agua de la fase lquida a la fase gaseosa (cambio de fase). No se producen nuevas sustancias, pues cada una de ellas conserva su naturaleza. 20 Son fenmenos qumicos o cambios qumicos los que se llevan a cabo con la formacin de nuevas sustancias es decir, alterando la composicin qumica. Tambin se les llama procesos qumicos o reacciones qumicas, por ejemplo: el producto resultante de un fuerte calentamiento de la mezcla de limaduras de hierro y azufre en polvo; la dinamita en explosin. Se han producido nuevas sustancias, pues los productos obtenidos poseen propiedades diferentes a las sustancias originales o de partida. Los fenmenos qumicos (cambios qumicos, 21 procesos qumicos, transformacione s qumicas o reacciones qumicas), generalmente van acompaados por cambios visibles, como: Formacin de coloracin Cambio de coloracin Desprendimiento de un gas. Formacin de precipitado Absorcin de calor o luz (energa) Desprendimiento de calor o luz (energa) 3.MATERIALES Y REACTIVOS. 1 Mechero Cinta de Magnesio 1 Esptula Cinc en granallas 1 Cuchara de combustin Cobre en cristales 4 Tubos de ensayo Agua 1 Pinza para tubo de ensayo cido Clorhdrico (diluido) 1 Pinza metlica Estao en cristales 1 Tubo capilar de vidrio 22 Cloruro de sodio 1 Pipeta de 10 ml cido oxlico 1 Tringulo de alambre de soporte Sulfato de cobre hidratado 1 Tapa de crisol o una cpsula Solucin 1,0M de carbonato de sodio pequea de porcelana. Solucin 1.0 M de cloruro de calcio Varilla de agitacin 1 Trpode o aro de hierro 1 Gradilla 1 Vaso de 50 ml Cerillas 4.- PROCEDIMIENTO 1. a.- Tome 8 cm de cinta de magnesio y sujtela con la pinza metlica por un extremo; caliente directamente con el mechero. Observe y registre lo ocurrido. b.- Realice el mismo procedimiento anterior, pero con un capilar de vidrio. Observe y registre lo ocurrido c.- Tome unos cristales de cobre o estao con una esptula y colquelos en una cuchara de combustin, limpia y seca. Caliente unos minutos; enfre y agregue una gotas de agua; caliente de nuevo. Qu ocurre?. Registre lo observado. d.- Repita el procedimiento anterior, pero utilizando cloruro de sodio o sal comn. 2. a.- En un tubo de ensayo coloque el contenido de una esptula de sulfato de cobre hidratado y agregue agua hasta la mitad del tubo. El contenido del tubo de ensayo se agita con la varilla de agitacin hasta disolucin completa de la sal agregue una granalla de zinc. Observe lo que ocurre a la solucin y a la granalla en el transcurso de la experiencia. 23 b.- Tome una granalla de cinc con una esptula limpia y seca; introdzcala en un tubo de ensayo; luego, con la pipeta, agregar 2 ml de cido clorhdrico diluido. Registre las observaciones. 3. a.- Tome cido oxlico en una esptula y depostelo en un tubo de ensayo. Sujtelo con una pinza para tubo de ensayo por su parte superior y, agitando suavemente, caliente la parte inferior del tubo sobre la llama del mechero. Cuando el cido oxlico empiece a fundirse disminuya el calor, hasta que todo el slido se haya fundido. Observe las caractersticas del lquido. b.- Deje el lquido en el tubo de ensayo y permita que se enfre en el ambiente. Observe el proceso de solidificacin a medida que el lquido se va enfriando. Observe las caractersticas del slido cuando la solidificacin haya concluido. c.- En la tapa invertida de un crisol, o en una cpsula de porcelana, colocada encima de un tringulo de alambre sobre un trpode o anillo de hierro, coloque el contenido de dos esptulas de cido oxlico. La tapa o cpsula se calienta con el mechero hasta que el slido se haya fundido y se haya calentado an ms. Entonces, se pone en contacto la llama del mechero, o de una cerilla, directamente con la muestra fundida, para que sta se encienda. Cuando esto suceda observe el proceso de combustin y sus caractersticas. Efectese en campana de extraccin. 4. a.- Agregue en un tubo de ensayo solucin de carbonato de sodio 1.0M, aproximadamente la cuarta parte. A otro tubo de ensayo de tamao idntico al anterior agregue hasta la cuarta parte solucin de cloruro de calcio 1,0M. Observe la apariencia de las soluciones. Vierta las soluciones en un vaso de 50 ml y agite un poco con la varilla de vidrio. Observe los resultados. Guarde esta mezcla para la parte siguiente. b.- Agregue hasta la mitad en un tubo de ensayo idntico a los anteriores, cido clorhdrico diluido o cido muritico. Vierta la solucin de este tubo sobre la mezcla contenida en el vaso de 50 ml de la seccin a, agite un poco con la varilla de vidrio. Observe los resultados. 5. CUESTIONARIO. 1) Teniendo en cuenta cada una de las actividades realizadas y con base en las observaciones hechas, clasifique cada caso como un cambio fsico o un cambio qumico. En cada caso explique sus razonamientos. 2) Qu propiedades cambian en cada caso? Establezca diferencias fsicas, qumicas o generales. 3) Diga si cada una de las transformaciones ocurridas en los procesos siguientes, implica un cambio fsico o un cambio qumico. Un huevo se hierve hasta quedar duro, luego se descascara. Un huevo cocido se rebana, se come y se digiere. Se inyecta gasolina en un carburador, se mezcla con aire, se convierte la 24 mezcla en vapor, se quema, y los productos de la combustin se expanden en el cilindro. La fermentacin de la leche para producir yogur, kumis. La pulverizacin de la leche y posterior mezcla con azcar de caa. La aplicacin de agua oxigenada en una herida de la piel. La respiracin efectuada por los seres humanos. Una mezcla hidro alcohlica con expansin volumtrica. La accin de la orina sobre un clavo de hierro expuesto al aire. La introduccin de un anillo de oro en agua regia. Una solucin de cido sulfrico en agua con concentracin volumtrica. Un incendio forestal en los bosques colombianos. La dilatacin de una varilla de cobre y posterior deformacin. La accin de la luz solar sobre las plantas. Fermentacin del jugo de uva para producir vino; destilacin del vino para obtener brandy. Fermentacin del jugo de caa diluido para obtener la mezcla de la cual se obtiene el aguardiente. Pasar de bailar salsa a bailar bolero. 4.- Complete la siguiente tabla de acuerdo al tipo de cambio ocurrido en los ensayos realizados. CAMBIO NUCLEAR 25 EXPERIENCIA N 4 TIPOS DE REACCION QUIMICA 1.OBJETIVOS. Predecir como reaccionarn las sustancias en contacto en cada ensayo. Establecer a qu tipo de reaccin corresponde cada ensayo. Identificar cul de los tipos de reacciones empleadas se llevan a cabo por transferencia de electrones. Sealar la evidencias o manifestaciones que demuestran que en efecto ocurri un cambio qumico. 2.INFORMACION BASICA. La REACCION QUIMICA se concibe como proceso en el cual dos o ms sustancias o compuestos 26 interaccionan para dar origen a otras con propiedades diferentes y caractersticas. El fenmeno puede darse por ruptura y formacin de nuevos enlaces. Existen algunas manifestaciones que evidencien la realizacin del fenmeno, tales como el enfriamiento, la liberacin de calor, la produccin de gases, cambios de color, formacin de precipitados, cambios en las propiedades organolpticas y otras ms. Muchos autores concuerdan en clasificar las reacciones qumicas en cuatro tipos sencillos a saber: Reaccin de combinacin, sntesis o adicin. Reacciones de descomposicin Reacciones de doble descomposicin, intercambio o metstasis. Reacciones de desplazamiento o sustitucin sencilla. Algunos autores incluyen las reacciones de 27 Neutralizacin como un quinto tipo. La verdad es que cualquiera que sea la forma como transcurra la reaccin, todos los tipos antes citados pueden agruparse en dos grandes categoras: Reacciones con transferencia de electrones Reacciones sin transferencia de electrones. Sugirase al estudiante consultar cada clase de reaccin antes del desarrollo de la prctica. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Tubos de ensayo Cerillas Tubos de ensayo con tubuladura lateral Oxido de calcio Vasos de precipitado Fenolftaleina Esptula Tiras o granallas de zinc Pipetas de 5 ml Limaduras de hierro Balanza Carbonato de calcio Cuchara metlica cido clorhdrico Concentrado Mechero cido sulfrico Solucin 10% p/V cido ntrico 10%P/V Sulfato cprico pentahidratado 10% P/V Pitillos Agua destilada Manguera Sodio metlico Tapn de caucho perforado Cloruro de sodio Solucin 1% P/V Pinzas para tubos Nitrato de plata Solucin 0.05N Tubos de vidrio en U. Permanganato de potasio Sulfito de sodio Azufre pulverizado cido clorhdrico solucin 10% P/V cido sulfrico concentrado. 28 Soportes universales. Gradilla Dicromato de potasio Oxido mercrico 4.PROCEDIMIEN TO Tome con la esptula aproximadamente 2 g de xido de calcio, virtalos en un tubo de ensayo que contiene 10 ml de agua destilada. Agite y observe cuidadosamente. Adicione 2 gotas de solucin etanlica de fenolftaleina al 0,1% p/v. Qu ocurri? Qu puedes inferir? Tome una cuchara metlica y deposite en ella unos 3 g de limadura de hierro y 2 g de azufre pulverizado. Mezcle y caliente durante cinco minutos aproximadamente. Observe y anote impresiones. Realice el experimento sustituyendo las limaduras de hierro por granallas o tiritas de zinc. Anote los cambios apreciados. Pese 2 gramos de carbonato de calcio. Virtalos en un tubo de ensayo pyrex. Colquele un tapn de caucho perforado con un tubito de vidrio en U con un extremo ms largo. Sujete el conjunto con la pinza, introduzca la rama larga del tubito en U en una solucin de xido de calcio en agua destilada (Fig. 1). Caliente por 5 minutos el tubo de ensayo que contiene el carbonato de calcio. Qu cambios evidenci?. Finalizado el calentamiento, enfre el tubo y adicione 5 ml de agua destilada. Agite y luego agregue 2 gotas de fenolftaleina. Qu nexo encuentra entre esta ltima parte y el procedimiento 1? Tome dos granallas de zinc, virtalas en un tubo de ensayo. Agregue gota a gota 2 ml de cido clorhdrico al 10%p/v. Acerque a la boca del tubo una cerilla encendida. Qu ocurre?. A qu se debe el comportamiento de la llama?. Realice el mismo ensayo sustituyendo el cido clorhdrico por sulfrico y posteriormente por ntrico al 10%p/v. Qu diferencias encuentra? Vierta en un tubo de ensayo 5 ml de sulfato cprico pentahidratado al 1%p/v. Agregue una laminita o 2 granallas de zinc. Mantenga en contacto las sustancias y realice observaciones con intervalos de 10 minutos durante una hora. Anote todas las observaciones del caso. Al final, saque con cuidado la laminita o las granallas y detalle la superficie de ella. Limpie con un papel el depsito que queda en la tira de zinc. Qu apariencia presenta?, Qu pudo ocurrir? Coloque 5 ml de agua destilada en un tubo de ensayo. Parta una pequesima cantidad de sodio metlico con la esptula. Deposite en el tubo de ensayo con mucho cuidado, toda vez que la reaccin del sodio con el agua es bastante enrgica. Acerque una cerilla encendida a la boca del tubo de ensayo. Agregue una 2 gotas de fenolftaleina. Anote todas sus observaciones. Agregue 5 ml de cloruro de sodio al 1% p/v en un tubo de ensayo. Vierta a continuacin 2 ml de nitrato de plata 0,05N Qu fenmeno observa?. Detllelo. Tome 1 g de carbonato de calcio y pase a un tubo de ensayo. Agregue 2 ml de agua destilada y agite. Anote sus observaciones. Luego agregue 5 ml de cido 29 clorhdrico concentrado. Anote las observaciones. Realice el mismo ensayo pero en un tubo de ensayo con tubuladura lateral a la que acoplars una manguerita antes de la adicin del cido. Una vez vertido el cido, colquele un tapn de caucho al tubo de ensayo e introduce el extremo de la manguerita en una solucin compuesta por 1 g de xido de calcio en 10ml de agua destilada. Qu ocurre?. Emite juicios acerca de los cambios operados. (Fig.2) En 10 ml de agua destilada disuelve unos cristales de permanganato de potasio. Acidula con 2 o 3 gotas de cido sulfrico concentrado. Adiciona unos cristales de sulfito de sodio. Qu cambios se dan?. Realice el ensayo sustituyendo el permanganato por dicromato de potasio. Disuelva un gramo de xido de calcio en 10 ml de agua destilada. Introduzca un pitillo hasta el fondo y sople suavemente por unos 5 minutos. Con cul de los procedimientos anteriores encuentra semejanza? Y Por qu? 5.PREGUNTAS. - - Clasifique cada uno de los fenmenos de acuerdo con los tipos de reacciones consultados. En cul de estos procedimientos ocurren reacciones por transferencia de electrones?. Identifique la(s) sustancia (s) que actan como agentes reductores y como agentes oxidantes. Existe(n) reacciones que expliquen la serie de actividades de los metales? . Cules?. Qu metal es ms activo? Escriba las reacciones y balancelas. Anote en cada caso las evidencias que sustenten que el fenmeno sucedi. EXPERIENCIA N 5 PORCENTAJE DE OXIGENO EN EL CLORATO DE POTASIO. 1.OBJETIVOS. Se ilustrar busca una 30 reaccin de descomposicin trmica de un compuesto y, con base en el estudio experimental de los pesos de reactivos y productos, determinar la composicin porcentual de un elemento (el oxgeno) en el compuesto (KClO3) 2.INFORMACION BASICA. En este experimento encontraremos el porcentaje del elemento O2 en el compuesto KClO3 por su descomposicin trmica. Hay muchas sustancias que deben ser calentadas para su descomposicin liberando generalmente una sustancia gaseosa y produciendo simultneament e un residuo slido de otra 31 sustancia. Por ejemplo, al calentar muchas sales hidratadas se libera agua como gas, quedando residuo de sal slida anhidra. La diferencia entre el peso de la sal antes y despus de calentarla, corresponde al agua de hidratacin. Los carbonatos de varios metales se descomponen al calentarlos, liberando gas carbnico y quedando el xido del metal, como residuo slido. La diferencia en el peso, antes y despus del calentamiento corresponde al gas carbnico liberado. En esta prctica el KClO3 se descompone en presencia del catalizador MnO2, en Oxgeno gaseoso y en KCl slido, por accin del calor. 