INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE

BIOTECNOLOGA

QUMICA GENERAL

APLICADA MANUAL DE LABORATORIO

ELABORADO POR:

Alejandro Cruz Alejandro Muoz Herrera

Amelia Romana Jimnez Rodrguez Benito Rizo Ziga

Efrn Venancio Garca Bez Juan Ramrez Balderas

Luis Francisco Esquivel Ruiz Ma. Del Socorro Camargo Snchez

Ma. Isabel Garca Ventura Teresa Jaens Contreras

AGOSTO 2006

2

REGLAMENTO DEL LABORATORIO.

1. Reglas de seguridad en el laboratorio..

1. Usar siempre bata blanca de algodn.

2. No ingerir alimentos en el laboratorio.

3. Las mesas de trabajo y los pasillos deben de estar libres de mochilas.

4. Ubicar salidas de emergencia, extintores, regaderas y botiqun.

5. Realizar exclusivamente los experimentos que indique el profesor.

6. En el caso de trabajar con mecheros, apagarlos cuando no se ocupen.

7. Cuando se trabaje con lquidos flamables evitar tener meheros encendidos cerca.

8. Leer siempre las etiquetas de los frascos reactivos y considerar la peligrosidad de los

mismos.

9. Cuando manipule reactivos no se lleve las manos a la boca.

10. Nunca adicione agua sobre un acido concentrado .Para diluir cidos, estos deben agregarse

poco a poco al agua y agitar constantemente, de lo contrario el calor que se desprende en la

reaccin puede proyectar el cido.

11. Al calentar tubos de ensayo directamente haca el fuego, mantngalo inclinado y nunca en

forma vertical. No mire haca el interior del tubo, ni lo dirija hacia otra persona.

12. Cuando requiera de calentar tubos de ensayo hgalo en bao Maria sobre la parilla.

13. Cuando este trabajando con dispositivos de reflujo, o destilacin nunca trabaje con

temperaturas muy altas, ya que el lquido que esta en el interior puede ser proyectado hacia

el exterior, ni tampoco deje el dispositivo sin supervisin.

14. Si trabaja con dispositivos de reflujo o destilacin verifique que las piezas estn

correctamente colocadas, pinzas perfectamente cerradas, para as evitar perdida de

material por rompimiento.

15. No verter a la tarja residuos slidos, o reactivos. Identifique recipientes de desechos cidos,

bsicos, u orgnicos e inorgnicos.

16. Al final de la prctica dejar limpio el material y la mesa de trabajo.

17. En caso de tener algn accidente en el laboratorio avisar rpidamente a su profesor.

3

2. Reglas generales de seguridad para el uso de reactivos.

1. Usar bata de algodn

2. No fumar, ni consumir alimentos cuando se manipule con reactivos.

3. Manipular las sustancias voltiles, inflamables y explosivas en la campana de extraccin o

en su defecto en un lugar ventilado.

4. No usar lentes de contacto durante el desarrollo de algn experimento que intervenga

sustancias voltiles o peligrosas.

5. Usar lentes de seguridad.

6. Lavarse las manos con frecuencia cuando este en contacto con sustancias qumicas.

7. Evitar encender mecheros o generar calor cerca de lugares donde se manipulen

disolventes orgnicos.

8. Nunca pipetear con la boca, auxiliarse con propipetas.

9. Tener a la mano material absorbente, para utilizarse en el caso de derrames.

10. Etiquetar los recipientes de reactivos y disolventes que se tengan en uso; aquellos que se

encuentran sin identificacin y se ignores el contenido, desecharlo en un lugar adecuado.

11. Rotular siempre el material con el que se esta trabajando.

12. Investigar la peligrosidad de cada uno de los reactivos a utilizar en cada prctica para

minimizar los riesgos.

INDICE

No. DE PRACTICA NOMBRE DE LA PRACTICA

PAG

PRACTICA N 1 INTRODUCCION AL TRABAJO EXPERIMENTAL

5

PRACTICA No. 2

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS EN FUNCIN DE SU TIPO DE ENLACE Y SUS FUERZAS INTERMOLECULARES.

13

PRACTICA No. 3 REACCIONES QUMICAS

21

PRACTICA No. 4 PREPARACIN DE DISOLUCIONES 27

PRACTICA No. 5 ESTANDARIZACIN DE DISOLUCIONES 37

PRACTICA No. 6 ESTEQUIOMETRA

42

PRACTICA No. 7 SNTESIS DE HEXA AMN COBALTO (III)

48

PRACTICA No. 8 ELECTROLITOS FUERTES Y DBILES 52

PRACTICA No. 9 PREPARACIN DE CELDAS ELECTROLTICAS Y MEDICIN DE POTENCIAL DE CELDA

58

PRACTICA No. 10 VALORACIONES POTENCIOMTRICAS CIDO

BASE

65

4

PRACTICA N 1

INTRODUCCION AL TRABAJO EXPERIMENTAL

OBJETIVOS. 1. El alumno conocer el reglamento con que se trabaja en el laboratorio de Qumica General Aplicada. 2. El alumno conocer y trabajara de acuerdo con las Buenas Prcticas de Laboratorio, en los siguientes aspectos: requisitos del personal, instalaciones y ambientes adecuados de trabajo, materiales.

3. El alumno adquirir la habilidad y destreza para el dominio de tcnicas de

trabajo como lo son: uso de material volumtrico.

FUNDAMENTO.

La clave del xito en el trabajo experimental es preguntarse de manera

continua Qu es lo que vamos a hacer?, Lo estamos haciendo de manera

correcta?, Qu pasar si no utiliz adecuadamente el material o las instalaciones?,

Qu consecuencias traer consigo si la tcnica no es bien aplicada? As se llama

este material? Para todas estas preguntas debe de haber una respuesta,

respuestas que se darn durante el transcurso de esta prctica.

Las Buenas prcticas de Laboratorio (BPL) son condiciones y lineamientos

que se deben de seguir cuando se trabaja en el laboratorio. Dentro de estas BPL se

encuentran establecidas normas de seguridad para manipular reactivos, normas de

seguridad para indicar tuberas, medidas de seguridad que debemos de respetar

para no generar accidentes, como lo son el uso correcto del material, tcnicas de

trabajo correctas, requisitos que debe de tener el personal para trabajar en el

laboratorio y tambin requerimientos que debe de el mismo para hacer el uso

adecuado de sus instalaciones.

5

PROTOCOLO DE INVESTIGACION

1. Investigar el uso del material de laboratorio de a acuerdo a la siguiente

clasificacin.

a. Material de sostn.

b. Material recipiente

c. Material volumtrico

d. Material de uso especfico

2. Defina material peligroso.

3. De acuerdo a la Norma oficial Investigar el cdigo de colores para la

clasificacin de reactivos (mencione tambin la combinacin que se hace con

cada tipo de reactivo).

