DIFERENTES TIPOS DE EQUILIBRIO IONICOCrdenas Garca Mancel Andrs, Padilla Navarro Julio Enrique, Prez Passo Angy PaolaEstudiantes IV semestre Ingeniera Qumica,Facultad de ingeniera, Universidad del Atlntico,Puerto Colombia 2015-1Equilibrio, Principio de Le Chatelier, Constantes de equilibrio.

El presente informe mostrar los resultados obtenidos despus de realizar una serie de procedimientos para observar la relacin entre reactivos y productos cuando llegan al equilibrio, dependiendo del tipo de equilibrio que estos adopten. A continuacin plasmaremos el trabajo realizado en el laboratorio, elaborando una detallada descripcin de cada uno de los pasos que se siguieron y los resultados cualitativos que arroj la experiencia.

Introduccin. Como objeto de estudio en esta ocasin, se analizara la manera en la que se ve afectada un sistema qumico que se encuentra en equilibrio. Dicho estudio se llevara a cabo basndose en la teora expuesta en el renombrado principio de Le Chatelier, el cual ser de gran ayuda para entender los diferentes fenmenos fisicoqumicos que se observaron en la prctica de laboratorio. A continuacin se dar al lector las herramientas necesarias para que este pueda comprender de una manera sencilla pero eficaz los diferentes tipos de equilibrios qumicos que fueron estudiados por los realizadores de esta prctica.Marco terico. Con el fin de poder asimilar los cambios observados en el laboratorio durante la prctica de laboratorio realizada, es necesario traer a colacin los conceptos tericos que explican lo que ocurri durante las reacciones que se realizaron. Se sabe que la qumica analtica, se encarga de estudiar los iones y dependiendo el comportamiento de la reaccin, ser el cambio en la solucin; como consecuencia de esto se ha encontrado que existen diversos tipos de equilibrios qumicos, en los que los principales y ms importantes implicados son los iones. Antes de entrar a definir los diferentes tipos de equilibrios inicos existentes, es de suma importancia saber lo que se conoce como equilibrio qumico y el que puede ser quiz el ms importante de sus principios, el principio de Le Chatelier. Se conoce como equilibrio qumico al estado de un sistema reaccionante en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo, a pesar de que las sustancias presentes siguen reaccionando. Es decir el equilibrio qumico se establece cuando dos reacciones opuestas tienen lugar simultneamente a la misma velocidad. Teniendo en cuenta lo anteriormente descrito, tambin se deben tener presente las factores que pueden afectar un equilibrio qumico; estas alteraciones que puede sufrir un equilibrio qumico. Dichas alteraciones son perfectamente descritas por un principio fundamental en el estudio de los equilibrios qumicos, el principio de Le Chatelier, el cual de forma muy voraz y directa dice que: Si en un sistema en equilibrio se modifica alguno de los factores que influyen en el mismo (temperatura, presin o concentracin), el sistema evoluciona de forma que se desplaza en el sentido que tienda a contrarrestar dicha variacin.

Metodologa. La experiencia se realiz para poder observar los diferentes tipos de equilibrio que se dan, uno de ellos es el equilibrio primeramente observ el equilibrio de oxido-reduccin, para esto se tom 5 mL Fe(NO3)3 0.01 M y se le agregaron gotas de KI 0.04 M, se agit la mezcla y se anotaron las observaciones; luego, a la misma mezcla se le agreg 20 gotas de Fe(NO3)3 y se registraron los cambios.Para contemplar el equilibrio cido-base se tom 10 mL de agua destilada y se le adicionaron 5 gotas de HCl y algunas gotas de anaranjado de metilo hasta que el color observado persistiese, ms tarde, le aadi NaOH y se homogeniz la mezcla, ocurrido esto se procedi a examinar variaciones.Para examinar la formacin de complejos metal-ligante se fusion 5 mL de Fe(NO3)3 0.01 M con unas cuantas gotas KSCN 0.1 M; ocurrido esto se registraron los cambios, luego, a la solucin se le agregaron gotas de Ag(NO3) y se unific la solucin para registrar las alteraciones. Por otro lado se mezcl 5 mL de CuSO4 0.01 M con gotas de NH3 concentrado hasta observar intensificacin del color, cuando esto se llev a cabo, se le adicionaron a la disolucin gotas de HCl hasta que se presentaran cambios que posteriormente fueron registrados.Finalmente con el propsito de admirar la formacin de precipitados, se mezcl 5 mL de una solucin de BaCl2 con unas gotas de AgNO3 hasta la formacin de precipitado, la solucin se agit y se dividi en dos porciones; a la primera porcin se le adicion gotas de NaCl y se analizaron los cambios; a la segunda porcin se le aadi gotas de K2SO4 y se examinaron las alteraciones.