32 Si no se utilizara un catalizador, para facilitar la reaccin de descomposicin , habra que calentar a temperaturas mucho ms altas para que la reaccin se llevara a cabo. Se ha comprobado experimentalme nte que al bixido de manganeso no le ocurre nada en absoluto durante el calentamiento y que se le recupera, igual en cantidad y calidad, despus de la reaccin. La prdida de peso luego del calentamiento corresponde al oxgeno liberado. Al saber cunto oxgeno hay en un determinado peso de KClO3 s puede calcular el % en peso del elemento en el compuesto KclO3. 3.- 33 1 tubo de ensayo de 2.5 cm de dimetro 1 esptula 1 balanza digital o de platillo 1 pinza y su nuez 1 soporte 1 mechero 1 astilla pequea de madera. Cerillas. Gradilla MATERIALES Y REACTIVOS. KClO3 puro y seco. MnO2 4. PROCEDIMIEN TO. Pesar un tubo de ensayo con una precisin de mas o menos 0.01 g. Agregue al tubo unos 2 g de KClO3 y vuelva a pesar el tubo. Registre estos pesos en la hoja de datos. Agregue al tubo de 0.6 a 0.7 g de MnO 2 y vuelva a pesar el conjunto. Anote el resultado. Mezcle bien el contenido del tubo y con la pinza sujete el tubo en posicin inclinada. Caliente la parte inferior del tubo con llama pequea. El clorato se funde y parece ebullir al escaparse las burbujas de oxgeno. Este se puede detectar acercando a la boca del tubo una astilla en combustin parcial. Cuando haya disminuido el desprendimiento de oxgeno, caliente el tubo con una llama ms elevada. El calor se debe aumentar lentamente ya que se podra perder algo de clorato como humo. Apague el mechero y deje enfriar el conjunto. Pese el conjunto ya fro y anote el peso en la hoja de datos. Agregue agua al residuo para su disolucin. 5.- DATOS. Peso del tubo de ensayo limpio y seco. __________ Peso del tubo de ensayo ms KClO3 __________ Peso del tubo de ensayo ms 34 KClO3 ms MnO2 __________ Peso del tubo de ensayo ms residuo __________ 6.PREGUNTAS. De acuerdo a sus datos determine, explicando sus clculos, el porcentaje en peso del oxgeno en el compuesto. Escriba una ecuacin qumica que describa la naturaleza de la reaccin de descomposicin del KClO3. Calcule el porcentaje terico de O 2 en el compuesto y comprelo con el porcentaje experimental. Explique la diferencia. Se tiene el carbonato de un metal puro y seco. Al tomar una muestra de 2.15 g del carbonato y someterlo a un calentamiento fuerte, se obtuvo un residuo cuyo peso fue de 1.03 g. El carbonato del metal puede ser uno de los siguientes. CaCO3 MgCO3 Na2CO3 K2CO3 FeCO3 Cmo se puede identificar el carbonato del metal con base en los dato dado? Explique sus resultados. Se requiere analizar una muestra de KClO 3 para determinar su pureza. Se sabe que el KClO3 de la muestra est contaminada con cloruro de potasio y otras sales no voltiles. Se tom 2.45 g de la muestra y despus de un fuerte calentamiento el peso se redujo a 1,63 g. Calcule el porcentaje en peso de clorato de potasio puro en la muestra. 35 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ _____________ ______ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ 36 _____________ _____________ _____________ _____ PESO TUBO DE ENSAYO LIMPIO Y SECO: _____________ ______ g. PESO TUBO CON KClO3: _____________ ______ g. PESO KClO3 : DE _____________ ______ g. PESO DEL TUBO + KClO3 + MnO2: _____________ ______ g. PESO DE MnO2 : 37 _____________ ______ g. PESO DEL TUBO DESPUS DECALENTAD O: _____________ ______ g. PESO DE OXGENO: _____________ ______ g. PESO DE KCl: _____________ ______ g. 38 PROPORCIONES DEFINIDAS EXPERIENCIA N 6 Y MULTIPLES. 1.OBJETIVOS. Comprobar en forma experimental los enunciados de la Ley de las proporciones Mltiples y definidas. 2.INFORMACION BASICA. La Ley de las proporciones definidas dice que muestras diferentes de una misma sustancia contienen los mismos elementos en las mismas proporciones. Esta Ley no es universal, ya que en algunos compuestos esta no se cumple. Enunciada por J.L. Proust, definida por Jhon Dalton debido a la relacin que tiene con la teora atmica. La Ley de las proporciones mltiples fue enunciada por Dalton, y se refiere a la relacin que 39 existe entre los elementos que se combinan en ms de una proporcin para formar compuestos diferentes, el cual se obtiene variando las condiciones de la reaccin. Esta dice: Cuando dos elementos reaccionan en ms de una proporcin para formar compuestos diferentes, los pesos de uno de los elementos que se combinan con una cantidad fija de otro, estn en relacin de nmeros enteros pequeos. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Tubos de ensayo. Clorato de potasio Pinzas para tubos de ensayo Perclorato de potasio. Balanza 40 Cerillas. Gradilla madera. Esptula. de 4.PROCEDIMIEN TO. Para el Clorato de potasio. Pesar un tubo de ensayo limpio y seco. Adicionar entre 1 2 g de Clorato de Potasio, cuidando no se adhiera a las paredes del tubo. Caliente el tubo suave y uniformemente rotndolo en la llama, hasta cuando la sal se haya fundido (fig.1), luego caliente fuertemente hasta que todo el oxgeno se haya desprendido totalmente. Para saber esto es necesario colocar una astilla de madera encendida en la boca del tubo, si esta se aviva, nos indica que no ha terminado el proceso, lo contrario indica el final del mismo. Deje enfriar el tubo sobre la gradilla y pselo. Para el Perclorato de Potasio. Repetir los pasos para el Clorato de potasio Anote sus datos en la hoja de datos. 5.-CALCULOS. Calcular la cantidad de oxgeno desprendido en la descomposicin del Clorato y Perclorato de Potasio. Calcular la cantidad de cloruro de potasio producido en la descomposicin del Clorato y Perclorato de Potasio. Calcular el porcentaje de oxgeno en ambos, de acuerdo a los datos experimentales, reprtelo a la hoja de datos. Calcular el nmero de moles de Cloruro de Potasio en la descomposicin del clorato y perclorato de potasio. Compruebe con estos datos la Ley de las proporciones definidas y mltiples usando datos de otros grupos. 6.PREGUNTAS. Qu otras sustancias puede usted utilizar para la comprobacin de estas leyes? Explique. 41 Qu errores se cometieron al realizar esta experiencia? Explique su respuesta. De ejemplos de compuestos donde no se cumpla la ley de las proporciones definidas. Proporciones definidas Proporciones mltiples Fig. 1.Calentamiento del tubo de ensayo en ngulo de 45. 42 1.1.1.1.1.1.1.1.1 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ _____________ ______ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ 43 _____________ _____________ _____________ _____ KClO3 PESO DEL TUBO LIMPIO Y SECO _____________ ________ g. PESO DEL TUBO + KClO3 _____________ ________ g. PESO DEL KClO3 _____________ ________ g. PESO DEL TUBO DESPUS DE CALENTADO _____________ 44 ________ g. PESO DEL O2 _____________ ________ g. PESO DEL KCl _____________ ________ g. KClO4: PESO DEL TUBO LIMPIO Y SECO _____________ ________ g. PESO DEL TUBO + KClO4 _____________ ________ g. PESO DEL KClO4 _____________ ________ g. PESO DEL 45 TUBO DESPUS DE CALENTADO _____________ ________ g. PESO DEL O2 _____________ ________ g. PESO DEL KCl _____________ ________ g. 46 EXPERIENCIA N 7 DETERMINACION DE LA ESTEQUIOMETRIA DE UNA REACCION QUIMICA 1.OBJETIVOS. Ilustrar algunos principios del anlisis gravimtrico y la utilidad prctica. Presentar a los estudiantes una tcnica general a seguir en el anlisis gravimtrico para recoger cuantitativamente un precipitado y pesarlo. 2.INFORMACION BASICA. Cuando una reaccin qumica que est en disolucin produce un precipitado que es insoluble en agua, de su peso y las cantidades utilizadas de las disoluciones reactantes se puede, por razonamiento estequiomtrico , sacar inferencias sobre la estequiometra de la reaccin o sobre la concentracin de una especie en una de las disoluciones. Se prepararn soluciones acuosas de 47 sales solubles como son el Pb(NO3)2 y el NaI (KI), de concentraciones 0.5M. Se mezclarn ciertos volmenes de estas soluciones y se observar lo que pasa en la reaccin, es decir la formacin de un precipitado de sal insoluble de yoduro de plomo Luego a partir de los volmenes relativos de las soluciones, de su molaridad y los pesos de los precipitados formados en cada caso, se puede con razonamiento estequimtrico, deducir cul es la estequiometra de la reaccin y la frmula del yoduro de plomo producido. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. 2 Vasos de 50 ml 48 Nitrato de plomo 1 matraz aforado de 50 ml Yoduro de sodio 2 Erlenmeyer de 100 ml Agua destilada 5 tubos de ensayo 13x100 mm Tapones de caucho 2 pipetas graduadas de 5 ml Cerillas. 1 embudo Trpode. Papel filtro 1 malla de asbesto. 1 balanza 1 mechero o estufa. 1 vidrio reloj 1 pinza o soporte para embudo. Estufa 4.PROCEDIMIEN TO. Preparar una solucin 0.50 M de Yoduro de sodio y de Nitrato de plomo. En los matraces aforados. Marcar los cinco tubos de ensayo del 1 al 5. Con las pipetas graduadas de 5 ml, transfiera a cada tubo los volmenes indicados en la tabla. Tubo ml 0.5 M NaI ml 0.5M Pb(NO3)2 1 4.0 49 0.5 2 4.0 1.0 3 4.0 2.0 4 4.0 3.0 5 4.0 4.0 Tomar papel de filtro previamente pesado y colocarlo en el embudo, proceder a filtrar la solucin para recoger el precipitado en el mismo. Agite el tubo de ensayo y virtalo rpidamente en el embudo con el papel de filtro, coloque debajo de este el tubo correspondiente y recoja en el varios mililitros del filtrado, tape y agite nuevamente hasta que el tubo quede limpio. Al final agregue agua al embudo tratando de mojar todo el papel de filtro. Esto se hace para remover el nitrato de sodio del papel filtro hmedo del embudo. Abrir el papel filtro y colocarlo en el vidrio de reloj. Colocar el conjunto en una estufa a 100 grados centgrados o calintelo con el mechero, hasta sequedad completa del papel. Retire el papel con el precipitado y pselo. Anotar los datos en la hoja de datos. 5.- DATOS. Peso papel filtro seco _____________ _ Peso papel ms precipitado (1) _____________ _ Peso del precipitado (1) ____________ Peso papal filtro (2) 50 _____________ _ Peso papel ms precipitado (2) _____________ _ Peso del precipitado (2) ____________ Peso papel filtro (3) _____________ _ Peso papel ms precipitado _____________ _ Peso precipitado (3) ____________ Peso papel filtro (4) _____________ _ Peso papel ms precipitado (4) _____________ _ Peso precipitado (4) ____________ Peso papel filtro (5) 51 _____________ _ Peso papel ms precipitado(5) _____________ _ Peso precipitado (5) ____________ 6.PREGUNTAS. Calcular el nmero de moles de nitrato de plomo y yoduro de sodio utilizados en cada uno de los tubos. Haga una tabla. Hacer un grfico colocando en el eje de la Y los gramos de yoduro de plomo y en el eje X mililitros de nitrato de plomo adicionados. De la grfica deduzca en cual de estos tubos hay la cantidad justamente requerida de solucin de nitrato de plomo que reacciona con todo el yoduro de sodio. Utilizando la tabla anterior determine la relacin de moles de nitrato de plomo a moles de yoduro de sodio. Con base en esta relacin deduzca la estequiometra de la reaccin y la frmula del yoduro de plomo. De acuerdo a la respuesta al punto anterior Cul es la naturaleza del filtrado? Si a este se le evapora todo el agua Queda algn residuo? De qu? Cunto de l? Responda las mismas preguntas para el tubo por usted trabajado. Se requiere saber cuanta sal, NaCl, hay en una muestra de agua marina, para lo cual se trat 50 g del agua con un exceso de solucin de nitrato de plata, AgNO3. El precipitado de AgCl formado se filtr, se lav con agua destilada y luego se sec. Su peso fue de 1.23 g. Calcule el porcentaje (peso a peso) de NaCl presente en el agua marina. 52 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA ________________________________ : FECHA: _______________ ALUMNOS: ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 53 54 EXPERIENCIA N 8 DETERMINACION DE LA FORMULA DE UNA SAL HIDRATADA 1.OBJETIVOS. Determinar el porcentaje de agua en un hidrato conocido de una sal. Expulsar el agua de una sal hidratada por descomposicin. 2.INFORMACION BASICA. Muchas sustancias slidas contienen en su interior molculas de agua y son compuestos cristalinos secos.. Estas sustancias se les llama hidratos y cuando se trata de sales se les da el nombre de sales hidratadas. En general la cantidad de moles de agua por cada mol de sustancia anhidra es un nmero entero, como podemos verlo en la tabla siguiente: Tabla : Algunos hidratos 55 Nombre Frmula Cloruro de Aluminio Hexahidratado AlCl3. 6H2O Sulfato de Nquel Heptahidratado NiSO4. 7H2O cido Oxlico Dihidratado H2C2O4.2H2O Hidrxido de Bario Octahidratado Ba(OH)2.8H2O Carbonato de Sodio Monohidratado Na2CO3.H2O A muchos de estos hidratos se les puede remover el agua con un simple calentamiento. La sal o la sustancia sin el agua se dice que es anhidra. La reaccin inversa de las sales anhidra, suele ocurrir fcilmente al colocarla en contacto con el 56 agua o con materiales hmedos. La reaccin siguiente es un ejemplo de deshidratacin por el calor. Na2SO4.7 H2O (s)------------------- Na2SO4 (s) + 7 H2O (g) 3. MATERIALES Y REACTIVOS. Balanzas Tubos de ensayo con tubuladura lateral Tubos de ensayo. Mechero. Beaker de 500 ml Tubos de condensacin Nuez. Termmetro Cerillas Esptulas. Pinzas Tapones de caucho. Trpode Malla de asbesto Sulfato de cobre hidratado 4. PROCEDIMIEN TO. Pese un tubo de ensayo vaco. Agregue una cantidad de sulfato cprico hidratado al tubo y pselo. Monte el conjunto como lo ilustra la Fig. 1. Caliente el tubo con la sal, en forma suave al comienzo, hasta recoger unos 2 cm de altura de agua en el tubo inferior. Observe los posibles cambios de color de la sal al ser calentada. Retire el tubo de ensayo de la parte inferior y el tapn con el tubo de condensacin. Caliente por 4 minutos fuertemente para retirar todo el agua de la sal. Deje enfriar a temperatura ambiente y pselo. Agregue el agua destilada al tubo con sal anhidra y observe los cambios de color y de temperatura. 