Tipo de reactivos Color Smbolo

Inflamable

Oxidantes

Corrosivos

Txicos

Ningn dao a la salud

4. Investigue de acuerdo a la Norma Oficial el cdigo de colores para la tubera por las cuales pasan fluidos.

5. Investigue que se debe de hacer en el caso de que ocurra alguna quemadura, ingestin, derrame o cualquier otro accidente.

6

DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Material y reactivos. 1 matraz baln de 50ml 1 refrigerante recto con manguera de ltex 1 termmetro Conexiones de vidrio 1 porta termmetro 1 embudo de filtracin 1 bureta de 25 ml. 1 vaso de precipitados 2 pipetas de 10ml 10 tubos de ensaye 1 anillo de fierro. 3 pinzas para matraz 1 parilla elctrica. b) Secuencia experimental.

b.1 Cdigo de colores en reactivos. Le sern proporcionados frascos de reactivos y con la informacin que investigo verifique si se cumple con el cdigo de colores. Llene el siguiente cuadro.

Tipo de reactivos

Color y smbolo segn

la Norma

Color y smbolo en el frasco de la

etiqueta

Nombre del reactivo

Cuidados que se deben de

tener al manipularlos.

Inflamable

Oxidantes

Corrosivos

Txicos

Ningn dao a la salud

Nota: Si es necesario modifique el cuadro para su llenado.

7

b.2 Cdigo de colores en tuberas dependiendo el tipo de fluido que

circule por su interior. Le sern indicados los fluidos que circulan por la tuberas del laboratorio,

verifique si corresponde con el color que indica la Norma Oficial.

Fluido Color de tubera segn la Norma

Color de tubera en el laboratorio

Nota: Si es necesario modifique el cuadro para su llenado.

b.3 Material del laboratorio.

Con el material que se le proporcione realice un cuadro que contenga lo siguiente.

Esquema del material

Clasificacin Nombre correcto

Uso adecuado

Cuidados al manipularlo

b.4 Armado de dispositivos de Destilacin, filtracin, titulacin y

reflujo.

Con ayuda del profesor arme los dispositivos de trabajo que se le indiquen. Elabore una lista con todos los cuidados que se le deben de tener al material en el momento que estos sean utilizados. Aydese con las figuras que se encuentran en el anexo.

b.5 Tcnicas de trabajo.

b.5.1 Manejo de la pipeta.

- Colocar una gradilla con 5 tubos de ensaye de 10ml

- En un vaso de precipitados de 100ml verter la solucin con la cual va a

trabajar

- Tomar una pipeta de 5ml, lavarla perfectamente (Para medir correctamente

el volumen dejarla libre de grasa y cualquier slido que pueda tener pegado

en sus paredes).

8

- Llenar la pipeta por arriba del aforo, aydese con una perilla de succin

nunca succione con la boca

- Evite que se formen burbujas en la pipeta, si esto sucede vace la pipeta y

vulvala a llenar.

- Coloque la punta de la pipeta contra la pared interna del recipiente que

contiene el lquido y permita que el lquido caiga hasta que la parte inferior del

menisco toque apenas la lnea del aforo, observando a la altura de los ojos.

- Descargar 2ml del lquido en cada uno de los tubos de ensaye. El volumen

del lquido que queda en la punta de la pipeta, no se sopla, ya que la pipeta

esta calibrada para descargar el volumen exacto.

- Repetir estos pasos si es necesario hasta el dominio de la tcnica.

b.5.2 Aforar Material Volumtrico - Tomar una probeta de 100ml limpia

- Vaciar aproximadamente 95 mL del lquido en la probeta, para aforar debe

de hacerlo con una pipeta.

- Para leer el volumen correcto siempre se debe de observar de frente y a la

altura de los ojos.

- Repetir la metodologa para el llenado de un matraz aforado.

b.5.3 Comparacin de volmenes con: probeta (100mL) y vaso de precipitados (250mL).

- Lave cada uno de los materiales que se le indican.

- En la probeta vierta agua hasta los 100mL

- Los 100mL de agua virtalos en un vaso de precipitados.

- Es lo mismo medir 100mL de agua en un vaso y en una probeta?

CUESTIONARIO. 1. De la informacin que se le proporciono en el laboratorio elabore un listado de lo que le parece a usted ms importante para trabajar en el laboratorio.

9

2. Mencione la importancia que tiene de aforar correctamente un matraz aforado, cuando se esta preparando una solucin valorada.

3. Por qu los volmenes pequeos no deben medirse con recipientes grandes?

4. Mencione los elementos necesarios para un botiqun en el laboratorio.

5. Mencione los cuidados que debe de tener al mezclar un cido con agua.

ANALISIS DE RESULTADOS.

Concluya en base al trabajo de laboratorio

CONCLUSIONES

Escriba sus conclusiones de acuerdo al trabajo del laboratorio.

BIBLIOGRAFIA

*Guzmn, D.D., Jimnez .Z.J., Polanco.H.V.,Ulloa.C.E. Introduccin a la Tcnica Instrumental. Instituto Politcnico Nacional. Primera Edicin 2001.Mxico.D.F

*Ladrn de Guevara O. Gua de seguridad para Laboratorios con Agentes Qumicos. Instituto de Investigaciones biomdicas.

*Mallinckodt, Laboratory Chemicals Catalog. 1999- 2000.

*Manual Merk, Productos y reactivos qumicos 1999-2000.

ANEXO 1) Dispositivo de Destilacin.

10

2) Dispositivo de Filtracin.

3) Dispositivo de Titulacin.

4) Dispositivo de reflujo.

11

.

12

PRACTICA No. 2

PROPIEDADES FSICAS DE LAS SUSTANCIAS EN FUNCIN DE SU TIPO DE ENLACE Y SUS FUERZAS INTERMOLECULARES.

OBJETIVOS. 1.- El alumno comprender que las propiedades fsicas de las sustancias

dependen del tipo de enlace y de sus fuerzas intermoleculares.

2- El alumno conocer y comprender los diferentes tipos de enlaces qumicos

y sea capaz de determinar su influencia sobre las propiedades fsicas de las

sustancias al realizar diferentes ensayos en el laboratorio.

3.- El alumno conocer las diferentes fuerzas intermoleculares que existen, y

determinar la influencia que estas tienen sobre las propiedades de las sustancias

experimentalmente.

FUNDAMENTOS.

Mientras que slo hay alrededor de 118 elementos catalogados en la tabla

peridica, obviamente hay ms substancias en la naturaleza que los 118

elementos puros. Esto es porque los tomos pueden reaccionar unos con otros

para formar nuevas substancias denominadas compuestos. Un compuesto se

forma cuando dos o ms tomos se enlazan qumicamente. El compuesto que

resulta de este enlace es qumicamente y fsicamente nico y diferente de sus

tomos originarios.

Enlaces Inicos En los enlaces inicos, uno, dos o tres electrones se transfieren

completamente de un tomo a otro. Durante este proceso de perder o ganar

electrones, los tomos que reaccionan forman iones. Lo iones cargados de manera

opuesta se atraen entre ellos a travs de fuerzas electrostticas que son la base del

enlace inico.