Resultados y discusin.

Equilibrio de oxidacin-reduccin

Imagen 1.

A medida que se va agregando gota a gota el Yoduro de Potasio 0.40 M, se observa que stas penetran con un color caracterstico rojo, pero la solucin se va tornando naranja a medida que se homogeniza (Imagen 1). Y luego de agregar Nitrato Frrico a la solucin no hubo cambios en el color (Imagen 2).

Imagen 2.

Podemos definir la oxidacin como la prdida de electrones y la reduccin como la ganancia deelectrones. La oxidacin se define como el aumento del estado de oxidacin de un elemento y la reduccin como una disminucin del estado de oxidacin. En una reaccin Redox (oxidacin-reduccin) como la que se da en este caso no hay exceso ni deficiencia deelectrones porque la oxidacin y reduccin ocurren simultneamente.

Equilibrio de Transferencia cido-Base

Imagen 3.

HCl con indicador anaranjado de metilo en agua destiladaAl agregar el HCl y el indicador anaranjado de metilo al agua destilada y mezclar, esta toma una coloracin rosada (Imagen 3) que se torna de un color dorado-transparente al agregar hidrxido de sodio a la solucin (Imagen 4).

Imagen 4.

Segn la definicin de Brnsted-Lowry los cidos se definen como especies capaces de ceder protones y las bases como especies capaces de aceptar protones; en esta reaccin de transferencia acido-base se toma ese concepto para hablar de transferencia de protones, donde el HCl cede un protn al mezclarse con agua y reacciona formando el ion Cl- y el ion H3O+, lo que se evidenci gracias a la presencia de indicador anaranjado de metilo por medio de una tonalidad rosada; y luego al agregar el NaOH a la solucin reaccion formndose as NaCl (acuoso) y agua generndose el equilibrio evidenciado en la coloracin dorada transparente que tomo la mezcla.

Formacin de Complejos Metal-Ligando

Imagen 5.

a) El Nitrato Frrico es un lquido amarillo originalmente, luego se agreg una solucin de Tiocianato de Amonio, despus de mezclar estas dos soluciones, la solucin resultante tomo un color rojo inmediatamente (Imagen 5), luego de esto se agreg una solucin de Nitrato de Plata a la mezcla previamente mencionada, despus de agitar de observo la formacin de un precipitado (Imagen 6), este tena un color blanco.

Imagen 6.

En una solucin de Nitrato Frrico y Tiocianato de amonio se pueden encontrar disociados los iones Tiocianato (-SCN) y el ion frrico (Fe+++), as estos iones forman un complejo de coordinacin, segn la siguiente reaccin, 6SCN + Fe3+ [Fe(SCN)6]3, este complejo de coordinacin es la razn por la cual la solucin se torna de un color rojo en primer lugar, despus de esto, en el momento en el que se agrega al AgNO3, se produce una reaccin colateral, as el ion plata reacciona con el ion Tiocianato, produciendo as una sal muy insoluble, esta sal forma el precipitado ya descrito, as el equilibrio es desplazado, puesto que se cambia la concentracin del ion Tiocianato en el equilibrio, la reaccin inversa domina, esto segn el principio de Le Chatelier

Imagen 7.

b) en esta parte de la experiencia de mezclo una solucin de sulfato de cobre, con una solucin de amoniaco, esto produjo una solucin de color azul (Imagen 7), posteriormente a esta mezcla se agreg una solucin de cido clorhdrico, despus de esto la solucin se torn de un color amarillo (Imagen 8).

Imagen 8.