57 Realice el mismo proceso con sal de Epson. 5. DATOS. Peso del tubo de ensayo vaco _________ Peso del tubo mas la sal hidratada _________ Peso del tubo despus de calentado _________ Cambio de color al calentar la sal hidratada _________ Cambio de color al agregar el agua de hidratacin _________ Cambio de temperatura al agregar el agua de hidratacin de la sal anhidra. _________ 6. PREGUNTAS. 1. Calcule el peso de la sal anhidra. El peso del agua expulsada. Calcular el nmero de moles de sulfato de cobre anhidro. Nmero de moles de agua. Frmula del sulfato cprico hidratado. D el nombre de la sal obtenida. Calcular el porcentaje de agua en el sulfato cprico hidratado. 2. Con base en las observaciones Cul es el color del sulfato cprico 58 hidratado? Cul el de la sal anhidra? 3. Dar la reaccin que ocurre al calentar fuertemente el sulfato cprico pentahidratado. 4. Explique con base en una reaccin, lo que ocurri cuando usted le adicion al sulfato cprico anhidro el agua que retir durante el calentamiento de la sal hidratada. 5 Con frecuencia al escribir ecuaciones en las reacciones qumica se omite el agua de hidratacin Est esto justificado? a)Calcular a partir de la frmula el porcentaje de agua en el fosfato sdico hidratado, Na3PO4 12 H2O. b) Por qu se escribe la frmula Na3PO4 12 H2O. y no Na3PO16H24? . 7. Las instrucciones para preparar una solucin que contiene iones Cu 2+ indican que la solucin se prepara de forma que contenga 10 g de iones cobre por litro. Qu peso de sulfato de cobre anhidro es necesario para preparar un litro de esta solucin?. Qu peso de sulfato de cobre pentahidratado sera necesario?. 6. 8.-El sulfato de sodio anhidro se utiliza como agente secante de solventes o soluciones orgnicas hmedas. Explique la naturaleza de su accin secadora. 59 EXPERIENCIA N 9 LEY DE CHARLES 1.- OBJETIVOS Comprobar la ley de Charle. Haciendo medidas del cambio de volumen de un gas con cambios de temperatura a una presin determinada . Calcular y comparar las relaciones T1 / T2 y V1 / V2 2.INFORMACION BASICA. El fsico Francs Jacques Charles analiz los cambios en los volmenes de algunos gases causados por los cambios de temperatura. El encontr que estos gases se expandan relativamente a la misma cantidad cuando se calentaban de 0 0 C a 80 oC a presin constante. Joseph Gay Lussac, mostr que muchos gases se podan sumar a la lista de Charles. Ms importante an, demostr que 60 por cada grado Celsius de aumento, a presin constante, cada gas se expanda en 1/ 273 de su volumen a cero grado centgrado. Derivando la siguiente ecuacin: V = Vo ( 1 + t) V = Vo ( 1 + ( V= 1 )t) 273 Vo( 273 + t) 273 V = (Vo/ To) T donde : V = es el volumen de una cantidad dada de gas Vo= Volumen del gas a cero grado centgrados. = Coeficiente de expansin To = 273 T = t + 273 La ley de Charles establece que el volumen de una cantidad dada de gas vara de forma directa con la 61 temperatura absoluta, suponiendo que la presin es constante. En esta experiencia se deducir la expresin matemtica que relacione el volumen de una pequea cantidad de aire atrapado por un sello mvil de mercurio en un tubo a su temperatura centgrada y absoluta. Tambin deducimos la relacin entre las escalas de temperaturas centgradas y absolutas. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Tubos de 15 mm de longitud y 2.5 mm de dimetro cerrado en un extremo. Beaker de 400 ml Cpsula de porcelana Regla de 30 cm Mercurio Mechero Agua Pinza para crisoles Hielo Aro Sal Nuez Papel milimetrado Rejilla Cerillos. Termmetro 62 4.PROCEDIMIEN TO. Caliente el lado abierto del tubo sostenido por una pinza pasndolo varias veces por la llama del mechero . Invierta el tubo sobre la cpsula de porcelana con mercurio y deje que suba una columna de 5 mm a el . Retrelo lentamente y maniplelo evitando romper o fraccionar la columna de mercurio. Llene el beaker con hielo picado. Adicione la sal y mezcle bien Introduzca con cuidado el tubo, con la boca hacia arriba y el termmetro en el beaker. Espere 5 minutos para asegurarse que el aire confinado en el tubo tiene la temperatura del bao. Lea la temperatura. Saque el tubo rpidamente y mida la altura de la columna Haga varias medidas de altura y de temperatura, variando estas en 5 y 10 grados.(5 hasta 35) Tome la altura y temperatura ambiente. Repita los pasos anteriores a 50 y 75 grados centgrados. Reptalo tambin en agua hirviendo. Lase el barmetro para conocer la presin atmosfrica. 5.- CALCULOS. Calcular el volumen a cada una de las temperaturas tomadas. Reprtelo en la hoja de datos. Calcular el coeficiente de expansin cbico del aire confinado. Comprelo con el tabulado. 6.PREGUNTAS. Hacer un grfico de volumen del gas vs. Temperatura. Extrapole la lnea hasta que intercepte el eje horizontal de temperatura. Hallar la pendiente y el intercepto con la ordenada. Deducir la ecuacin que relaciona el volumen y la temperatura centgrada, usando parmetros grficos. Hallar la relacin entre la escala centgrada y la temperatura absoluta, definindola de tal manera que su volumen sea directamente proporcional a ella. Escriba la ecuacin. En la grfica halle la temperatura centgrada ms baja que se pueda obtener. Calcular el valor de la relacin T 1 / T2 y V1 / V2 Son iguales estos valores? Si no lo son calcular el porcentaje de desviacin entre T 1 / T2 y V1 / V2. En este experimento se ha comparado la relacin de dos temperaturas con la de dos volmenes de la columna de aire dilatada y contraida : T 1 / T2 = V1 / V2 63 Podra realizarse la composicin con las longitudes de las columnas de aire, esto es, T1 / T2 = V1 / V2 Explique. Conociendo la presin baromtrica y la densidad del mercurio 13,6 g / ml. Calclese la altura de una columna de aceite (d = 0.8 g/ ml) que equivaldra a la columna de mercurio del barmetro. 64 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ _____________ ______ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ 65 _____________ _____________ _____________ _____ Coeficiente de expansin porcentaje 66 EXPERIENCIA N 10 PESO MOLECULAR DE UN LIQUIDO VAPORIZABLE 1.- OBJETIVO. Determinar la masa molecular de un compuesto lquido no identificado, midiendo la densidad de vapor, a una temperatura y presin dadas y utilizando la ecuacin de estado. 2.INFORMACIN BASICA Lo ms simple y directo en la determinacin de la densidad de vapor es el mtodo usado por Dumas. En este mtodo una cantidad del lquido o compuesto slido es introducido en un matraz tarado, el cual tiene un orificio pequeo abierto a la atmsfera. El matraz es calentado a una temperatura conocida sobre el punto de ebullicin del compuesto. La formacin del vapor purga el aire presente en el matraz a travs del orificio. Cuando la 67 muestra se ha vaporizado completamente, el matraz est lleno del vapor del compuesto, el cual estar a una presin conocida (atmosfrica). Se suspende el calentamiento y se enfra el matraz a la temperatura ambiente. El vapor se condensa y el aire dispuesto a llenar al matraz prever el escape del vapor. Se pesa el matraz nuevamente y con la diferencia de los dos pesos se tendr el peso del vapor requerido para llenar el matraz. La masa molecular del compuesto se puede calcular usando la ecuacin de estado para gases ideales ya que el volumen del matraz puede hallarse fcilmente 68 PV = n RT PV = (w/M) RT de donde M = d RT/P M n T w d P V = = = = = = = Masa molecular del compuesto. Nmero de moles del compuesto. Temperatura en grados kelvin. peso en gramos del compuesto Densidad del compuesto. Presin atmosfrica Volumen en litros. 3.MATERIALES Y REACTIVOS Baln de fondo plano Papel de aluminio Bandita de caucho Beaker de 1000 ml Termmetro Mechero Pinza metlica para baln. Nuez Malla de asbesto 4.- PROCEDIMIENTO Lquido vaporizable Pipeta de 5 ml. Alfiler Cerillas. Balanza Probetas de 500 ml Carborundos Barmetro Haga una tapa de 6 cm de lado con el papel de aluminio para el baln. Ajuste esta al baln con la bandita de caucho Haga un agujero en la tapa con un alfiler Pese el baln con la tapa Destape el baln y agregue el lquido vaporizable. 4 ml Tpelo y agrrelo por el cuello con una pinza Sumrjalo en el Beaker de 1000 ml Llene el Beaker con agua lo mas alto posible. Adicione carborundos. Caliente hasta ebullicin del agua. Mida la temperatura de ebullicin cuidando no tocar las paredes del Beaker. Deje el baln en reposo por 4 minutos. Mida la presin atmosfrica Retire el baln del bao y deje enfriar. Pese el baln con el residuo. Mida el volumen del matraz llenndolo de agua completamente y medirlo en una probeta. 5.- CALCULOS. 69 Calcule la presin del vapor con la siguiente ecuacin: Log Ps =4.81 (1 Tb/T) Ps = presin del vapor del compuesto. Tb. =Temperatura de ebullicin normal del compuesto T = Temperatura a la que se desea la presin del vapor. Calcule la masa correcta del vapor por la siguiente ecuacin: m2 m1 = mv (MaV/ RT) Ps donde: m1 = masa del matraz solo m2 = masa del matraz ms el vapor mv = masa del vapor de la muestra Ma = masa molecular del aire V = volumen del matraz en litros. T = Temperatura a la que fueron hechas las pesadas. Ps = presin del vapor del compuesto. R = Constante de los gases ideales Calcule la densidad del gas. d = mv/V donde mv es la masa correcta del vapor y V el volumen del matraz Calcule la masa molecular del compuesto. M =(RT/P) d Donde T es la temperatura del bao, P es la presin baromtrica, d es la densidad del compuesto. 6.PREGUNTAS Cul es el objetivo del pequeo agujero en la tapa del matraz? Si el baln est mojado por dentro, como afectara esto a la medicin del peso molecular del compuesto? Qu otros procedimientos existen para determinar peso molecular en general. Si el baln se pesa sin haberse enfriado a la temperatura ambiente. Cree usted que el peso obtenido es el ideal?. Por qu. Explquelo. Una muestra de 1,211 g de un compuesto lquido puro, de punto de ebullicin 90C, se convirti en vapor a 97,0C. El volumen de vapor se midi a 701 mm de Hg y fue de 391,1 ml. Calcular su peso molecular. La temperatura T, a la que se desea la presin de vapor; a la que fueron hechas las pesadas; y finalmente la temperatura del bao, puede cambiar( pues la temperatura ambiente puede hacerlo) durante el experimento. 70 Si la temperatura cambia en 2 C Qu porcentaje de error ocasionara esto en el volumen del lquido vaporizable?. TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ _____________ ______ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ 71 _____________ _____________ _____________ _____ TEMPERATUR A DE EBULLICIN: _____________ _________c. VOLUMEN DEL BALN: _____________ _________ ml. PRESIN ATMOSFRICA : _____________ _________ at. PESO DEL 72 BALN CON EL RESIDUO: _____________ _________ g. PESO DEL BALN LIMPIO Y SECO: _____________ _________ g. 73 74 EXPERIENCIA N 11 VOLUMEN MOLAR DE UN GAS 1.- OBJETIVO. Determinar experimentalmente el volumen molar de un gas a condiciones de laboratorio y a condiciones normales. 2.INFORMACION BASICA. La Ley de los gases ideales incorporan en una ecuacin las relaciones contenidas en las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. S la ecuacin que liga el volumen, la masa, la temperatura y presin de un gas es: PV = nRT donde P V n R T = = = = = Presin en atm. Volumen en litros. Nmero de moles del gas Constante universal de los gases (0.082 at. L / oK mol) Temperatura en oK El volumen molar es aquel ocupado por un mol de gas ideal, el cual se calcula derivndolo de medidas realizadas con gases reales a 75 Vo muy bajas presiones; este volumen se considera igual a 22,4 L a condiciones normales. = V/ n donde Vo = Volumen molar V = Volumen a condiciones normales. n = Nmero de moles. Para la mayora de los gases los volmenes molares no se desvan mas del 1% del volumen molar normal, a menos que tengan elevado peso molecular o que se les mida a temperaturas cercanas al punto de ebullicin. 3.MATERIALES Y REACTIVOS Bureta de gases de 50 ml Magnesio Eudimetro de 50 o 100 ml HCl 6M Tapones de caucho #00 Agua Barmetro. 76 Papel de aluminio. Probeta de 250 ml o de 500 ml Balanza Universal. Nuez. Beaker de 500 ml Soporte Alambre. Pinza 4.PROCEDIMIEN TO. Tomar de 4 a 5 cm de la cinta de magnesio, pesarla y colocarla en una trampa hecha con alambre. Colocar esta trampa con el magnesio en el tapn. Colocar 10 ml de HCl 6M en el eudimetro. Agregar agua sin agitar al HCl del eudimetro. Colocar el tapn en el eudimetro. Llenar el Beaker con agua e invierta el eudimetro en el para que el HCl reaccione con el Mg Espere a que todo el Mg reaccione, espere unos minutos, de tal manera que el gas que est en las paredes suba. Echo esto mida el volumen recogido. Llene una probeta con agua y coloque all el eudimetro, tapando el orificio de tal manera que el agua que est dentro no salga. Suba y baje este dentro de la bureta hasta que el nivel del agua en la probeta sea el mismo del eudimetro mida el volumen. 5.- CALCULOS. Calcular el peso promedio de la muestra. Escriba la reaccin entre el Mg y el HCl. Calcule el nmero de moles de hidrgeno formado. Calcule el volumen de hidrgeno formado. Determine el volumen molar del H2. a.- Condiciones normales b.- Condiciones ambientales Calcule el porcentaje de error. 6.PREGUNTAS. 