Enlace Covalentes

El segundo mayor tipo de enlace qumico ocurre cuando los tomos

comparten electrones. Al contrario de los enlaces inicos en los cuales ocurre

13

una transferencia completa de electrones, el enlace covalente ocurre cuando

dos (o ms) elementos comparten electrones. El enlace covalente ocurre

porque los tomos en el compuesto tienen una tendencia similar hacia los

electrones (generalmente para ganar electrones). Esto ocurre comnmente

cuando dos no metales se enlazan. Ya que ninguno de los no metales que

participan en el enlace querrn perder electrones, estos elementos compartirn

electrones para poder completar su octeto.

Enlace metlico

Los enlaces metlicos se encuentran en los metales slidos como el cobre,

el hierro y el aluminio. En los metales, cada tomo esta unido a varios tomos

vecinos. Los electrones enlazantes son relativamente libres de moverse a travs

de la estructura tridimensional. Los enlaces metlicos dan origen a propiedades

metlicas tpicas, como la elevada conductividad elctrica y el brillo metlico.

Al hablar de enlace qumico se acostumbra emplear trminos como enlace

inico , enlace covalente, enlace covalente coordinado o enlace metlico. Sin

embargo debe quedar muy claro que, aunque de suma utilidad, dichas expresiones

se refieren nicamente a modelos de situaciones extremas que, a final de cuentas,

ataen a un fenmeno concreto: el enlace qumico, que proviene de la interaccin

elctrica entre un conjunto de ncleos y otro de los electrones.

Fuerzas Intermoleculares. En el estado gaseoso, los tomos o molculas estn relativamente lejanos

porque las fuerzas entre las partculas no son suficientemente altas como para

unirlas entre s y vencer su energa cintica. En los lquidos y slidos hay fuerzas

mucho ms altas que mantienen juntas a las partculas y limitan sus movimientos.

En los compuestos inicos, los iones con carga positiva y negativa estn unidos por

atracciones electrostticas. En los slidos y lquidos moleculares, las fuerzas intermoleculares son las responsables de mantener unidas a las molculas. Los enlaces covalentes, que son fuerzas dentro de las molculas, influyen en la forma de

las molculas, en las energas de enlace y en otros aspectos del comportamiento

qumico de los compuestos. No obstante, las propiedades fsicas de los lquidos y

slidos moleculares, son debidas en gran parte a las fuerzas intermoleculares, es

decir, las fuerzas que existen entre las molculas.

14

La intensidad de las fuerzas intermoleculares de las diferentes sustancias

varan dentro de un amplio margen. A pesar de ello generalmente son mucho ms

dbiles que los enlaces inicos y covalentes. Se requiere menos energa para

evaporar un lquido o fundir un slido que para romper los enlaces covalentes de las

molculas. Cuando una sustancia molecular como el HCl cambia de slido a lquido

y a gas, las molculas permanecen intactas.

Se conocen tres tipos de fuerzas de atraccin entre las molculas neutras:

fuerzas dipolo-dipolo, fuerzas de dispersin de London y puente de hidrgeno. Las

dos primeras se llaman tambin fuerzas de van der Waals, en honor de Johannes

van der Waals, quien desarrollo la ecuacin para predecir la desviacin de los gases

del comportamiento ideal.

. ACTIVIDADES PREVIAS.

1.- Buscar la definicin de electronegatividad y determinar la importancia de esta

propiedad en el tipo de enlace qumico.

2.- Investigar las caractersticas principales de los compuestos con enlace inico,

covalente y metlico.

3.- Buscar la definicin de los siguientes conceptos: fusin, ebullicin y solubilidad.

4.- Definir el concepto de extraccin y definir cual es su fundamento.

5.- Investigar que es cromatografa y cuales son sus usos.

6.- Definir que es la polaridad de enlace y de molcula.

DESARROLLO EXPERIMENTAL. a) Material y Reactivos. Sistema elctrico para evidenciar el fenmeno de la conduccin elctrica. Puntilla de grafito

Popote de hule

Palillo de madera

Tubo de vidrio de 10 cm. de largo y 0.5 cm de dimetro

15

20 tubos de ensayo

1gradilla

4 vasos de precipitados de 100 mL

2 soporte universal

1 pinzas para bureta

1 pinzas para tubo de ensayo

1 mechero bunsen

3 tubos capilares para punto de fusin

2 pipetas graduadas de 2 mL

2 pipetas graduadas de 5 mL

1 regla de plstico o globo pequeo.

acetona

etanol 96%

NaCl

Sacarosa

cido benzoico

Sulfato cuprico

Naftaleno

Hexano

Anhdrido ftlico

Aceite vegetal

Propanol

cido actico

Tetracloruro de carbono

Yodo

16

b) Secuencia Experimental. Evidenciar la conduccin elctrica. 1.-Unir un cable duplex de 60 cm a un portalmparas con un foco pequeo, el otro

extremo del cable ponerle una clavija, romper un polo del cable duplex

aproximadamente a la mitad y quitarle el plstico.

2.- Con el sistema preparado en el punto uno, se observar la conduccin elctrica

de diferentes sustancias. Se debe conectar la clavija a un contacto con corriente

elctrica, verificar que funciona el sistema uniendo con cuidado los cables, se debe

encender el foco. Con el sistema conectado a la corriente se prueba la facilidad de

conducir la corriente elctrica de diferentes sustancias.

3.- Determinar la facilidad de conduccin elctrica de un popote, un trozo de grafito,

un palillo, una varilla de vidrio y una cinta de magnesio.

4.- Poner en vasos de precipitados de 100 mL agua destilada, agua de la llave,

acetona, etanol, solucin al 5% de NaCl, solucin al 5% de sacarosa, conectar el

sistema a la corriente elctrica e introducir los cables de cobre a cada solucin,

cuidando que no se toquen y lo ms retirados posible, determinar la facilidad de

conduccin elctrica de cada sustancia.

Solubilidad. 1-Preparar doce tubos de ensayo, en tres adicione una pizca de cido benzico, en

otros tres una cantidad pequea de sulfato cprico, en otros tres una cantidad

similar de naftaleno y en los ltimos tres unos cristales de cloruro de sodio.

2- Con los doce tubos anteriores, preparar tres series de cuatro tubos de la siguiente

manera: un tubo con cido benzico, otro con sulfato cprico, otro con naftaleno y

uno ms con cloruro de sodio. Adicione a una serie de tubos 0.5 mL de agua, a

otra serie 0.5 mL de alcohol etlico 96% y a la tercera serie 0.5 mL de hexano.

Agitar y observar la solubilidad de las sustancias.

Determinacin de puntos de ebullicin

17

1- En un tubo de vidrio 8 a 10 cm de longitud y de 5 a 6 mm de dimetro cerrado por

un extremo, introducir mediante una pipeta 0.5 mL de acetona.

2- Dentro de este tubo introducir un tubo capilar, cerrado a la llama por un extremo,

el extremo cerrado debe quedar hacia arriba.

3-Sujetar el conjunto anterior a un termmetro y colocarlo en un vaso de

precipitados conteniendo aceite vegetal, caliente lentamente con un mechero

Bunsen.