En esta parte de la experiencia se utiliz el sulfato de cobre anhidro (CuSO4), este es un compuesto inico el cual tiene un color verde, este ion al hidratarse produce una solucin de color azul intenso, as este color fue observado en la experiencia de laboratorio, a parte de este color ocasionado por la hidratacin de una sal, adems se presenta la formacin de un ion complejo entre el cobre y el amoniaco, este complejo adems tambin tiene un color azul, este color producido por el complejo contribuye en cierta medida a la coloracin de la solucin ,la formacin de este complejo est dado por la siguiente ecuacin:

Cu(2+) + 2OH(-) ---> Cu(OH)2.Cu(OH)2 + 4NH3 ---> [Cu(NH3)4](2+) + 2OH(-)

Despus de la formacin de este ion complejo se agrega una solucin de cido clorhdrico a la solucin, esta solucin sirve para neutralizar el medio bsico en el cual se forma el ion complejo, as el cido clorhdrico reacciona con el amoniaco, quitando las condiciones para que el complejo metal ligando se forme.

Formacin de precipitados

Imagen 9.

Al agregar 3 gotas de Nitrato de plata al Cloruro de Bario (ambos incoloros inicialmente) se observ inmediatamente como toda la mezcla cambio de incolora a un poco blanquiza y al mismo tiempo tambin se pudo observar un precipitado blanco lechoso (Imagen 9). El sobrenadante blanquizco, podramos asumir que era el Nitrato de Bario (Ba(NO3)2) producido por la reaccin de sustitucin efectuada entre el Cloruro de Bario y el Nitrato de Plata. El Nitrato de bario es blanco (por esto la coloracin blanquizca) y soluble en el agua de la solucin; por otro lado tambin podramos asumir que el precipitado es el segundo producto de la reaccin, el cual es el Cloruro de Plata (AgCl), este es blanco tambin, pero a diferencia del Nitrato de Bario, este es insoluble en agua y tiene una densidad mayor, por lo cual asumimos correctamente que este precipitado corresponde eventualmente al Cloruro de Plata.

Luego procedimos a dividir esta mezcla en dos porciones.

a) A esta pequea porcin de la mezcla se le adicion Cloruro de Sodio (NaCl). Posteriormente se observ un precipitado slido en solucin incolora (Imagen 10).

Imagen 10.

Al agregar el Cloruro de Sodio al sistema inmediatamente comenzamos a perturbar el equilibrio ya que al adicionar dicha sustancia la mezcla se convierte en un nuevo reactivo y reaccionar con el Nitrato de Plata para producir ms Cloruro de Plata y como subproducto el Nitrato de Sodio. Se perturba el equilibrio debido al aumento de uno de los productos de la reaccin general aadiendo un nuevo reactivo, haciendo que la concentracin del Cloruro de Sodio (reactivo) y del Nitrato de Sodio (producto) hagan parte de la relacin de la constante de equilibrio de la reaccin general. Cabe resaltar que el precipitado blanco slido es el Cloruro de Plata.

b) A esta porcin de la mezcla anteriormente dividida se le aadi Sulfato de Potasio (K2SO4), se apreci nuevamente un precipitado slido en solucin incolora (Imagen 11).

Imagen 11

De igual manera que con el Cloruro de Sodio, al agregarle el Sulfato de potasio tambin se ve perturbado el equilibrio qumico. Este compuesto reacciona con todos los reactantes implicados en el equilibrio formando ms productos y adicionando ms miembros en la relacin de la constante de equilibrio de la reaccin.

Preguntas.1. Cules son sus observaciones sobre la evidencia de reaccin qumica en cada caso?Tanto para el equilibrio de oxidacin-reduccin como para el equilibrio de transferencia acido-base, la evidencia de reaccin qumica fue el cambio de color de cada disolucin; teniendo como diferencia que en el primero se present solo un cambio de color (el color naranja) y en el segundo se presentaron dos cambios de colores uno rosado y otro dorado transparente.Para la formacin de metal-ligando se evidenci la reaccin qumica mediante cambios de color (en la parte a, presento un color rojo y en la parte b, un color azul y luego amarillo) y formacin de precipitado, en la parte a.Para la formacin de precipitados, como su nombre lo seala la evidencia de reaccin qumica fue la formacin de precipitados en las disoluciones.