77 Para que se hacen coincidir los niveles de los lquidos en el eudimetro y la probeta ?. Seale las posibles fuente de error en la experiencia. Calcular el volumen del hidrgeno seco a condiciones normales a partir del volumen del gas medido sobre agua a las condiciones del laboratorio. A partir del peso del hidrgeno medido y de su volumen a CN, calcular la densidad (g / L) del hidrgeno. Cul es el valor aceptado para volumen molar?. Cuntas molculas hay en este volumen de cualquier gas a condiciones normales o en un mol de cualquier gas?. En honor a quin recibe el nombre este nmero? Cuntas moles de tomos aparentes de magnesio se necesitaron para obtener este nmero de molculas de hidrgeno?. Poseen volumen molar los llamados gases nobles? si o no Explique. 78 TABLA DE DATOS EXPERIENCIA : _____________ _____________ ______ FECHA: _____________ __ ALUMNOS: _____________ _____________ _____________ _____ _____________ _____________ _____________ _____ 79 _____________ _____________ _____________ _____ PESO DE LA CINTA DE MAGNESIO _____________ _________ DEL g. VOLUMEN INICIAL H2 _____________ _________ g. VOLUMEN FINAL DEL H2 _____________ _________ g. 80 EXPERIENCIA N 12 SOLUCIONES 1.OBJETIVOS. Aprender a preparar soluciones cidas, bsicas y salinas en sus diferentes unidades a partir de reactivos qumicamente puros.. Determinar por medio de un grfico la concentracin de una solucin. 2.INFORMACION BASICA. Una solucin es una mezcla homognea de composicin variable. La homogeneidad hace referencia a que a nivel macroscopico solo es observable una sola fase, mientras que la variabilidad indica que la cantidad de sustancia disuelta es una misma cantidad de disolvente puede ser diferente. Los componentes de una solucin binaria son: el soluto y el solvente disolvente. Se concibe como 81 soluto: el componente que se disuelve o que se encuentra en menor proporcin en la solucin. Modernamente es el componente qumicamente mas activo en la solucin. El solvente: es el componente que disuelve o que se encuentra en mayor proporcin en la solucin. Actualmente es el componente qumicamente menos activo en la solucin. Estos ltimos aspectos en relacin con el soluto y el solvente tienen vigencia o cobran aplicabilidad cuando tenemos una solucin en iguales proporciones. Por ejemplo: 50 gramos de agua en 50 gramos de etanol. 82 La composicin de una solucin se expresa en trminos de concentracin es decir; la relacin de cantidad de soluto contenida en una determinada cantidad de solucin o solvente. Hay muchas formas de representar la concentracin de un soluto en el solvente, estos son; la normalidad (N), la molalidad (m), la molaridad(M), %P/P, %P/V, la fraccin molar, partes por milln (p.p.m.) o partes por billn (p.p.b.). Veamos como representamos cada una de ellas: (% en peso) P/P = (peso en g de soluto)/ Peso en g de solucin) x 100 (% m/v) P/V x100 = (Peso en g de soluto / Volumen en ml de solucin) 83 Molaridad (M) = nmero de moles de soluto / litros de solucin Normalidad (N) = nmero de equivalentes del soluto / litros de solucin Fraccin molar (f) totales. = nmero de moles del soluto / nmero de moles (soluto + solvente) N = %. D. v. 10 / w equivalente Aqu prepararemos soluciones diluidas a partir de cidos concentrados, al cul se le conoce la densidad y su porcentaje de pureza, tambin se prepararn soluciones concentradas y diluidas de bases y sales. La cantidad de soluto disuelto en una solucin concentrada ha de ser igual a la cantidad de soluto presente en la solucin diluida V1.C1 = V2. C2 3.MATERIALES Y REACTIVOS Matraces aforados de 100 y 50 ml cido sulfrico Balanzas cido clorhdrico Esptulas Hidrxido de sodio Beaker de 50 ml Frasco lavador Frascos para guardar las soluciones. Carbonato de sodio 84 Pipetas, Bombas de succin. Vidrio de reloj. Varilla de vidrio Agua destilada 4.PROCEDIMIEN TO. Buscar la normalidad o molaridad del cido concentrado que le toc segn el grupo. Buscar el volumen de cido concentrado que necesita para realizar una solucin de concentracin 0.1 N 0.1M y diluir hasta un volumen de 100 ml , preparar tambin una solucin 0.2 N 0.2 M Calcular la cantidad de hidrxido de sodio necesaria para preparar 100 ml de una solucin 0.1 N Calcular que volumen s e necesita de cada una de las soluciones 0.1 N y 0.2 N, para preparar una solucin 0.17 N del mismo cido. Calcular la cantidad de carbonato de sodio necesaria para preparar una solucin 0.5 m, hasta un peso de 100 gramos de solucin. Preparar 50 ml de solucin al 1% P/V de carbonato de sodio en agua. Preparar 50 gramos de solucin al 2% P/P de carbonato de sodio en agua. Con las soluciones realizadas buscar su densidad utilizando el picnmetro. Las soluciones de cidos y bases se conservan par su posterior valoracin. 5.PREGUNTAS. Hacer un grfico en papel milimetrado la densidad vs concentracin, localizar en esta la densidad de la solucin problema, cuyo valor encontrar donde corta la recta la lnea y luego la concentracin en el eje de las abscisas. Qu entiende por soluciones slidas? de ejemplos. Por qu se dice que el agua es un solvente universal por excelencia? Cul es la diferencia entre una solucin diluida y una concentrada? Explique el proceso de solucin de: a) Gases en lquidos. b) Un slido inico en lquido. c) Un slido covalente en lquido. d) Un lquido en un lquido. Qu observaciones podrs anotar para cada uno de los sistemas siguientes: a) ter en agua b) Alcohol etlico en agua. c) Tetracloruro de carbono en agua d) Disulfuro de carbono en agua. e) Glicerina en agua. Qu se entiende por solucin? Mencionar dos sustancias que tengan un calor de solucin negativo y dos sustancias que tengan un calor de solucin positivo. Qu interpretacin puedes dar sobre los calores de solucin positivos y negativos. 85 Define delicuescencia. Podra un material de un hidrato conducir a delicuescencia? Identifique su respuesta dando algunos ejemplos de slidos delicuescentes. Calcula la molalidad de una solucin que se prepar disolviendo 15 gramos de sal de Epson Na2SO4.10H2O, en 320 gramos de agua destilada. Si un litro de solucin de hidrxido de potasio 2N es tratado con cido clorhdrico y luego se evapora, que peso de sal se obtiene?. Si 99,4 gramos de esta sal son contenidos en esta va de un litro de solucin de hidrxido de potasio, cul es la normalidad de la base?. 86 EXPERIENCIA N 13 DETERMINACI ON DE LA CURVA DE SOLUBILIDAD. 1.- OBJETIVOS Determinar la solubilidad de las sustancias slidas en un medio acuoso, en este sentido usaremos el agua como medio de dilucin. 2.INFORMACIN BASICA. Cuando hablamos de solubilidad, estamos diciendo que cantidad de sustancia es posible disolver en una cantidad determinada de solvente. Sabemos que solubilidad es la mxima cantidad de un soluto, contenido en una cantidad de solvente a una temperatura dada en el sistema. Ahora la solubilidad de una sustancia depende de muchos factores de los cuales tenemos 87 aqu principales: los Naturaleza del solvente. Naturaleza del soluto La temperatura a la cual se har la disolucin La presin. Existen otros factores que tambin influyen en la solubilidad de una sustancia, como son los puentes de Hidrgeno y la polaridad de la sustancia. Es de gran importancia en la industria y el laboratorio ya que utilizamos esta para preparar, separar y purificar productos qumicos. La solubilidad de una sustancia slida a una T y P determinada en una cantidad de solvente es limitada. La solubilidad se puede expresar en g/100 g de solvente, para una solucin saturada. No hay fsicas leyes ni 88 qumicas que nos permita decir o determinar la solubilidad de una sustancia en particular. Mas utilizamos el trmino de que lo semejante disuelve lo semejante, y lo utilizamos para disolver una sustancia polar en otra, al igual que un lquido polar en uno no polar. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Termmetros. Esptula Sulfato de Aluminio Agitador. Balanza Sulfato de Potasio Tubos de ensayo Mechero Nitrato de Potasio Soporte Universal Clorato de Potasio Pinza metlica 89 Cloruro amonio de 4.- PROCEDIMIENTO Arme el equipo como est en la figura. Pese una cantidad de sal asignada y colquela en el tubo de ensayo. Agregue 10 ml de agua al tubo, agite hasta disolver la sal, si es necesario caliente suavemente. Introducir el Termmetro al tubo y tomar la T a la cual se formen los primeros cristales. Deje enfriar la solucin, agite hasta que se disuelva nuevamente. Si es necesario caliente y anota la T a la cual aparecen los primeros cristales. Anote los datos de los dems compaeros 5- CLCULOS. Calcule la molalidad de la solucin preparada por usted. 6- PREGUNTAS. 1- Con los datos obtenidos en el laboratorio por todo el grupo, construir una curva de solubilidad en papel milimetrado, de la siguiente forma: En la ordenada coloque los gramos de soluto seco por 100 g de disolvente. En la abscisa ubique la T. En grados centgrados. 2- En la curva de solubilidad por usted construida ubique las zonas donde se presentan los siguientes hechos: Evaporacin de agua Enfriamiento sin cristalizacin Cristalizacin por enfriamiento. 3- A qu debe aparicin de burbujas cuando calentamos agua? se la las el 90 4- Cul de sustancias siguientes soluble agua? Y qu? las es en por a.- Nitrato de potasio. b.- Clorato de potasio. c- Sulfato de aluminio. d - Cloruro de calcio. e - Sulfato de bario. f - Cromato de potasio. 5 - Qu es temperatura de cristalizacin? 6 Qu fuentes de error encuentra usted en esta experiencia y cmo las reducira? 91 EXPERIENCIA N 14 PROPIEDADES COLIGATIVAS 1.OBJETIVOS. Determinar el peso molecular de un soluto no voltil haciendo uso de una de las propiedades coligativas de las soluciones como lo es ELEVACION DEL PUNTO DE EBULLICION. 2.INFORMACION BASICA. Estas propiedades son aquellas en que las soluciones dependen solamente del nmero de molculas del soluto presente y no de la naturaleza de dicha molcula. Cuando ocurre la disolucin, se alteran no solo las propiedades del soluto sino las del disolvente. 3.- ELEVACION DEL PUNTO DE EBULLICION. El punto de ebullicin est definido como la temperatura a la cual la presin de vapor del lquido es igual 92 ala presin atmosfrica. La presencia de un soluto en una disolucin aumenta el punto de ebullicin, este efecto se produce porque el soluto disminuye la presin de vapor del disolvente, por lo tanto se hace necesario aumentar la temperatura para que la presin aumente y la solucin bulla, es decir se eleve el punto de ebullicin del disolvente. La diferencia entre estos dos puntos se conoce como elevacin del punto de ebullicin, el cual podemos expresar de la siguiente forma: Tb = T To donde Tb = elevacin del punto de ebullicin T = Temperatura de la solucin To = Temperatura del solvente puro. En soluciones diluidas la elevacin del 93 punto de ebullicin es proporcional a la concentracin del soluto. Esta relacin se puede expresar de la siguiente manera: Tb = Kb. m = TT = Es la constante molal del punto de ebullicin donde Kb cuyo valor depende del disolvente utilizado. m = Molalidad de la solucin. Para determinar la constante ebulloscopica se utiliza la expresin matemtica siguiente: Kb = RT2 / 1000 Hv donde T = Temperatura absoluta de ebullicin R = Constante universal de los gases en caloras. Hv = Calor latente de ebullicin por gramo de sustancia. Los valores de las constantes ebulloscpica para diferentes solventes se encuentran tabuladas, por lo tanto podemos hacer uso de las mismas. En esta experiencia determinaremos el peso molecular de un soluto no voltil, 94 el cual forma soluciones diluidas. Para esto disolvemos una cantidad dada de este soluto en una cantidad determinada de agua, a la que se le ha determinado su punto de ebullicin. 4.MATERIALES Y REACTIVOS. Matraz Etilenglicol Soporte universal Mechero Trpode Agua Baln de fondo plano. Probetas graduadas de 50 y 250 ml Carborundo (pedazos de vidrio) Tapn de caucho con dos orificios. Malla de asbesto Pinzas Termmetro 95 Nuez 5.PROCEDIMIEN TO. Montar el equipo como lo indica el dibujo. Medir 100 ml de agua y agrguelos al baln adicionando carborundos. Calentar con el mechero lentamente y determine el punto de ebullicin del agua. Antelo. Desmonte el equipo y djelo enfriar. Adiciones nuevamente 100 ml de agua y 22.5 ml de Etilenglicol al baln. Caliente nuevamente el baln y lea la temperatura, atonal cuando esta permanezca invariable. Desarme el equipo y djelo enfriar, no vote los reactivos. 6.- CALCULOS. Determine la molalidad de la solucin. Calcule a partir de la frmula y del valor del calor latente, la constante molar de ebullicin del agua. Calcule el peso molecular del soluto a partir de los datos del punto de ebullicin. Comparar el valor obtenido experimentalmente con el valor real y determine el % de error. 7.PREGUNTAS. Explique las razones de la diferencia en el peso molecular obtenido experimentalmente y el real. Cul de las propiedades coligativas se usa mas para la determinacin del peso molecular y por qu? Adems de servir para buscar el peso molecular, qu otros usos tienen estas propiedades? Demuestre que el valor de Tb = Kb. m Para qu se agregan carborundos al baln? 96 Equipo para determinar las propiedades coligativas de las soluciones. 