4- A medida que se calienta el bao se van escapando burbujas lentamente del

extremo del tubo capilar y cuando se alcanza el punto de ebullicin el escape de

burbujas se vuelve rpido de repente, en este momento leer la temperatura del

termmetro

5.- Realizar el procedimiento anterior con agua y cido actico glacial.

Extraccin 1-Poner en un tubo de ensayo 2 mL de agua de la llave, adicionar un cristal de yodo

y agitar hasta que se disuelva.

2-Adicionar 0.5 mL de tetracloruro de carbono

3- Agitar, separar las fases, observar y explicar.

Cromatografa en papel.

1-Cortar una tira de papel filtro de 2 X 12 cm.

2-Aplicar una pequea muestra de tinta (no de gel) a un centmetro de una de las

orillas de la tira de papel.

3-Introducir esta tira de papel filtro en una probeta de 25 mL conteniendo 2 mL de

etanol y permitir que el disolvente recorra todo el papel.

4- Retirar el papel filtro de la probeta y observar sus resultados.

Polaridad

1-Colocar una bureta en un soporte universal, adicionar 10 mL de tetracloruro de

carbono.

18

2-Colocar bajo la bureta un vaso de precipitados de 100 mL.

3- Abrir ligeramente la llave de la bureta dejando salir un chorro delgado del lquido,

y acerque una regla de plstico o un globo que previamente haya frotado en una

franela, observar.

4. Repetir el experimento pero ahora llene la bureta con agua.

ANLISIS DE RESULTADOS.

1.- Comparar sus puntos de ebullicin con los reportados en la literatura, si son

diferentes explicar a que se puede deber la diferencia. Explicar porque estas

sustancias que tienen prcticamente el mismo peso molecular tienen diferente punto

de ebullicin.

2.- Explicar sus resultados de conduccin elctrica, porqu la solucin de NaCl si

conduce y la de sacarosa no?

3.- Explicar sus resultados de solubilidad en funcin del tipo de enlace de los

compuestos y de las fuerzas intermoleculares.

4.- Justificar sus resultados de punto de fusin en funcin del tipo de enlace de las

sustancias.

5.- Indicar la razn de la separacin de los compuestos en la cromatografa en

papel. Por qu no todos los disolventes producen el mismo grado de separacin?

6.-Por qu el chorro de tetracloruro de carbono no es desviado por la regla y en

cambio en chorro de agua si es desviado.

CONCLUSIONES.

1.- Indicar si se cumplieron los objetivos de la prctica.

2.- Qu caractersticas generales tienen los compuestos con enlace inico,

covalente y metlico? Cmo se demostraron o comprobaron?

19

3.- Qu son las fuerzas intermoleculares? Cules son las principales? En que

fenmenos fsicos se manifiesta su influencia sobre las propiedades fsicas de las

sustancias?

BIBLIOGRAFA.

Chang Raymond, College Williams, Qumica, Mc Grawn-Hill, 2005, 7a edicin.

John C. Kotz, Paul M. Treichel, Qumica y reactividad qumica, Thomson, 2003, 5

edicin.

20

PRCTICA No.3 REACCIONES QUMICAS

OBJETIVOS:

El alumno:

-Conocer la clasificacin de las reacciones qumicas.

-Realizar en el laboratorio diferentes reacciones qumicas y reconocer por

evidencias experimentales cuando ocurren estas.

-Adquirir destrezas en la identificacin y clasificacin de los diferentes tipos de reacciones qumicas. MARCO TERICO: Algunos cambios qumicos complejos como el crecimiento de las plantas y

animales son el resultado de millares de reacciones qumicas diferentes, la

observacin e interpretacin de los cambios es la base sobre la cual se fundamenta

la ciencia qumica. Tambin a nivel de laboratorio podemos realizar varios tipos de

reacciones en donde como evidencia de que ha ocurrido una reaccin qumica

podemos tener: la formacin de un precipitado, desprendimiento de un gas, un

cambio de color o bien un cambio de temperatura.

Las reacciones qumicas las podemos clasificar en cuatro grandes grupos, las cuales se pueden representar de manera general como sigue:

1) Reacciones de sntesis o combinacin. Son aquellas en las que dos o ms

sustancias se unen para dar una nueva.

X + Y XY

2) Reacciones de descomposicin o de anlisis. En estas reacciones una

sustancia se descompone en otras de estructura ms simple

XY X + Y

21

3) Reacciones de desplazamiento o de sustitucin simple. Son aquellas en las

que un elemento que forma parte de un compuesto es desplazado y

sustituido por otro.

X + YZ XY + Z 4) Reacciones de doble desplazamiento o doble sustitucin. En estas reacciones

dos compuestos intercambian entre s algn elemento qumico dando como resultado otros dos compuestos distintos.

WX + Y Z WZ + XY Dentro de esta clasificacin tenemos reacciones de tipo cido-base, de oxido-

reduccin, de precipitacin, endotrmicas y exotrmicas.

ACTIVIDADES PREVIAS: 1.-Elabora un diagrama o un cuadro sinptico para las reacciones qumicas. 2.-Basndote en la bibliografa, da tres ejemplos para cada una de las diferentes

reacciones.

3.-Elabora un diagrama de bloques para el procedimiento experimental que llevaras a cabo en el transcurso de la prctica.

4.-Enuncia las caractersticas fsicas, qumicas y toxicolgicas de los compuestos que vas a utilizar en esta prctica.

5.- Realiza los clculos correspondientes para: a) Preparar 25 mL de una solucin de cloruro de bario 0.1 M

b) Preparar 100 mL cido clorhdrico 1.0 M (d = 1.21 g/ mL, pureza =36 %)

c) Preparar 30 mL de una solucin de cloruro de bario al 20% p/v

d) qu concentracin tiene una solucin de nitrato de plomo que se prepara

disolviendo 0.5 g del compuesto en 50 mL de agua?

e) qu concentracin tiene una solucin de cido sulfrico que se prepara con

una alcuota de 4.25 mL del cido y se afora a 25 mL, si la densidad del

cido es de 1.84 g/mL y la pureza del 98 %?

22

DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Material: 1 gradilla 1 termmetro

1 pinza para tubo de ensaye 8 pipetas graduadas de 5 mL

12 tubos de ensaye Papel tornasol o tiras indicadoras de

pH

1 Mechero

1 cpsula de porcelana

1 palillo de madera

1 esptula

b) Reactivos: Nitrato de plomo (0.5 g / 50 mL) Trozos de alambre de cobre

Yoduro de potasio (1 g / 100 mL) Trozos de cinta de magnesio

cido sulfrico 3 M Zinc en polvo

Cloruro de bario 0.1 M

cido clorhdrico 1.0 M

Nitrato de cobre 1.0 M

Nitrato de zinc 1.0 M

cido ntrico 1.0 M

Clorato de potasio 0.5 g

c) Secuencia experimental: Experimento I. Ensayo A:

-En un tubo de ensaye colocar 1 mL de una solucin de nitrato de plomo

(Pb (NO3)2).