2. Escriba las ecuaciones inicas de las reacciones que suceden en cada uno de los cuatro procedimientos y exprese las constantes de equilibrio. Equilibrio de oxidacin-reduccin:-Ecuacin:

-Constante de Equilibrio:

Equilibrio cido-Base:-Ecuacin:

-Constante de Equilibrio

Formacin de complejos-Parte AEcuacin:

-Constante Equilibrio:

Cuando se agrega AgNO3:

-Ecuacin:

-Nueva Constante de Equilibrio:

-Parte B-Ecuacin

-Constante de Equilibrio

Cuando se agrega HCl:

-Ecuacin:

-Constante de Equilibrio

Formacin de Precipitados-Ecuacin

-Constante de Equilibrio

3. Cundo se agrega Fe (NO3)3 0.010M en el procedimiento 1, gotas de NaOH en el procedimiento 2, AgNO3 0.01 M en el procedimiento 3a, gotas de HCl en el 3b, gotas de NaCl en el 4a y gotas de K2SO4 en el procedimiento 4b, se producen perturbaciones a los equilibrios establecidos. Explique a qu se deben estas perturbaciones y hacia dnde se desplaza el equilibrio en cada caso.En el procedimiento 1, al agregaruna cantidad adicional de Fe (NO3)3, aumenta la cantidad de ste en la reaccin, se altera el equilibrio y trata de llegar a un nuevo equilibrio desplazando la reaccin hacia la derecha porque se trata de consumir la cantidad adicional de Fe (NO3)3 con el Yoduro de Potasio (KI) entonces aumenta la concentracin de las especies que estn a la derecha de la reaccin.En el procedimiento 2 ocurre una neutralizacin entre un cido y una base. El cido (HCl) se encontraba disociado, alagregar elHidrxido deSodio (NaOH),Se empieza a formar la Sal y el equilibrio se dirige hacia los productos. En el procedimiento 3a al agregar AgNO3 a la reaccin entre el Fe(NO3)3 y el KSCN, que se encuentra en equilibrio, el nitrato de plata se disocia en Ag+ y (NO3)3- lo que conlleva a que exista un ion comn (NO3)3 - que mueve el equilibrio hacia los reactivos porque la concentracin all aumenta.En el procedimiento 3b se produce un cambio en el pH, y el equilibrio se conduce a los reactivos ya que tambin hay un ion comn Cl - .En el procedimiento 4 el Ion cloruro que se agrega en el NaCl se consume en los productos con las dems especies generando menor concentracin en los productos lo que hace que el equilibro se traslade hacia los reactivos.En el Procedimiento 4b se forma un precipitado de Ba (NO3) lo que indica el equilibrio de la reaccin y posteriormente al agregar K2SO4, la reaccin se equilibra nuevamente y deja ver un precipitado de Ba (SO4).

4. Qu se puede concluir cada uno de los equilibrios estudiados?De cada uno de los equilibrios estudiados podemos concluir que los cambios de coloracin y la formacin de precipitados en las disoluciones nos proporcionan informacin cualitativa de si hubo o no una reaccin qumica, adems nos ayudan a identificar un estado de equilibrio qumico en las reacciones.

Conclusin. Al elaborar la experiencia se logr distinguir por medio de ensayos los diferentes tipos de equilibrios inicos propios de las reacciones xido-reduccin, cido-base, de formacin de complejos y de solubilidad.

Bibliografa. -[1] SKOOG Douglas, WEST D. M., F. HOLLER J & CROUCH S. R; Fundamentos de Qumica Analtica. Thomson, 8va edicin, USA, Capitulo 9.-[2] BURRIEL.F, LUCENA. F, ARRIBAS. S, HERNANDES. J; Qumica Analtica Cualitativa, Paraninfo, 16 edicin, Madrid-Espaa, 1998-[3] CAICEDO. C, Equilibrio Qumico, Universidad del Atlntico, Facultad de Ciencias Bsicas, Departamento de Qumica, Barranquilla-Colombia, 2007.