97 1.1.1.1.1.1.1.1.2 EXPERIENCI A N15 CALOR DE REACCION CAMBIO DE ENTALPIA PARA ALGUNAS REACCIONES, Ley DE HESS 1.OBJETIVOS. Ilustrar como se manifiestan los cambios qumicos de entalpa en algunos procesos tanto fsicos como qumicos. Determinar experimentalmente los cambios de entalpa para tres reacciones y, con base en los valores obtenidos, demostrar las Ley de Hess. 2.INFORMACION BASICA. En la mayora de los procesos fsicos y qumicos de las sustancias hay intercambios energticos entre ellas y los alrededores, los cuales se manifiestan en forma de calor liberado o absorbido. Los procesos donde ocurre liberacin de calor, en donde el estado final tiene un contenido de energa menor que el inicial se dice que el proceso es exotrmico. H = Hf - Hi <0 H es negativo Por el contrario, 98 si en el proceso ocurre una absorcin de calor, el estado final tiene un contenido energtico mayor que el inicial. En este caso el proceso es endotrmico H = Hf - Hi > 0 H es positivo En esta prctica determinaremos los cambios de entalpa para tres reacciones exotrmicas, midiendo los cambios de temperatura que ocurren cuando se llevan a cabo las reacciones respectivas. Para efectuar las medidas y los clculos respectivos se hace necesario ciertas aproximaciones. Asumimos que el calor de reaccin solo se usa para incrementar la temperatura de la solucin acuosa y por lo 99 tanto, nada de este calor se pierde en calentar el calormetro (esto no es del todo cierto ya que depende del material de que est hecho). Consideraremo s tambin que el calor requerido para elevar la temperatura de un mililitro de solucin es el mismo que el calor requerido para producir la misma elevacin de temperatura en un gramo de agua. Esta es valida ya que estamos trabajando con soluciones acuosas diluidas. La unidad mas utilizada en qumica para medir la energa calrica en la calora. Esta es el calor que hay que proporcionarle a un gramo de agua para hacer que aumente su temperatura en 100 un grado centgrado. As si conocemos el peso de una cantidad de agua (o solucin diluida) y su temperatura inicial, podemos fcilmente determinar que cantidad de calor gan o perdi el agua al aumentar su temperatura o disminuir en una cierta magnitud. Q = m Cp T Donde Q m Cp T = = = = calor a presin constante. masa de agua capacidad calorfica del agua = 1 cal/g OC Temperatura final - Temperatura inicial Vamos a trabajar con HCl. Es un compuesto covalente polar que existe como gas a condiciones ambientales. Se disuelve rpidamente al ponerlo en contacto con el agua, pero en el proceso de disolucin reacciona irreversiblement e con el agua, originando 101 iones de hidronio H3O+ e iones Cl-, como se ve en la siguiente ecuacin H2O HCl (g) + H2O (l) H3O+ (acuoso) + Cl- (acuoso) La solucin acuosa de los iones originados en la reaccin anterior es lo que se llama cido clorhdrico. Hay reacciones en la que es difcil determinar en forma experimental los cambios de entalpa. Un ejemplo de ello es el calor de combustin del grafito para producir CO, es imposible medirlo ya que siempre se produce CO2 como un subproducto de la reaccin, a pesar de usar cantidades estequiomtrica s requeridas para el grafito y el oxgeno para producir CO. C (grafito) + 102 O2 CO La aplicacin de la Ley de Hess nos permite la determinacin directa de los cambios de entalpa en aquellas reacciones en las cuales es difcil o imposible medirlos directamente. La Ley de Hess, nos dice que: el cambio de entalpa para cualquier reaccin qumica es constante, independientem ente de s la reaccin ocurre en una o en varias etapas. As conocemos los cambios de entalpa para diversa etapas de la reaccin, la suma algebraica nos da necesariamente la entalpa para la reaccin final. Tambin por resta algebraica se puede calcular la entalpa de una de las etapas del proceso si 103 conocemos la entalpa total del mismo. C (grafito) + O2 CO 1 etapa H1 CO + O2 CO2S 2 etapa H2 CO + O2 CO2 Reaccin final H3 Mencionamos anteriormente que era imposible determinar experimentalme nte el cambio de entalpa para la combustin del grafito en la produccin de CO. Pero es muy fcil medir los calores de la combustin completa al CO2 para el CO y para el grafito ( H2 y Ht respectivament e) , basta con asegurarse de que hay exceso de oxgeno para obtener el nico producto de la reaccin como es el bixido de carbono. As 104 indirectamente podemos calcular el cambio de entalpa para la combustin incompleta del grafito a CO H1 = Ht - H2 La entalpa a presin y volumen constante es igual al calor molar. H = Q/ n donde n = moles de la sustancia. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Balanza digital o de platillo NaOH en lentejas Calormetro Solucin de NaOH 0.50 M Probetas de 100 ml Solucin de HCl 0.50 M Termmetro de 0 100 oC o de 0 50 oC Vidrio reloj 4.PROCEDIMIEN TO Reaccin 1. 105 El hidrxido de sodio slido se disuelve en agua para formar una solucin acuosa de iones sodio e iones hidrxidos. H2O NaOH (s) Na + (acuoso) + OH- (acuoso) H1 Use agua que tenga una temperatura est uno o dos grados por debajo de la temperatura ambiente. Mida 100 ml con la probeta de dicha agua y agrguela al calormetro. Pese unos 2 g de hidrxido de sodio por diferencia. (pesar rpidamente para que no se hidrate el hidrxido) Medir la temperatura del agua en el calormetro, antela, ahora agregue el hidrxido al vaso. Agite suavemente con el termmetro hasta disolucin del soluto. Observe y anote la temperatura mayor alcanzada durante el proceso de disolucin. Neutralice la solucin y enjuague el vaso y el termmetro antes de seguir con el paso 2. Reaccin 2. El hidrxido de sodio slido reacciona con el cido clorhdrico diluido para generar una solucin acuosa de cloruro de sodio y agua. NaOH (s) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) Na+ (ac) + Cl(ac) + 2H2O H2 El procedimiento es el mismo que el de la reaccin 1, a excepcin de que en 106 vez de 100 ml de agua se utilizan 100 ml de cido clorhdrico 0.5 M. Deseche la solucin y enjuague al vaso para la tercera reaccin. Reaccin 3. La solucin acuosa de hidrxido reacciona con el cido clorhdrico para generar una solucin acuosa de cloruro de sodio y agua: Na+ (ac) + OH(acuoso) + H3O+ (ac) + Cl(ac) Na+ (ac) + Cl- (ac) + 2 H2O H3 Medir 50 ml de cido 0.5 M y colquelos en el calormetro. Mida 50 ml de hidrxido y colquelos en un vaso limpio. Mida la temperatura de estas dos soluciones que deben ser aproximadamente iguales. Use el mismo termmetro para las dos soluciones, limpindolo con agua y secarlo. Leer las temperaturas y antelas en su hoja de datos. Vierta la solucin del hidrxido al cido y agite con el termmetro, mida la temperatura mas alta alcanzada durante la reaccin y antela en su hoja de calculo. 5.- DATOS. Reaccin 1 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccin 2 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccin 3 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ 107 6.PREGUNTAS. 1.-Calcular el calor liberado en la reaccin en caloras. Calcular el ( H1) cambio de entalpa para la reaccin I, en Kcal/ mol de hidrxido disuelto. Q H2O = -Qx = mCp T Cp del agua = 1. cal/g.oC H = Q/N 2.-Calcular el calor liberado en la reaccin en caloras. Calcular el cambio de entalpa H2 para la reaccin 2, en Kcl./mol de hidrxido disuelto. 3.-Calcular el calor liberado en la reaccin en caloras. Calcule el cambio de entalpa H3 para la reaccin 3 en Kcal/mol de NaCl acuoso formado. 4.-Con base en las tres reacciones anteriores y sus respectivos cambios de entalpa, demuestre la aplicabilidad de la Ley de Hess, tal como se hizo para las tres reacciones de combustin en la seccin de antecedentes. 5.-A partir de los respectivos cambios de entalpa a 25 oC para las siguientes reacciones de combustin calcule el cambio de entalpa para la formacin de un mol de metanoCH4 gaseoso a 25oC, a partir de los elementos C slido e H 2 gaseoso. CH4 (g) + 2 O2 (g)--------------CO2 (g) + 2 H2O (l) H1 = -212.8 Kcal. C (s) + O2 (g) --------------- CO2 (g) H2 = -94.1Kcal 2 H2 (g) + O2 (g) --------------- + 2 H2O (l) H3 = - 136.6 Kcal 108 Montaje para determinar el calor de reaccin. 109 110 1.1.1.1.1.1.1.1.3 EXPERIENCI A N 16 EQUILIBRIO QUIMICO. EL PRINCIPIO DE LE CHATELIER 1.- OBJETIVO Se estudiar el efecto de la concentracin. el rea de exposicin, la temperatura y la presencia o ausencia de un catalizador, sobre la velocidad de las reacciones qumicas. Establecer relaciones esenciales entra cada uno de estos parmetros y el tiempo en que transcurre la reaccin, para obtener determinada cantidad de producto o un determinado efecto. 2.INFORMACION BASICA. Muchas de las reacciones qumicas son reversibles, y no es normal que los reaccionantes formen productos y que estos acten simultneament e como reaccionantes. En un sistema cerrado es posible llegar a un estado de equilibrio qumico oponiendo reacciones. Este estado consigue cuando velocidades reaccin productos se las de de y 111 reaccionantes son iguales. Este se reconoce cuando las propiedades macroscpicas, como es el calor, la presin, o la solubilidad son constantes y cuando hay la energa disponible para producir un trabajo. 3.- MATRIALES Y REACTIVOS. Reactivos K2CrO4 0.1 M K2Cr2O7 0.1 M Sistema A NaOH HCl NH3 H2SO4 Materiales Tubos de ensayo Gradillas Pinzas para tubos de ensayo 1M 1M 2M 1M Sistema B KCNS 0.002 M Fe(NO3)3 0.2M NaHPO4 slido. 4.PROCEDIMIEN TO. SISTEMA A Sistema de equilibrio del ion Cromato (CrO4)= (ac) ion Dicromato (Cr2O7)= (ac). Ponga en tubos de ensayo separados 5ml de cromato de potasio 0.1 M y soluciones de dicromato de potasio 0.1 M. Observe y anote el color de la 112 solucin en cada tubo. Verter 0.5 ml de cada solucin en tubos de ensayo separados, luego gota a gota aada NaOH 1 M a cada tubo, hasta que una de ellas cambie de color. Guarde esta para el paso 5. Utilizando soluciones frescas, repita el paso 2, sustituyendo el NaOH por el HCl. Conserve estas para el paso 4 Agregue NaOH 1 M a uno de los tubos del paso 3 hasta un cambio de color. Agregue HCl 1 M en gotas completas, a uno de los tubos reservado en el paso 2, hasta cambio de color. Repita todos los pasos, sustituyendo el NaOH por el NH 3 2M y H2SO4 por el HCl. Anote las observaciones. SISTEMA B En ensayos anteriores se mezclaron soluciones de cloruro de hierro III y tiocianato de potasio, y dieron una solucin roja. Esta coloracin es debida al tiocianato de hierro III hidratado. Est reaccin es similar solo que se sustituye el nitrato de hierro con la de cloruro de hierro III. Vierta dos mililitros de tiocianato de potasio 0.002M en cada tubo de ensayo (3) A dos de ellos aada lentamente tres o cuatro gotas de nitrato de hierro 0.2 M Al tercer tubo aada unos cristales de nitrato de potasio. Observe cualquier cambio. A uno de los tubos del paso 2 aada unos cristales de Na 2HPO4 (s). Agite el tubo y observe. Luego aada unos cristales de KSCN (s) al tubo de ensayo. Repita el paso 4 con otro tubo, pero luego de observar algn cambio, aada unos cristales de nitrato de hierro en vez de KSCN (s) Aada estos datos en la tabla. 113 5.- DATOS Y OBSERVACIO NES. Sistema A. Cromato = Dicromato De acuerdo con sus observaciones, complete la siguiente tabla. SOLUCIONES PASO I PASO II PASO III PASO IV PASO V H2O (l) NaOH (ac) HCl (ac) OH- (ac) H+ (ac) CrO4= Cr2O7= SOLUCIONES H2O (l) NH 3 (ac) H2SO4 (ac) Base (ac) Acido(ac) CrO4= Cr2O7= Sistema B Basndose en las observaciones, complete la tabla siguiente. 114 Soluciones PASO I PASO II PASO IV PASO IV PASOV KSCN (ac) Fe(NO3)3 NA2HPO4(S) KSCN(s) Fe(NO3) T1 U2 B3 PASOIII O N KNO3 (S) 6.- APENDICE. Balancee la reaccin 2 CrO 4 =(ac) Cr2O7 =(ac) aadiendo hidrgenos (ac) y agua (l) de acuerdo a la reaccin, en donde se necesite. Balancee la reaccin CrO4 = (ac) Cr2O7= (ac) aadiendo OH- (ac) y H2O (l) al miembro adecuado de la ecuacin. Qu conclusin puede sacar en relacin con el equilibrio del ion cromato y de los iones de dicromato y su independencia sobre el hidrgeno y los iones hidrxilo? Fe(NO3)3 (ac) / KSCN (ac) KNO3 (ac) + (FeSCN) (NO3)2 (ac) Escriba la reaccin inica neta para la reaccin molecular anterior. Qu observ despus de agregar unos cuantos cristales de Na 2HPO4 a la solucin de color rojo en el sistema B? Qu iones se reducen en la solucin aadiendo Na 2HPO4? Cundo se aadieron iones adicionales de SCN -, Qu observ? Cuando se aadieron cristales adicionales de Fe(NO 3)3. Qu observ? Enuncie el principio de Le Chatelier Cmo se relaciona con esta investigacin? Escriba los iones respectivos segn sus observaciones. IONES REACCIONAN TES IONES DEL 115 PRODUCTO K +(ac) SCNFe+3 NO3K + NO3FeSCNOTROS TUBO N 1 2 3 K+(a) NO3SCN EXPERIENCIA N 17 NEUTRALIZACIN 1.-OBJETIVOS. Conocer los fundamentos de una reaccin cido base. Diferenciar un cido de una base. 2.