23

-Agregar 1 m L de una solucin de yoduro de potasio (KI)

- Anotar las observaciones.

Ensayo B:

-En un tubo de ensaye adicionar 1 mL de una solucin de cloruro de bario 0.1 M.

-Agregar cuidadosamente 1 mL de una solucin de cido sulfrico 3 M.

- Registrar observaciones.

Experimento II. -En diferentes tubos de ensaye adicionar 5 mL de cada una de las soluciones que se

indican en el cuadro siguiente.

- Adicionar cuidadosamente un trozo de metal perfectamente limpio y seco a cada

uno de los tubos como lo indica la tabla No. 1

Nota: No adicionar todos a la vez, la adicin debe ser de uno en uno para poder

observar detenidamente y hacer anotaciones. La cantidad de zinc en polvo a

adicionar debe ser mnima, as como la de los dems metales.

- Tomar tiempos de reaccin

-Hacer anotaciones

Tabla No. 1

Tubo No.

Solucin

[ 1.0 M ]

Metal a adicionar

OBSERVACIONES.

1

HCl

Zn

2

HCl

Cu

3

HCl

Mg

4

Cu(NO3 )2

Zn

24

5

Cu(NO3 )2

Mg

6

ZN(NO3 )2

Cu

7

HNO3

Cu

8

HNO3

Zn

9

HNO3

Mg

Experimento III. -Con una pinza para tubo de ensaye sujetar un trozo de cinta de magnesio.

-Calentar al mechero. Precaucin: No mirar directamente la cinta al calentarla. -Colocar la cinta en una cpsula de porcelana.

- Una vez concluida la reaccin, aadir inmediatamente tres gotas de agua sobre el

residuo,

- Introducir una tira de papel tornasol o tira indicadora de pH

-Observar y hacer anotaciones.

Experimento IV. -Adicionar un 0.5 g de clorato de potasio (KClO3) en un tubo de ensaye. -Calentar el tubo a la llama del mechero, cuando el clorato se funda y desprenda

burbujas,

Acercar un palillo con punta incandescente (palillo que previamente fue encendido

en el mechero en uno de sus extremos, extinguida la llama, quedando as el extremo

incandescente).

- Observar y anotar lo que sucede.

Experimento V. -En un tubo de ensaye colocar de 1 a 2 lentejas de hidrxido de sodio

-Aadir 5 mL de agua destilada y registrar temperatura.

-Anotar observaciones.

25

Experimento VI. - En un vaso de precipitados de 100 mL, colocar 25 mL de agua medir temperatura.

-Adicionar 3 gramos de nitrato de amonio y registrar temperatura.

-Anotar observaciones.

RESULTADOS: 1) Para cada uno de los experimentos registrar observaciones.

2) Para cada uno de los experimentos anotar las reacciones que se llevaron acabo.

ANALISIS DE RESULTADOS

- Clasificar las reacciones trabajadas en esta prctica. Justificar.

- Analizar la reactividad de los metales en las diferentes soluciones utilizadas

en el experimento II.

- Sugerencias para la prctica.

CONCLUSIONES -Se cumplieron los objetivos?

-Importancia de las reacciones qumicas.

BIBLIOGRAFIA: -Chang Raymond, College William, Qumica, Mc Grawn-Hill, Mxico 2005, 7 edicin

-Kotz J, P, Harman P, Treichel, Weaver, Qumica y Reactividad qumica,Thomson,

6 edicin.

-Whitten K, D. Gailey K, Qumica General, Mc Graw Hill, Madrid 1998.

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PRCTICA No. 4

PREPARACIN DE DISOLUCIONES OBJETIVOS

1. El alumno identificar las diferentes formas de expresar la concentracin de las soluciones

2. El alumno realizar los clculos necesarios para determinar la cantidad de reactivos que sern utilizados en la preparacin de disoluciones

3. El alumno preparar diferentes soluciones FUNDAMENTOS Las soluciones son mezclas homogneas de dos o ms sustancias. Sus componentes, sin importar el estado fsico en que se encuentren, no pueden ser separados por filtracin debido al tamao submicroscpico de sus partculas. El componente que est presente en mayor cantidad se llama disolvente y los otros componentes solutos. Las propiedades de una mezcla homognea son las mismas en todos los puntos de una muestra dada. Existen soluciones slidas, lquidas y gaseosas y algunos ejemplos de stas son el aire limpio (mezcla de nitrgeno y oxgeno), agua endulzada y algunas aleaciones de latn ( cobre y zinc) Los tomos, molculas o iones de una solucin estn perfectamente mezclados y esto facilita que entren en contacto y reaccionen. En las soluciones en fase lquida o gaseosa, las partculas se mueven y chocan incrementando las posibilidades para que reaccionen entre s. Debido a que las partculas estn muy juntas en las soluciones lquidas y por tanto chocan ms a menudo, estas soluciones son los medios que se emplean para producir frmacos, alimentos y otros productos comerciales. Tambin son el medio en el que se llevan a cabo las reacciones en nuestro cuerpo y en el de otros organismos vivos. Tipos de soluciones Para conocer la cantidad de soluto que hay en un volumen dado de solucin es necesario conocer la concentracin de la solucin: las cantidades relativas de soluto y disolvente. A contin0uacin se describen las diferentes maneras de expresar la concentracin. a) Soluciones empricas Son aqullas en las que las cantidades de soluto o de solvente se conocen en forma relativa pero no exacta. Este tipo de soluciones se utilizan principalmente en anlisis cualitativo y dentro de stas se encuentran:

Solucin diluida

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Est formada por una mnima cantidad de soluto en relacin a la cantidad de disolvente.

Solucin saturada Es la que a la temperatura ambiente del disolvente, ste disuelve el mximo

de soluto posible.

Solucin sobresaturada Es aqulla que contiene ms soluto que el indicado por la concentracin de

equilibrio, para preparar este tipo de solucin se debe disolver el soluto a una temperatura mayor que la temperatura de equilibrio.

b) Soluciones de concentracin conocida Son aqullas en las que se conoce el contenido de soluto respecto a la cantidad de disolvente o de solucin. Este tipo de soluciones se utilizan en anlisis cuantitativo y dentro de stas se encuentran: Solucin porcentual ( % ) Solucin formal ( F ) Solucin Molar ( M ) Solucin Normal ( N ) Partes por milln ( ppm ) Solucin molal ( m ) Fraccin mol ( ) Solucin ttulo ( T ) Solucin porcentual Existen tres maneras de expresar las soluciones porcentuales, estas son: I. Porciento masa o porcentaje en masa. El porciento masa se refiere a la masa de soluto por masa de solucin. Porciento masa (m/ m) = ( masa de soluto / masa de solucin ) x 100 El porciento masa es adimensional. El porciento masa es independiente de la temperatura. El porcentaje en masa se utiliza con frecuencia para expresar la concentracin de reactivos slidos o reactivos acuosos comerciales. Por ejemplo, el HCl se vende como solucin al 36%, lo cual significa que el reactivo tiene 36 g de soluto por 100 g de solucin. II. Porciento volumen o porcentaje en volumen El porciento volumen se refiere al volumen de soluto por volumen de solucin Porciento volumen (v/v) = ( volumen de soluto/volumen de solucin ) x 100 El porciento volumen es adimensional. El porciento volumen es dependiente del cambio de temperatura.

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El porcentaje en volumen comnmente se utiliza para especificar la concentracin de una solucin preparada al diluir un lquido puro en otro lquido. Por ejemplo, una solucin acuosa de metanol al 5% indica que dicha solucin se prepar al diluir 5 mL de metanol puro con agua hasta 100 mL de solucin. I. Porciento masa-volumen o porcentaje masa-volumen

El porciento masa-volumen se refiere a la masa de soluto por volumen de solucin.

Porciento masa-volumen (m/v) = [masa de soluto (g) / volumen de solucin (mL)] x 100 En el porciento masa-volumen las unidades no se cancelan, por lo que deben especificarse. El porciento masa volumen es dependiente de la temperatura. El porcentaje masa-volumen se emplea para indicar la composicin de soluciones acuosas diluidas de reactivos slidos. Por ejemplo, una solucin acuosa de nitrato de plata al 5% se refiere a una solucin preparada mediante la disolucin de 5 g de nitrato de plata en suficiente agua para preparar 100 mL de solucin. Tambin es muy usual sta forma de expresar la concentracin para soluciones de indicadores qumicos. Solucin formal ( F ) Una solucin formal expresa el nmero total de moles de un soluto por litro de solucin ( o el nmero total de milimoles en un mL de solucin). Por ejemplo una solucin de hidrxido de sodio que tiene una concentracin 1.0 F se puede preparar disolviendo 1 mol de NaOH a 40 g de NaOH en agua y diluir exactamente a un litro. La concentracin formal se refiere a la cantidad de soluto disuelto sin considerar la disociacin de ste en la solucin. F = masa de soluto / ( P. F. x V) F= formalidad (mol/ L) masa del soluto en g

P.F. = Peso frmula ( g /mol) V = Volumen de solucin ( L ) El peso frmula es la masa de una unidad frmula ( o de la frmula ) de dicha sustancia. Solucin molar ( M) Una solucin molar expresa los moles de soluto inico o molecular, por litro de solucin ( o los milimoles de soluto, inico o molecular, por mililitro de solucin). Con el fin de calcular la molaridad ( M ) de una solucin, se debe conocer el comportamiento del soluto en la solucin, es decir, conocer si se disocia o no se disocia el soluto en el disolvente (electrolito fuerte, dbil o no electrolito)

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M = masa de soluto / (Peso molecular del soluto x V ) M = molaridad ( mol / L) Masa del soluto (g ) Peso Molecular = ( g / mol ) V = Volumen de solucin ( L ) Solucin normal ( N ) La normalidad de una solucin expresa el nmero de equivalentes de soluto contenidos en 1 L de solucin o el nmero de miliequivalentes por mL de solucin. Una solucin 0.2 N de cido clorhdrico contiene 0.20 eq de HCl en cada litro de solucin 0.20 meq de HCl en cada mL de solucin. N = masa de soluto / ( P.E. X V ) N = normalidad ( eq / L ) Masa de soluto en g P.E. = peso equivalente ( g / eq ) V = Volumen de solucin ( L ) Equivalente. Un equivalente es la cantidad de sustancia que puede cede o aceptar un mol de partculas (H+, electrones o ligandos) intercambiadas El equivalente (e) es la cantidad de un reactivo entre su peso equivalente. e = masa de reactivo / PE [g/eq] El peso equivalente de un reactivo va a variar dependiendo de la reaccin en la que est participando. En consecuencia, para poder calcular el peso equivalente de un reactivo, se debe indicar la reaccin qumica en la cual participara ste.

Miliequivalente Un miliequivalente (me) es 1/1000 de un equivalente. Peso equivalente en reacciones de neutralizacin. El peso equivalente (PE) de un reactivo que participa en una reaccin de neutralizacin es la masa molar de ese reactivo (molcula o Ion) que reacciona o suministra 1 mol de iones hidrgeno en esa reaccin. 2HCl + Ba(OH)2 BaCl2 + H2O PE HCl = MHCl / 1 PE Ba(OH)2 = MBa(OH)2 / 2

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Peso equivalente en reacciones de oxido-reduccin. El peso equivalente de un reactivo que participa en una reaccin de oxido-reduccin es la masa molar de ese reactivo que cede o acepta 1 mol de electrones. En otras palabras se puede decir que el valor numrico del peso equivalente se establece dividiendo la masa molar del reactivo entre el cambio del nmero de oxidacin asociado con la reaccin en la que est participando dicho reactivo. Ejemplo: 5C2O42- + 2MnO4- + 16H+ 10CO2 + 2Mn2+ + 8H2O En esta reaccin el cambio en el nmero de oxidacin del manganeso es de 5 porque el elemento pasa del estado de oxidacin de +7 a +2, el peso equivalente para el permanganato es: PE MnO4- = M MnO4- /5 Para el clculo del peso equivalente del oxalato, se debe de tomar en cuenta que cada tomo de carbono presente en el Ion es oxidado del estado +3 a +4, originando la produccin de dos electrones para esa especie. Por lo que el peso equivalente del oxalato es: PE C2O42- = M C2O42- / 2 Nota: Para el clculo del peso equivalente se debe de considerar la masa molar del reactivo del cual proviene el elemento o Ion que est participando en la reaccin de oxido-reduccin. As el peso equivalente del permanganato de potasio es: PE KMnO4 = M KMnO4 /5

y el del oxalato de sodio es: PE Na2C2O4 = M Na2C2O4 / 2 Partes por milln ( ppm ) La expresin de una ppm indica que una unidad de la sustancia de inters est presente por cada milln de unidades del total de la solucin. En otras palabras se puede decir que en una solucin de una parte por milln se encuentra un gramo de sustancia por cada milln de gramos de solucin. ppm = ( masa de sustancia / masa de muestra ) x 106 masa de sustancia ( g ) masa de muestra ( g )

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Para una solucin acuosa cuya densidad es 1.0 g / mL, se tiene que 1 ppm corresponde a 1 mg/ L, 1g / mL 1g / L Tomando en cuenta esta consideracin, para calcular las partes por milln de una solucin podemos utilizar las siguientes expresiones: ppm = masa de sustancia / volumen de solucin ppm = partes por milln (mg/L, g/mL o ng/L) masa de sustancia (g, g o ng) Volumen de solucin (L, mL o L) Algunas expresiones afines a las partes por milln son las partes por billn y las partes por trilln, las cuales se pueden calcular con las siguientes expresiones.