- INFORMACION BASICA. Se puede definir la Neutralizacin, como una reaccin entre un cido y una base (lcali) en la que desaparecen las propiedades de los reactivos y los productos de esta son una sal y agua. HCl puede ser neutralizado por el hidrxido de sodio formando cloruro de sodio y agua. 116 HCl + NaOH NaCl + H2O En una reaccin de Neutralizacin el punto de equivalencia, (punto en el que el nmero de equivalentes de lquido utilizado (bureta) es igual al nmero de equivalentes de la muestra (matraz) ), este se puede observar utilizando un indicador que cambie de color en este punto. Aqu se completa la reaccin. Los indicadores ms utilizados son el naranja de metilo, fenolftaleina y el azul de bromocresol, los cuales cambian de color de acuerdo a la concentracin del ion hidrgeno de la solucin o lquido al cual son adicionados. Son usados para probar la 117 acidez o basicidad de las soluciones y para detectar el punto final de una titulacin. Naranja de metilo (amarilla) rojo fenolftaleina (incolora) La mayora de los indicadores son considerados como cidos dbiles, en los cuales ya se al molcula no disociada o el anin, o ambos son coloreados. incoloro HMe =========== H+ + Meamarillo Cuando aadimos cido hay un desplazamiento en el equilibrio hacia la izquierda, haciendo que la concentracin del Hme sea mayor que la concentracin del ion Me y la solucin se torna roja. Si es en un lcali el equilibrio ser hacia la derecha y sucede lo contrario entonces el 118 color de solucin amarilla. la es Para ellos es posible determinar su constante de ionizacin, as: Hin (ac) ======== H+ (ac) + In-(ac) Ka (Hin) = [ H+][ In -] / [ HIn] Lo valores de estas constantes pueden ser obtenidos con la medida del pH de una solucin de molaridad conocida para cada indicador. En el cuadro siguiente podemos observar algunas de las constantes de ionizacin de los indicadores. Indicadores Ka a 25c mol/l pH en el punto final Fenolftaleina 7 x 10-10 9.1 Azul de bromotimol 1 x 10-7 7.0 Litmus 3 x 10-7 6.5 Naranja de metilo 2 x 10-4 3.7 El objetivo de toda titulacin es determinar los volmenes precisos de las soluciones que 119 reaccionan. El punto final, es el punto en que la titulacin es detenida, y debe coincidir con el punto de equivalencia para las dos soluciones reaccionantes. Para ello se debe tener un cambio agudo de color en este punto, por la adicin de una gota, ya sea de cido o de lcali Para el punto final, [ HIn] = [ In -] Por lo tanto en el punto final, Ka = H+ El pH en el punto final = log [ H+] = - log Ka En la tabla anterior podemos ver el pH de los indicadores ms utilizados. El cambio de color se debe, al cambio de una forma coloreada a otra en el punto final ambas formas estarn 120 presentes en apreciables cantidades lo que no se puede decir es cuando estas dos formas estn en igual concentracin. Al ojo no es posible juzgar exactamente el punto final de una reaccin de esta clase. El rango de pH, es el rango en el cual el indicador puede cambiar de color. Muchos indicadores parecidos a la fenolftalena son solubles en agua, y por lo tanto son preparados para su uso en alcohol o en una mezcla de alcohol y agua. Nombre Intervalo de pH Cambio de color Preparacin Violeta de metilo 0.0 1.6 amarillo azul 0.01 0.05% en agua Cristal violeta 121 0.0 1.8 amarillo azul 0.02% en agua Naranja de metilo 3.2 4.4 rojo amarillo 0.01% en agua Rojo de metilo 4.8 6.0 rojo amarillo 0.02% en 60 ml de etanol + 40 ml de agua Alizarina 5.6 7.2 amarillo rojo 0.1% en metanol Rojo neutro 6.8 8.0 rojo mbar 0.01 g en 50 ml de etanol + 50 ml de agua Fenolftaleina 8.2 10.0 incoloro rosa 0.05 g en 50 ml de etanol + 50 ml de agua. Timolftaleina 9.4 10.6 incoloro 122 azul 0.04 g en 50 ml de etanol + 50 ml de agua El punto final para los indicadores est en el centro de su rango de pH. Este se encuentra cuando un lcali es adicionado a un cido o viceversa. En el punto de equivalencia el pH debe cambiar agudamente por lo que se debe usar un indicador. El cambio depende grandemente de la fortaleza del cido o del lcali. Buscar en los libros las grficas de pH para una solucin de amonio 0.1M y HCl 0.1M. De acuerdo con la fortaleza del cido o la base as debemos buscar en la tabla el indicador necesario para la titulacin de estas especies. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Beaker de 50 ml fenolftaleina Beaker de 100 ml Hidrxido de sodio Bureta de 25 ml Bicarbonato de sodio 123 Vidrio de reloj Leche de magnesia Varilla de agitacin Vinagre Balanza Acido muritico Gotero Agua destilada pH metro.(si lo hay) 4.PROCEDIMIEN TO. En un vaso de 100 l, disuelva 1.0g de hidrxido de sodio en 50 ml de agua. Adicione de 3 a 4 gotas de fenolftaleina. Mida el pH de la solucin. Retire el electrodo y adicione lentamente vinagre (bureta) hasta un cambio de color en la solucin, mida el pH. Realice lo anterior pero utilizando una solucin diluida de cido clorhdrico. (cido muritico) Mida el pH a las siguientes sustancias; vinagre de cocina, gaseosa, cerveza, leche de magnesia y una solucin de bicarbonato de sodio. 5.- PREGUNTAS. A qu se debe la coloracin violeta de la solucin? Cul es la coloracin que presenta el vinagre cuando adicionamos unas gotas de fenolftaleina? Qu coloracin presenta una solucin neutra despus de adicionarle unas gotas de fenolftaleina? Cmo o con qu neutralizara usted: vinagre, gaseosa, cerveza?. Cmo determinara el punto de equivalencia? Utilizando el pH, cmo hara usted una curva de Neutralizacin? 124 EXPERIENCIA N 18 PUNTO DE EQUIVALENCIA ENTRE UNA BASE Y UN ACIDO 1.- OBJETIVOS. Observar los diferentes mtodos para hallar el punto de equivalencia. Comparar los resultados utilizando varias medidas. 2.INFORMACION BASICA. La titulacin es una forma de anlisis volumtrico, donde se mezclan dos soluciones: un volumen de una muestra de concentracin desconocida con un volumen conocido del titulante (se aade desde la bureta), hasta que la reaccin entre ellos alcance el punto de equivalencia. (punto final) En estas se utilizan indicadores que marcan el punto final de la misma. As que conociendo el volumen de los dos lquidos y la concentracin de uno de ellos, 125 podemos conocer la concentracin del otro. Reacciones cido base. Cuando el cido clorhdrico diluido es adicionado a una solucin de sulfuro de sodio se produce sulfuro de hidrgeno. S 2 + 2 H + + 2Cl- ------------ H2S + 2 Clcido clorhdrico Aqu vemos que el cido es un cido fuerte ya que dona protones a los iones sulfuro para la formacin de sulfuro de hidrgeno. En forma alternada podemos decir que el sulfuro es una base mas fuerte que el cloruro y que en la competencia por los protones del sulfuro gana convincentemen te. Es decir hay competencia de electrones entre 126 los agentes oxidantes y reductores. Cuando agregamos cido clorhdrico diluido es adicionado a una solucin de benzoato de sodio, se presenta un precipitado blanco de cido benzoico C6H5COO- (ac) + 2 H + + 2 Cl -------------C6H5COOH (s) + Cl- (ac) ion benzoato cido clorhdrico cido benzoico C6H5COO- (ac) + H2SO3 ------------ C6H5COOH- (S) + HSO3-(Ac) ion benzoato cido sulfuroso cido benzoico Es as, que los dos cidos son ms fuertes que el benzoico. Sin embargo que el cido actico cuando es adicionado a la solucin del benzoato de sodio no hay ninguna reaccin aparente. El cido 127 etanoico no protona los iones benzoato, porque el cido etanoico es un cido ms dbil que el benzoico. En la titulacin potencio mtrica se determina el pH de una muestra durante una titulacin cido base. Los dos electrodos del pH- metro se sumergen en la muestra y se va registrando el pH con cada adicin de la sustancia titulante. As es posible conseguir la curva de pH (curva de titulacin). Cerca del punto de equivalencia existen cambios muy marcados para pequeas adiciones de titulante. Este tipo de titulaciones es particularmente til cuando la muestra es coloreada, haciendo difcil o imposible observar un 128 cambio de color en el indicador pH Volumen del titulante ml. Disociacin de cidos y bases dbiles. cidos: un cido tpico, HA, al disociarse en agua transfiere un protn de la molcula del cido a la molcula de agua, dando una solucin cida. HA A- + H 2O + H30 + La donacin de un protn de la molcula de cido a la molcula de agua produce un ion negativo que se llama anin (A-). Al escribir la ecuacin de equilibrio para la reaccin anterior se puede omitir el agua que es un valor constante, y podemos hacer una 129 simplificacin al escribir [ H+ ] en lugar de la concentracin del agua, por lo tanto la ecuacin de equilibrio quedara as: Ka = [ H+ ][ A- ] [ HA ] Ka esta es llamada constante de ionizacin del cido HA y es una constante de equilibrio para la ecuacin simplificada de un cido o ecuacin de ionizacin. HA H+ + AEsta constante nos permite entender con mayor precisin los trminos de cido fuerte y cido dbil el primero es el ms disociado en solucin y tendr una constante de ionizacin bastante grande. Esta indica la fuerza 130 del cido, entre ms grande sea la constante mayor ser la fuerza del cido. Un cido dbil tiene la tendencia a disociase en menor cantidad, y su constante ser pequea. Entre los cidos fuertes ms utilizados tenemos: HCl, HNO3, H2SO4. Estos tambin se les conoce como electrolitos fuertes. Bases: Los mismos principios se pueden aplicar a las soluciones de las bases. Es una sustancia capaz de aceptar un protn (segn Bronsted), la concentracin del ion H+ decrecer en la solucin y aumentar la concentracin de hidroxilos (OH). Los hidrxidos inicos de los metales, como LiOH, NaOH, 131 Ba(OH)2, son compuestos que contienen iones hidrxidos en el estado slido y al disolverse en el agua, los iones quedan en solucin. Como estos estn completamente ionizados, se les denomina bases fuertes y constituyen un ejemplo de electrolitos fuertes. Encontramos adems las bases dbiles, formadas por molculas neutras que al reaccionar con el agua dan iones OH- para dar soluciones ligeramente bsica. NH3 + NH4+ OH- H 2O + La ecuacin de equilibrio para esta se designa por Kb y al considerar que la concentracin del agua permanece constante en 132 soluciones diluidas se puede escribir Kb = [ ][ OH- ] NH4+ [ NH3 ] El valor pequeo de Kb nos indica que el equilibrio est desplazado hacia la izquierda y solamente una pequea cantidad de amonaco reacciona con el agua, por lo tanto, al amonaco se le clasifica como una base dbil. Cuando conocemos la constante Kb podemos calcular la posicin de equilibrio. Los problemas con Kb se manejan de la misma forma que los que incluyen a Ka. Entre ms grande sea el valor de Kb, mayor ser la fuerza de la base. B + H 2O BH+ + OHcido conjugado y la constante de equilibrio Kb ser: Kb =[ BH4+ ][ OH- ] [B] Disociacin de cidos poliprticos. Son compuestos que tienen dos o ms hidrgenos cidos y se disocian en una forma escalonada; por ejemplo, en el 133 caso del cido diprtico, H2CO3, cada grado de ionizacin tiene su propia constante de equilibrio. Para diferenciar las distintas constantes se utilizan subndices: H2 CO3 H + HCO3K1 + == [ H ][ HCO3 ] + [ H2CO3 ] HC O3- H+ + CO3-2 K2 = [ H+ ][ CO3- 2] [ HCO3- ] La constante K1 de un cido poliprtico es siempre mayor que K2, de suerte que para calcular el valor de la concentracin de hidrgenos basta considerar solamente K1; en otras palabras, el segundo paso en la 134 disociacin siempre produce muchos menos hidrgenos que el primero, es decir que K1 > K2 > K3 .Tambin se utiliza la primera constante para calcular la concentracin del anin que se produce en la primera etapa. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. 2 vasos de precipitado de 250 ml Acido actico 2 erlenmeyer de 250 ml Hidrxido de sodio 4 balones aforados de 250ml Solucin de fenolftaleina Pipeta graduada de 10 ml Agua destilada Bureta de 50 ml Varilla de agitacin Vidrio de reloj 135 Esptula Gotero Balanza de 0,01 g pH metro Conductivimetro 4. PROCEDIMIEN TO Preparar soluciones de cido actico 0.1M 0.1 M de hidrxido de sodio 0.2 M de cido actico. Determinar el pH y la conductividad inicial de 50 ml de la solucin 0.1M de hidrxido de sodio. Agregue 3 gotas de fenolftaleina Agregar desde una bureta, cido actico 0.1 M a la solucin anterior. Determine los pH y la conductividad cuando adicione; 5, 15, 25, 35, 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55 y 56 de la solucin cida. Registre los cambios que ocurren. Repita el procedimiento anterior, pero esta vez utilizando cido actico 0.2 M, haciendo medidas en los siguientes puntos; 5, 10, 15, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 y 35. Registre las observaciones. 5.PREGUNTAS. Realizar un grfico de pH (eje Y) contra volumen de cido actico adicionado (eje X) para cada una de las soluciones. Realice el mismo proceso con los datos de conductividad contra volumen adicionado. De los grficos anteriores, determine el volumen de Neutralizacin. Qu volumen obtuvo con el indicador? . Encontr diferencias? EXPERIENCIA N 19 ENTALPIA DE FORMACIN 1. OBJETIVOS Determinar la entalpa de formacin del 136 cloruro de amonio slido, nitrato de amonio o del sulfato de amonio a partir de datos experimentales y literales. INFORMACION BASICA Cuando un cambio ocurre en un sistema qumico, el calor es transferido. La cantidad de calor ganado o perdido en una reaccin qumica puede ser calculada de datos experimentales. El calor liberado o absorbido como consecuencia de una reaccin qumica es llamado. La variacin de entalpa de la reaccin y se le da el smbolo H. Por ejemplo, cuando una mol de cloruro de potasio es disuelta en agua, 4.1 kcal de calor es absorbido por el agua y el cloruro de potasio. La entalpa de disolucin del cloruro de potasio en agua, H, es entonces de 4.1 kcal/mol. 137 La entalpa de formacin de una sustancia (H1) es la variacin de la entalpa cuando un mol de una sustancia es formada a partir de sus elementos constituyentes en sus estados normales. Las condiciones del estado normal son 25C y una atmsfera depresin. La entalpa de cualquier elemento en su estado normal se la ha asignado arbitrariamente el valor de cero. La entalpa normal de formacin se designa por Hf Generalmente los datos de laboratorios para calcular la entalpa de formacin directamente no pueden obtenerse, o solo en un equipo complejo. Sin embargo, la entalpa de formacin puede calcularse indirectamente usando la ley de la sumatoria de calor constante, algunas veces conocida como Ley de Hess. 138 Esta establece que a presin constante, la variacin de entalpa asociada con un proceso es la misma ya sea que la reaccin ocurra en una o varias etapas. La variacin de entalpa asociada con un proceso no depende de la forma en que se desarrolle la reaccin, sino que depende nicamente del estado inicial y final del sistema. Por consiguiente, para un proceso dado las variaciones de entalpas positivas o negativas de las etapas individuales pueden ser sumadas para obtener la variacin de entalpa neta del sistema. Por ejemplo: considere la formacin hipottica de una sustancia AB como se muestra en el diagrama de la figura. Hay dos formas posibles de reaccin para dar la sustancia AB. 139 FORMA 1 : A + B ------- AB FORMA 2 : A + C -------- AC AC + B ------ AB + C A + B ------ AB +C AC H2 H1 H2 H3 H2 + H3 H3 A +B H AB1 La entalpa de formacin de AB por la Forma 1 es dada por H1 , mientras que la entalpa de formacin por la Forma 2, es la suma de H2 y H3 . En ambos casos, la entalpa de formacin de AB es la misma. N2 (g) + 2 H2 (g) + Cl2 (g) ----NH4Cl (s) H1 La reaccin para la formacin del cloruro de amonio slido a partir de sus elementos no puede ser llevada a cabo fcilmente en el laboratorio. Esta reaccin puede ser representada por: (Ecuacin 1) Donde H1 es la variacin de entalpa por mol de cloruro de amonio slido formado. La formacin del cloruro de amonio slido puede ser considerada como que ocurre en un determinado nmero de 140 etapas. Teniendo en cuenta cada una asociada a una variacin de entalpa como se muestra en la Tabla 1. Esencialmente este procedimiento nos da: H1 = H4+ H7 + H8 + H10 TABLA 1. Variacin de la entalpa para la formacin del cloruro de amonio slido. N2 (g) + 2 H2 (g) ----------NH3 (g) H2 (Ecua. 2) NH3 (g) + H2= (l) -----------NH3(ac) H3 (Ecua. 3) N2 (g) + 3/ 2 H2 (g) + H2O (l) ----------- NH3(ac) H2 (g) + Cl2 (g) ------------- HCl (g) HCl (g) + H2O (l) ----------- HCl (ac) NH4Cl (ac) ------------------- NH4Cl (s) + H2O (l) H4 (Ecua. 4) H5 (Ecua, 5) H6 (Ecua. 6) H8 H2 (g) + Cl2 (g) + H2O (l) ------------- HCl (a H5 (Ecua. 7) NH3 (ac) + HCl ( ac) ------------ NH4Cl (ac) H8 (Ecua. 8) NH4Cl (s) + H2O (l) -----------NH4Cl (ac) H8 (Ecua.. 9) (Ecua. 10) Las variaciones 141 de entalpa, H2 , H3 , H5 , H6 pueden ser obtenidas de la literatura . La suma de entalpa 1 y 3 dar el cambio de entalpa 4, mientras la suma del cambio de entalpa 8 y 9 pueden ser calculadas de los datos del laboratorio. Para obtener el cambio de entalpa 10 se invierte la ecuacin 9 y se le cambia el signo al cambio de entalpa correspondiente. La aplicacin de la Ley de Hess a este sistema para obtener la entalpa de formacin del cloruro de amonio slido H1 , envuelve la suma de las ecuaciones 4,7,8 y 10. N2 (g) + 3/ 2 H2 (g) + H2O (l) ----------- NH3(ac) H2 (g) + Cl2 (g) + H2O (l) ------------- HCl (ac) H4 (Ecua. 4) H5 (Ecua. 7) NH3 (ac) + HCl ( ac) ------------ NH4Cl (ac) H8 (Ecua. 8) NH4Cl (ac) ------------------NH4Cl (s) + H2O (l) H8 (Ecua. 10) N2 (g) + 2 H2 (g) + Cl2 (g) ----NH4Cl (s) H1 (Ecuacin 1) 142 2.1 Calculo de la constante del calormetro. Cuando una reaccin ocurre en un calormetro, algo del calor transferido de la reaccin es absorbido por el. Si una reaccin para la cual se conoce la entalpa es realizada en un calormetro, la diferencia entre la entalpa de la reaccin calculada con el cambio de temperatura observado y la entalpa consultada con la literatura para la reaccin dar el calor absorbido por el calormetro. Si este calor es dividido por el cambio de temperatura observado, el nmero resultante de caloras absorbidas por el calormetro por grado de temperatura cambia su referencia como la constante del calormetro.. El nmero de caloras absorbidas por 143 cambio de grado ser esencialmente el mismo para cualquier reaccin pasada por un calormetro, si el volumen de ka solucin es aproximadament e igual al utilizado en la determinacin de la constante del calormetro. Adems al experimentar usando un vaso de poliuretano como calormetro no vara apreciablemente cuando la temperatura observada vera por 15C. La constante del calormetro para uno en particular puede ser calculada por los datos experimentales, como se muestra en el siguiente ejemplo: NaOH (ac) + HCl (ac) -----------NaCL (ac) + H2O (l) La reaccin envuelta es representada por la reaccin de 100.o ml de HCl 1.00M con 100.0 ml de NaOH 1.05M resultando 144 un T de +6.340 Si asumimos que la solucin final contiene solamente cloruro de sodio como Na+ y Cl- y que las entalpas de disolucin y de mezcla son despreciables, que puede ser probado experimentalment e, el calor transferido por la reaccin es hallada por: Q1 = - (masa de la solucin) (capacidad de calor de la solucin) T Q1 = -(100.0ml )(1.02 g/ml) ( 0.965 cal/Cg)(6.340)C = 1,250 caloras. Donde 0.965 cal /gC es la capacidad de calor de una solucin de cloruro de sodio 0.5M. Para hallar la entalpa de reaccin es este ejemplo, el calor liberado cuando una mol de agua es formada debe ser calculado. Debido a que el cido clorhdrico es el reactivo limite, 0.1 mol de hidrgenos fue neutralizado, produciendo 0.1 mol de agua con un adicional de 0.05 mol de OHen exceso. La 145 entalpa para la produccin de un mol de agua se halla por: Q1 H = -----------------------------------------Nmero de moles de agua formadaH = -1.250 cal / 0.100 mol de agua. H = -12.500 cal / mol de agua. El valor establecido, obtenido de la literatura, para la reaccin del cido clorhdrico y la solucin de hidrxido de sodio es 13600 cal /mol. Por lo tanto la constante del calormetro puede ser calculada as: -(H lit. - Hexp.) K (del calormetro) = ------------------------------- (moles de agua ) T K = -(13.600 +12500) Cal /gC ( 0.100 mol) 6.34C K = 17.4 cal/C TABLA DE REFERENCIA: Capacidades de calor y densidades de mezcla de reaccin a 25C Solucin Concentracin Capacidad de calor 146 Densidad g/ml Cloruro de amonio 1.00M 0.939 cal/gC 1.013 Nitrato de amonio 1.00 0.932 1.029 Sulfato de amonio 0.50 0.932 1.035 Cloruro de sodio 1.00 0.932 1.037 Agua 0.999 0,997 2.2. Calculo de la entalpa de Neutralizacin. El clculo de la entalpa de neutralizacin puede ser ilustrada a partir de los siguientes datos experimentales: 100 ml de HCl 0.9764 M reaccionan con 100 ml de NH3 0.9862M resultando un T de 5.93C. La constante del calormetro fue hallada del experimento anterior. 147 De nuevo suponemos que la solucin final contiene solamente cloruro de amonio como NH4+ y Cl- y que las entalpas de dilucin y de mezcla son despreciables: Esa porcin del calor liberado en la reaccin que es absorbido por la mezcla de la reccin para incrementar su temp. Es: Q1 = - (masa de la solucin)(capacidad de calor de la solucin ) T Q1 = -(200 ml)( 1.01g/ml) ( 0.95 cqal/gC)(5.93C) Q1 = -11.38 caloras. Esa porcin de calor liberado en la reaccin que es transferido al calormetro para incrementar su temp. Es: Q2 = - (constante del calormetro) T Q2 = -(17,4 cal/C) (5.93C) = -103 caloras. El calor total liberado por la reaccin de 100.0 ml de HCl 0.9764M Y 100.0 Ml de amoniaco 0.9862M es : Q3 = Q1 + Q2 = -1138 cal + 103 cal. = -1241 caloras. Para hallar la entalpa de neutralizacin, el calor liberado 148 cuando una mol de agua se forma debe ser calculado como en el ejemplo anterior: Q3 es negativo debido a que la reaccin es exotrmica. En este caso, el HCl es el reactivo limite (0.100 mlx0.9764M) = 0.09764 moles de agua formada. Esto significa tambin que 0.09784 moles de cloruro de amonio como NH4+ y Cl- han sido formadas en la solucin. H (neut,) = Q3 / ( nmero de moles de HCl) H (neut) = -1.241 cal / (9,76x10-2) moles de HCl H (neut) = -12.700 cal / mol La entalpa de neutralizacin para HCl NH3 , -12.700 cal/mol 12.7 Kcal/mol, es menor que para HCl NaOH. La razn para la diferencia en entalpa es que la solucin de amoniaco es una base dbil, mas no as la solucin de NaOH, de tal manera que algo de esta energa es requerida para formar un mol de OH13. Clculo de 149 la entalpa de disolucin de una sal slida. El clculo de la entalpa de disolucin a partir de datos experimentales puede ser ilustrado por el siguiente ejemplo. Escogemos una cantidad de cloruro de amonio slido igual a la producida por la reaccin entre el cido clorhdrico y el amonio. Esta cantidad es: La masa de la mezcla de la reaccin es = (Vol. Del agua) (densidad del agua) + masa del NH4Cl La masa de la mezcla de la reaccin es = (200.0ml) (0.988g/ml) + 5.22 g La masa de la mezcla de la reaccin = 205 g El calor transferido por la mezcla de la reaccin es: Q1 = -(masa de la solucin) (capacidad de calor de la solucin ) T Q1 = -(205g) (0.96 cal/ C g) (-1.54C9 = 303 cal. 150 Donde 0.96 cal/g C es la capacidad de calor de una solucin NH4Cl 0.5M . Note que de acuerdo al signo convencional adoptado, la T negativa significa que Q1 es positivo, ya que el proceso es endotrmico. El calor transferido del calormetro debido a que la temperatura disminuye, es: Q2 = -(constante del calormetro) T Q2 = -(17.4 cal/C) (-1.54C) = 26.8 cal. El calor transferido por la disolucin de 5.22 g de cloruro de amonio en 100 ml de agua es hallado por: Q3 = Q1 + Q2 = 303 + 26.8 cal = 330 cal. Para hallar la entalpa de disolucin, debemos calcular el calor transferido cuando una mol de cloruro de amonio es disuelta. Este es positivo ya que este proceso de disolucin es endotrmico, La entalpa de 151 disolucin halla por: H (dis) = se Q2 / moles de cloruro de amonio. = (330 cal)53.5g/mol) / 5.22g H (dis) = 3380 cal /mol de cloruro de amonio Dos de los valores de entalpa de la tabla han sido evaluados. NH3 (ac) + HCl ( ac) ------------ NH4Cl (ac) NH4Cl (s) + H2O (l) ------------ NH4Cl (ac) H8 = -12700 cal /mol H8 = 3380 cal/mol Si esta ltima se invierte el signo de la entalpa tambin se cambia. As si sumamos las ecuaciones 8 y 10, obtenemos la ecuacin para la reaccin hipottica. NH3 (ac) + HCl ( ac) ------------ NH4Cl (s) + H2O (l) H8 = 16080 cal /mol En esta experiencia se recolectar el cambio de temperatura con el tiempo para la reaccin del amoniaco acuoso con el cido clorhdrico, ntrico, sulfrico. A partir de este cambio , la capacidad calrica y la masa de los reaccionantes, calcular la entalpa de neutralizacin 152 para el sistema. Adems recolectar datos de temperaturatiempo para la disolucin del cloruro de amonio, nitrato de amonio, sulfato de amonio. A partir del cambio de temperatura, la capacidad de calor y la masa de la solucin resultante, calcular la entalpa de disolucin. Entonces combinar estas entalpas experimentales de neutralizacin y de disolucin con las entalpas de formacin dadas en la literatura, para el sistema estudiado. Or aplicacin de la Ley de Hess, calcular la entalpa de formacin del cloruro de amonio slido, nitrato de amonio o sulfato de amonio. 1. MATERIALES Y REACTIVOS Beaker de 100 ml Probeta de 100 ml Bureta de 50 ml Agitador de vidrio Termmetro cido clorhdrico 2M Hidrxido de sodio 2.05M cido ntrico 2M cido sulfrico 1M Hidrxido de amonio 2.05M 153 Cronometro Vaso de poliuretano con tapa Tapn de caucho Soporte Nuez Pinza Cloruro de amonio Nitrato de amonio Sulfato de amonio Papel milimetrado regla. 2. PROCEDIMIENTO - - 4.1 Constante del calormetro Medir 50 ml de HCl 2M a temperatura ambiente en una probeta limpia y seca Viertalo en una taza de poliuretano limpia y seca Mida 50 ml de NaOH 2.05M a temperatura ambiente y viertalos en un beaker de 100 ml limpio y seco. Colocar un termmetro en un tapn de caucho Suspndalo y soprtalo por aseguramiento del tapn con una pinza y nuez. Introduce l bulbo en la solucin de la taza de poliuretano, no permita que el termmetro toque las paredes de la taza. Asegurese que el termmetro est bien colocado Ajuste la temperatura de la solucin de hidrxido por calentamiento o enfriamiento de tal manera que sea igual a la del cido. Par un periodo de 5 minutos, mida y registre los datos de tiempo y temperatura para las dos soluciones a intervalos de un minuto Mientras se agita la solucin de cido, rpidamente vierta la solucin de hidrxido al cido, Est seguro que la solucin de hidrxido haya sido aadida a la solucin de cido. Registre el tiempo de la mezcla y contine registrando datos de T- tiempo por un periodo de 15 minutos. Haga una segunda o una tercera medicin si el tiempo se lo permite. Calcule la constante del calormetro como se describi en la literatura. 4.2 Entalpa de Neutralizacin. Para esta parte de la investigacin, se le asignar un sistema qumico. La reaccin a estudiar ser NH4OH con cido clorhdrico. Las concentraciones de los cidos usados sern: HCl 2.00M, HNO3 154 2.00M, cido sulfrico 1.00M. La concentracin del hidrxido ser de 2.05M. - Medir 50 ml de cido asignado a temperatura ambiente en una probeta limpia y seca. Virtalos en un vaso de poliuretano limpio. Medir 50 ml de hidrxido de amonio 2.05M a temperatura ambiente y virtalos en un beaker de 100 ml limpio. Ajuste la temperatura del hidrxido de tal manera que sea igual a la del cido. Por un periodo de 5 minutos registre datos de esta temperatura para las dos soluciones. Mientras agita la solucin del cido vierta rpidamente la del hidrxido. Registre el tiempo de mezcla y siga tomando los datos de tem. tiempo por un periodo de 15 minutos a intervalos de un minuto. Estos deben ser graficados. Haga otra determinacin si el tiempo lo permite. Calcule la energa de neutralizacin como s explic en los prrafos anteriores, tomando un mol de amonio y un mol de cido. 4.3. Energa de disolucin - - La sustancia usada en esta parte ser la sal formada de la reaccin del amoniaco con el cido asignado. Calcule la concentracin de esta sal en gramos por 100 ml, esta ser la masa usada en esta seccin. Colocar 100 ml de agua destilada en un vaso de poliuretano limpio y seco. Por 5 minutos, registre medidas de tiempo- temperatura del agua destilada a intervalos de 30 segundos. Mientras agita el agua, aada rpidamente la masa calculada de la sal de amonio. Registre el tiempo de mezcla y siga tomando datos de T-tiempo por espacio de 15 minutos a intervalos de un minuto. Debido a que el T para este proceso est entre -1 y -4 C la seleccin de la escala para la ordenada debe tener un rango desde un grado por encima de la temperatura ambiente hasta 5 grados por debajo de esta. Haga otras determinaciones si el tiempo lo permite. Calcular la entalpa de disolucin de la sal usada como fue descrito anteriormente. 3. CALCULOS. 