ppb = (masa de sustancia / masa de muestra) x 109 ppb = partes por billn masa de sustancia (g) masa de muestra (g) Tomando en consideracin la densidad del agua 1.0 g/mL

ppb = masa de sustancia / volumen de solucin ppb = partes por billn (g/L o ng/mL) masa de sustancia (g o ng) volumen de solucin (L o mL)

ppt = (masa de sustancia / masa de muestra) x 1012

ppt = partes por trilln masa de sustancia (g) masa de muestra (g) Tomando en consideracin la densidad del agua 1.0 g/mL ppt = masa de sustancia / volumen de solucin ppt = partes por trilln (ng/L o pg/mL) masa de sustancia (ng o pg) volumen de solucin (L o mL) Es importante hacer notar que estas tres maneras de expresin de la concentracin se utilizan para el anlisis de trazas, lo cual le confiere una amplia aplicacin en el anlisis de contaminantes y productos de degradacin en frmacos, alimentos, medio ambiente y biotecnologa. Solucin molal

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Una solucin molal expresa el nmero de moles de soluto por kilogramo de disolvente. m = masa de soluto / (masa molar x peso de disolvente)

m = molalidad (mol /Kg) masa de soluto (g) masa molar (g/mol) peso de solvente (Kg) La molalidad es til para mediciones fsicas precisas, la razn es que la molalidad no depende de la temperatura. Una solucin acuosa diluida se dilata aproximadamente 0.02% por grado Celcius cuando se caliente en la vecindad de los 20 C; por tanto, los moles de soluto por litro de solucin disminuyen en el mismo porcentaje. Fraccin mol. La fraccin mol se define como el nmero de moles del componente de inters entre el nmero de moles totales en la solucin. = n / nT = fraccin mol n = moles del componente de inters nT = moles totales

La fraccin mol al igual que la molalidad es til para mediciones fsicas precisas. Solucin titulo Son gramos o miligramos de una especie qumica que reacciona con o equivalen a 1 ml de solucin de otra especie qumica diferente PROTOCOLO DE INVESTIGACIN 1. Qu se entiende por densidad, y cules son sus unidades? 2. Porqu para poder calcular el peso equivalente de un reactivo, se debe indicar la reaccin qumica en la cual participar ste? 3. Qu se entiende por equivalente qumico? 4. De las diferentes expresiones porcentuales Cul se usa para expresar la pureza de reactivos comerciales? 3. a) Realizar los clculos para preparar 100 mL de una solucin de sacarosa 0.1 M b) Preparar 10 mL de Fenolftalena al 0.1 % en etanol c) Preparar 100 mL de una solucin 0.5 N de cido sulfrico

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d) Preparar 10 mL de una solucin etanol-H2O al 20% v/v

d) Preparar 100 mL de una solucin de cido clorhdrico 0.1M e) Preparacin de diluciones A partir de la solucin anterior ( HCl 0.1 M) realizar los clculos para preparar las siguientes diluciones: i) 100 mL de una solucin 0.001 M. ii) 100 mL de una solucin 5 x 10-4 M. Ejemplo: Procedimiento para la preparacin de la solucin de cido clorhdrico 0.01M 1) Calcular el volumen de solucin 0.1 M necesario para preparar 100 mL de solucin de concentracin 0.01 M.

Para realizar dicho clculo utilizaremos la siguiente expresin: C1V1 = C2V2 Donde: C1 = concentracin de la solucin inicial. V1 = volumen de solucin inicial. C2 = concentracin de la solucin final. V2 = volumen de la solucin final.

De la expresin anterior tenemos que el volumen de la solucin 0.1 N es:

V1 = C2V2/ C1 = (0.01 M x 100 mL) / 0.1 M = 10 mL 2) Agregar los 10 mL de la solucin de cido clorhdrico 0.1 M en un matraz volumtrico de 100 mL. 3) Aforar con agua destilada.

a) Investigar las caracterstica, la toxicidad y los daos a la salud que ocasionan los reactivos que se utilizarn durante la prctica.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

a) Material y reactivos Material Reactivos Balanza analtica Agua destilada Vidrio de reloj Cloruro de sodio 4 Vasos de precipitados de 100 mL Sacarosa 2 Matraces volumtricos de 100 mL cido clorhdrico Matraz volumtrico de 250 mL Fenolftalena

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Matraz volumtrico de 25 mL Etanol Embudo de vidrio. Pipeta graduada de 5 mL 2 Pipetas graduadas de 10 mL 2 Matraces volumtricos de 10 mL. 2 Agitadores 2 Propipetas Pizeta NOTA: LOS INTEGRANTES DE CADA EQUIPO DEBERAN TRAER ENVASES VACOS DE PLSTICO PARA GUARDAR LAS SOLUCIONES PREPARADAS PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1) Preparacin de soluciones a) Preparar 100 mL de una solucin de sacarosa 0.1M b) Preparar 10 mL de una solucin al 0.1 % en etanol c) Preparar 100 mL de una solucin 0.5 N de cido sulfrico d) Preparar 10 mL de una solucin etanol-agua al 20% v/v d) Preparar 100 mL de una solucin de cido clorhdrico 0.1M e) Preparacin de diluciones i) 100 mL de una solucin 0.001 M de HCl a partir de una solucin 0.1 M ii) 100 mL de una solucin 5 x 10-4 M de HCl a partir de una solucin 0.1 M

OBSERVACIONES:

Durante la preparacin de las soluciones de cidos y bases se observa el desprendimiento de calor (reaccin exotrmica), por lo cual la preparacin de estas soluciones se debe hacer utilizando un bao de agua con hielo.

Una vez terminada la prctica se deben desechar adecuadamente los residuos de las soluciones. Esto se har neutralizando los cidos con las bases. Durante el proceso de neutralizacin se debe usar bata, gogles y guantes.

Nunca tirar al drenaje soluciones cidas o bsicas, ya que ocasiona problemas a la tubera y contaminacin al ambiente.

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RESULTADOS Anotar las observaciones y los problemas que se presentaron durante la preparacin de las soluciones. Indique los clculos realizados para la preparacin de las distintas soluciones en el Reporte de la prctica. CONCLUSIONES Se cumplieron los objetivos de la prctica? Cmo le beneficiar sta experiencia en la asignatura de qumica general aplicada? Qu cambios propondra para la mejor realizacin de la prctica? BIBLIOGRAFA Alexiev, V. N., Anlisis Cuantitativo. Mir Mosc, 1976. Harris, D. C., Anlisis Qumico Cuantitativo, Grupo Editorial Iberoamrica, 1992. Moore, J. W., Kotz, J. C., Stanistski, C. L. Joesten, M. D., Wood, J. L. El Mundo de la Qumica, Segunda Edicin, Pearsn Educacin, 2000. Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., Qumica Analtica, Sexta Edicin, McGraw-Hill, 1995.