155 a. Calcular la constante del calormetro. b. Hallar la entalpa de Neutralizacin de la reaccin asignada. c. Halle T del diagrama de datos temp. tiempo. d. Calcular la entalpa de disolucin de la reaccin y sal asignadas. e. Halle T del diagrama de datos temp.- tiempo. f. Calcular la entalpa de formacin. Aplicando la Ley de Hess para las tres reacciones asignadas. La reaccin para el cloruro de amonio es: N2 (g) + 2 H2 (g) + Cl2 (g) ----NH4Cl (s) H1 (Ecuacin 1) Estos clculos pueden ser hechos pro: La suma de las entalpas de la reaccin 4 + la entalpa de la reaccin 7 + la entalpa de la reaccin 8 + la entalpa de la reaccin 10. - - 6. PREGUNTAS. Dado : N2 (g) + 3/ 2 H2 (g) ----NH3 (g) H = -11.04 Kcal/mol N2 (g) + Cl2 (g) ----HCl (g) H = -22.063 Kcal/mol Hallar la entalpa para NH4Cl (s) == NH3 (g) + HCl (g) Si para la reaccin 1 la ecuacin es : NH4+ (g) + Cl- (g) === NH4Cl (ac) Hallar la entalpa para la reaccin del cloruro de amonio slido. HOJA DE DATOS. Nombres ____________________ ____________________ ___________________ _ _____ ______________ _ Fecha: ____________________ 1. Constante de equilibrio Tiempo Temp NaOH Temp. HCl Temp. Mezcla 0 1 2 3 4 5 6 7 Mezcla 156 8 9 10 11 12 13 14 15 2. Entalpa Neutralizacin Tiempo 0 1 2 3 Tempera. NH3/H2O de Temp cido Temp. Mezcla 4 5 6 Mezcla 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3. Entalpa de disolucin Tiempo Temp. Agua Temp. Mezcla 0 1 2 3 4 5 6 Mezcla 7 8 9 10 11 12 13 14 157 PRACTICAS OPCIONALES O PARA TRABAJO DE LOS ESTUDIANTES . TRABAJO N 1 CUNTA PRESION SE NECESITA PARA FORMAR LAS PALOMITAS DE MAIZ? 1.INFORMACION BASICA A la presin que ejercen sobre los 158 objetos las molculas de los gases en la atmsfera se le llama presin atmosfrica. Se necesita llenar con una cantidad mayor de aire el interior de un globo o bomba par que este se infle o expanda. Esto ocurre porque la presin interna aumenta sobre la externa, haciendo que el globo se expanda para que el gas ocupe un volumen mayor y as lleguen a equipararse las presiones. La diferencia entre la presin interna y la externa es la que hace que el globo se infle. Al soplar mas aire dentro del globo (aumentar el nmero de moles) a un volumen dado, V, se crea una presin interna, P, mayor que la externa (atmosfrica). Para equiparar 159 las presiones el globo expande (aumenta el V) de manera que la razn del nuevo valor de n al nuevo valor de V sea la misma P. Muchas explosiones ocurren al llevarse a cabo reacciones muy rpidas y exoenergticas que liberan grandes cantidades de gases, como, por ejemplo el bombazo del Oklahoma. Al expandirse el gas y chocar estas molculas con alta energa contra el edificio ocasion su destruccin. Note en la ecuacin siguiente la gran cantidad de moles de gases que se generaron en esa explosin a partir de reaccionantes slidos y lquidos que ocupan poco volumen. 160 31 NH4NO3 (S) + C10H22(l) ----------- 31 N2 (g) + 73 H2O (g) + 10 CO2(g) + CALOR. hay diferentes tipos de maz. Algunos se comen directo de la mazorca, otros se usan en granos para ensaladas y otros secos son los que se usan para los pop corn, estas se forman al crearse una presin interna que hace explotar el grano. Entre las diferentes clases de maz para pop corn hay variaciones en la dureza de la cscara y su contenido de agua. Disearemos un experimento para determinar la presin que aguanta la cscara de un maz antes de explotar y convertirse en pop corn. El contenido del maz es principalmente 161 almidn y ste se mantiene inalterado antes y despus de explotar. Solo cambia su aspecto fsico. Es algo as como el cambio que ocurre al abrir una sombrilla: la masa y el material sigue siendo el mismo, pero ocupa ms volumen al abrirse. El gas que crear la presin interna en el maz es agua. 2.PROCEDIMIEN TO. El experimento se llevar a cabo en grupos de tres estudiantes. Cada uno debe participar activamente en este proceso, para el diseo de una tcnica para llevar a cabo la experiencia. Para ello es necesario que busquen 162 algunos datos necesarios para determinar la presin interna de la semilla antes de explotar. 1.- Usando la ecuacin de estado PV = nRT, debemos conocer los valores de n, V, T, del agua al momento de explotar. Qu experiencia llevaras a cabo o como lo haras para determinar cada una de estas variables? R = 8,205X10-2 atm.L/mol.K n (moles de agua dentro de la semilla) T(aproximada dentro de la semilla) La determinacin de esta es difcil. En este experimento se presume que la temperatura es de 225 grados centgrados. V(aproximado dentro de las 163 semillas) 2.Cuntas semillas debes usar para realizar el experimento? 3.Qu envase de laboratorio usars para llevar a cabo el experimento? 4.- Qu precauciones especiales debes tomar para que los datos numricos que obtengas sean los mas correctos posibles? a) al determinar el valor de n (moles de agua) b) al determinar el valor del V(volumen de las semillas) Discutir con el instructor la metodologa que plantea el grupo. Lleva a cabo el experimento de acuerdo a lo planificado y aprobado por el profesor. 3.PREGUNTAS. Cmo afectaran los datos experimentales si no todas las semillas explotan? 164 Qu correcciones haras a tu experimento si esto pasase? Afectara el experimento si los pop corn se queman luego de explotar? Cmo afectara al resultado del valor de la presin? Una vez terminado el experimento y obtener los datos necesarios, calcular el valor promedio de la presin del pop corn al explotar. Preprate para hacer una exposicin de la misma. Evala los factores que pudieron afectar sus resultados. 165 TRABAJO N 2 IDENTIFICANDO UN DESCONOCIDO 1.INFORMACION BASICA Se te entregar un slido blanco que podra ser NaHCO3, KHCO3 o CsHCO3. Tu Tarea es identificar este desconocido por una reaccin qumica conocida. Al combinar los carbonatos con un exceso de cido sulfrico se forma bixido de carbono como uno de sus productos. Completa y balancea la siguiente reaccin qumica general considerando que M puede ser, Na, K o Cs. MHCO3 (ac) + H2SO4 (ac) 166 2.PRECAUCION ES. El cido sulfrico es corrosivo, evita que el mismo toque tu piel. Si le cae en la piel remuvalo de la parte afectada con abundante agua. No importa que tan pequea sea esta, debes exponer la piel al agua durante 15 minutos. 3.DISEO EXPERIMENTA L. Disea detalladamente un experimento basado en la reaccin anterior, que permita determinar la identidad del desconocido. Detalla cuidadosament e como debe llevarse a cabo la experiencia, los datos cuantitativos que se deben obtener y cmo estos datos sern analizados. 4.PREGUNTAS GUIAS Cuntos gramos del bicarbonato seran apropiados utilizar? A cuntos sitios 167 decimales necesitas conocer la masa? Cuntos ml de cido 4M se requieren como mnimo para que todo el bicarbonato reaccione? Cmo determinaras la masa del CO2 que se genera en esta reaccin? Sugiere al menos dos maneras en que puedes determinar la masa del bixido de carbono y escoge aquella que sea la mas adecuada para llevarse a cabo en este experimento. Qu datos experimentales y qu clculos necesitas hacer para identificar el desconocido? Describe el procedimiento experimental que seguirs en el laboratorio. 5.PREGUNTAS 168 DE SEGUIMIENTO. Ser posible determinar la identidad del desconocido si la incertidumbre de la medidas hechas con la balanza fuese de 0.2 g? Si el desconocido fuese bicarbonato de calcio, Qu masa de CO2 se hubiese producido si 2.00 g del desconocido hubiese reaccionado con exceso de cido? Cul ser la frmula emprica de una sustancia que se compone de 20% de calcio y 80% de bromo? Si por error el instructor te hubiese entregado el carbonato en vez del bicarbonato del metal desconocido (M2CO3 en vez 169 de MHCO3) Cmo esto hubiese afectado tu resultado? Si el desconocido hubiese sido el Ba(HCO3)2 en vez de los posibles desconocidos en este experimento, Cmo esto hubiese afectado tu resultado? 170 TRABAJO N 3 ACTIVIDAD DE LABORATORIO PARA DISTINGUIR ENTRE DOS SALES USANDO METODOLOGIAS SENCILLAS. 1.- PROBLEMA En un laboratorio un qumico manipula unos recipientes con reactivos; luego de una distraccin, observa que los envases no se encontraban rotulados. El qumico slo sabe que los recipientes contienen una de dos sales: sulfato de potasio (K2SO4) o cloruro de sodio (NaCl). Explique con argumentos, cmo puede usted basarse en observaciones y pruebas de laboratorio para determinar el contenido de los envases. Trabaje independientem ente y describa 171 su experimento, incluyendo metodologa y bases tericas. Algunas referencias, notas de clases e informacin para actividades de laboratorio, pueden ser usadas. El objetivo de esta prctica es realizar una actividad en el cual el estudiante genere su propia metodologa para desarrollar un problema, utilizando el mtodo cientfico. 2.PROCEDIMIEN TO Usted debe solucionar el problema realizando una gua de laboratorio, metodologa, etc. para poder diferenciar las dos sales. Su informe debe presentarlo al profesor con anterioridad a la prctica. El 172 contenido de este incluye los fundamentos tericos en los cuales se basar para diferenciar las dos sales, los materiales y los reactivos, los procedimientos y las preguntas escritas y desarrolladas por usted mismo. Buena suerte. 173 TRABAJO N 4 LEY DE BOYLE 1.-OBJETIVOS. Hacer medidas del cambio de volumen de un gas, con cambios de presin a una temperatura determinada, para comprobar la Ley de Boyle. 2.INFORMACION BASICA La ley de Boyle fue anunciada en 1660 por Robert Boyle, quien por un experimento sencillo hall que un volumen de aire confinado en un tubo de vidrio sobre el cual se poda ejercer presin, vara inversamente con el cambio de la misma, permaneciendo la temperatura constante. Luego trabaj 174 con otros gases y observ el mismo comportamiento . Esto lo llev a formular la ley que lleva su nombre la cual dice: El volumen de una masa dada de un gas cualquiera a temperatura constante vara en razn inversa de la presin, o que el producto del volumen por la presin de una masa de gas es constante a una temperatura constante. Matemticamen te la podemos expresar as: P = Kmt 1/V PV = Kmt Donde: P= presin total V= Volumen K mt = Constante que depende de la masa y de la temperatura. En el desarrollo de esta prctica encerramos un 175 volumen de aire en un aparato de Boyle y tomaremos las variaciones de presin y sus respectivos volmenes a presiones menores y mayores que la presin atmosfrica. La temperatura ser la del ambiente y se mantendr constante durante todo el experimento. (ver fig.) DESCRIPCION DEL EQUIPO: La masa de aire se confina en un tubo calibrado (A). Est conectado por una unin metlica al extremo de una manguera de caucho, que contiene suficiente mercurio. Por medio de la uniones metlicas (BB) se conectan los tubos abierto y cerrado a travs de abrazaderas anulares que se 176 pueden mover verticalmente sobre los soportes metlicos (C) que permite mantener los tubos de vidrio en la posicin deseada. Entre los soportes metlicos est una escala milimtrica (D). Por medio de ella y un aditamento se obtienen las lecturas de los niveles de mercurio en ambos tubos. El aditamento de lectura consiste en n cursor que se desplaza a lo largo de la escala milimtrica, al que est unido un espejo (E) con una raya horizontal en el centro para eliminar el error de paralaje y un vernier (F). El aditamento se mantiene en cualquier posicin por medio de un resorte de friccin. La 177 abrazadera tubular est provista de un tornillo con ajustes, por medio del cual se ajustan los niveles de mercurio en los tubos, las lecturas se pueden tomar con aproximaciones de 0,1 mm. 3.MATERIALES Y REACTIVOS. Aparato Boyle, termmetro barmetro. de y 4.PROCEDIMIEN TO. - - - Lea la presin atmosfrica al comienzo y al final en el laboratorio. Lea la temperatura ambiente del laboratorio. Coloque el equipo en un sitio donde haya buena luz que permita la lectura clara de las escalas. Lleve a un mismo nivel el mercurio en ambos tubos. Cierre la vlvula del tubo cerrado y pruebe si hay escapes, disminuyendo y elevando la presin lo ms que permita el aparato. Deje que el equipo permanezca en estas condiciones unos minutos y observe si hay o no cambios en los niveles de mercurio; si no hay cambios proceda a la toma de lecturas. Con la presin en el tubo cerrado tan bajo como se pueda, haga la primera lectura, leyendo el volumen en el tubo cerrado y los niveles de mercurio en ambos tubos. Haga una serie de 10 lecturas para varios rangos de presin, desde, el ms bajo hasta el ms alto posible, variando el volumen de 0,5 ml Haga las variaciones lentamente para evitar cambios de temperatura, evite derramar el mercurio por el tubo abierto. Reporte los datos en la hoja de datos. 178 5.-CALCULOS. Calcule la diferencia de altura de la rama abierta y la cerrada para cada una de las lecturas. (P) Calcule la suma algebraica de la presin baromtrica con las diferencias de altura en mm Hg para cada una de las lecturas. (B+P) Calcule la suma anterior en atmsferas. Calcule el volumen en cc, pselos a litros, para todas las lecturas. Calcule el inverso del volumen en litro para cada una de las lecturas. Calcule el producto PV en atmsfera. Litro Calcule el promedio del producto PV de acuerdo al nmero de lecturas tomadas. Reporte todos los datos en su hoja. 6.PREGUNTAS Haga un grfico de presin vs. Volumen (ordenada, abscisa). Haga un grfico de presin vs. Inverso de Volumen, comenzando la escala en cero. Haga un grfico de presin adicional e inverso del volumen. Escoja el eje P cerca del centro de la pgina y asegrese que P se extienda a ms de 770 mm por debajo del eje, en la escala 1/V comience en cero. Determine la presin baromtrica por extrapolacin y compare su valor con la leda en el barmetro. 179 180 181 182 183 ... View Full Document

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