PRCTICA 5

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ESTANDARIZACIN DE DISOLUCIONES (SOLUCIONES PATRN)

1.- OBJETIVOS 1.1 El alumno aprender los conceptos fundamentales terico-prcticos para la

preparacin de disoluciones patrn. 1.2 El alumno preparar y estandarizar las disoluciones que se emplearan en el

curso como soluciones patrn 2. NORMALIZACIN DE SOLUCIONES En el anlisis titulomtrico o volumtrico, la cantidad de sustancia que se busca en el analito, se determina de forma indirecta midiendo el volumen de una disolucin de concentracin conocida (reactivo titulante) que se necesita para que reaccione con el constituyente que se analiza (analito). La disolucin de concentracin conocida (reactivo titulante) es una disolucin patrn, que puede prepararse de forma directa o por estandarizacin mediante reaccin con un patrn primario. Disolucin patrn. Cualquier disolucin cuya concentracin sea exactamente conocida es una disolucin patrn. Estas disoluciones pueden prepararse por dos mtodos distintos. 1.- Mtodo directo. Se disuelve una cantidad exactamente pesada de soluto que cumpla con las especificaciones de un patrn primario (vase ms adelante) y se lleva la disolucin a un volumen conocido en un matraz volumtrico; la concentracin se calcula a partir del peso y volumen conocidos como sigue:

N =Ws

Peqs Va

Donde: N = Normalidad de la solucin patrn eq/L Ws = Peso exacto del soluto (patrn primario) en gramos.

Peqs = Peso equivalente del soluto (patrn primario) g/eq. Va = Volumen de aforo en litros. 2.- Mtodo indirecto. Gran parte de los solutos que se utilizan en la preparacin de reactivos titulantes no pueden considerarse como patrones primarios, por lo que sus disoluciones que resultan no pueden considerarse como disoluciones patrn, por lo tanto se preparan disoluciones de concentracin aproximada y despus estas se estandarizan. Pueden emplearse dos mtodos:

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a) Empleando una cantidad exactamente pesada de un patrn primario. La concentracin exacta se determina de la siguiente manera:

N =Ws

Peqs Vg

Donde: N = Normalidad de la slucin patrn eq/L Ws = Peso exacto del soluto (patrn primario) en gramos. Peqs = Peso equivalente del soluto (patrn primario) g/eq.

Vg = Volumen gastado de la solucin titulante (patrn). b) Empleando una solucin patrn. La concentracin exacta se determina de la siguiente manera:

N1 = V1

N2V2

Donde: N1 = Normalidad de la solucin patrn desconocida V1 = Volumen de muestra de la solucin patrn desconocida N2 = Normalidad de la solucin patrn conocida V2 = volumen gastado de la solucin patrn conocida Patrones primarios Para que una sustancia pueda considerarse como patrn primario debe cumplir con las siguientes especificaciones: 1.- Debe tener una pureza absoluta (100.00%) o conocida (por ejemplo, 98.55%) en componente activo. 2.- Cuando la sustancia no es absolutamente pura, todas las impurezas deben ser inertes respecto a las sustancias que se ponen en juego en la reaccin. 3.- Deben ser estables a las temperaturas necesarias para desecarse en la estufa. 4.- Deben ser inalterables al aire durante la pesada, es decir no debe ser higroscpico ni reaccionar con el oxgeno ni con el dixido de carbono a la temperatura ambiente. 5.-Deben reaccionar con la disolucin titulante de una manera sencilla, rpida, completa y estequiomtrica.

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6.- Es deseable que tengan un peso equivalente elevado, con el objeto de que los errores cometidos en la pesada sean siempre inferiores a los errores de lectura y de drenaje de las buretas. 7.- Debe ser fcil de adquirir y preferiblemente barato 3.- MATERIAL, EQUIPO, REACTIVOS Y SOLUCIONES. 3.1 MATERIAL Y EQUIPO

3 Matraces erlenmeyer 1 Matraz volumtrico de 1lt 1 Bureta 3 Vasos de precipitados de 100 mL 1 Pipeta volumtrica de 10 mL 2 Pipetas graduadas de 10 mL Pinzas para bureta Soporte universal

3.2 RACTIVOS Y SOLUCIONES

Hidrxido de sodio Carbonato de sodio (patrn primario) Biftalato de potasio (patrn primario) Etanol 96% Agua destilada Solucin acuosa de anaranjado de metilo al 1% Solucin etanol-agua (50:50) al 1% peso de fenolftalena Acetona

4.- DESARROLLO EXPERIMENTAL

4.1 Estandarizacin de una solucin de hidrxido de sodio (NaOH) 0.01N

(Mtodo directo) Colocar en una bureta limpia la solucin de NaOH a normalizar. Pesar en balanza analtica exactamente alrededor de 0.0204g del patrn primario

biftalato de potasio (previamente desecado a 105-110C durante una hora) en un matraz Erlenmeyer de 250 mL.

Agregar aproximadamente 30 mL de agua o hasta la disolucin de la sal de biftalato de potasio.

Agregar 3 gotas de fenolftalena al 1% en solucin alcohlica (50:50) (al agregar el indicador la solucin es incolora)

Iniciar la valoracin agregando con la bureta pequeas cantidades de solucin de

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NaOH, hasta que aparezca un ligero color rosa persistente por 30 segundos por lo menos.

Anotar el volumen de hidrxido de sodio agregado y determinar la normalidad de la solucin de NaOH.

Realizar lo anterior por triplicado y obtener la normalidad promedio (NPROM) de las normalidades obtenidas de acuerdo a la siguiente ecuacin:

NNaOH = W del biftalato (g)________________ Vol. NaOH gastado (L) x Peq biftalato (g/eq) 4.2.- Estandarizacin de una solucin de cido Sulfrico (H2SO4) 0.01N.

(Mtodo directo) Colocar en una bureta limpia la solucin de H2SO4 a valorar. Pesar en balanza analtica exactamente alrededor de 9.0 mg de carbonato de

calcio (previamente desecado a 105-110C durante una hora) en un matraz Erlenmeyer de 250 mL.

Agregar aproximadamente 30 mL de agua hasta la disolucin de la sal del carbonato de sodio.

Agregar 3 gotas de anaranjado de metilo al 1% w (al agregar el indicador la solucin se torna amarilla).

Iniciar la valoracin agregando con la bureta pequeas cantidades de solucin de H2SO4, hasta que aparezca un ligero color canela persistente por 30 segundos por lo menos.

Anotar el volumen de H2SO4 agregado y determinar la normalidad de la solucin de H2SO4 como sigue:

NH2SO4 = w del CaCO3 (g)________________

Vol. H2SO4 gastado (L) x Peq CaCO3 (g/eq) Realizar lo anterior por triplicado y obtener una normalidad promedio (Nprom.). 4.2.- Estandarizacin de una solucin de cido Sulfrico (H2SO4) 0.01N.

(Mtodo indirecto)

Colocar en una bureta limpia la solucin normalizada de NaOH 0.01 N. Colocar en un matraz erlenmeyer limpio, 10 ml de una solucin de H2SO4 a

valorar. Agregar al matraz erlenmeyer, aproximadamente 30 mL de agua. Agregar 3 gotas de anaranjado de metilo al 1% w (al agregar el indicador, la

solucin se torna amarilla). Iniciar la valoracin agregando con la bureta pequeas cantidades de solucin de

NaOH, hasta que aparezca un ligero color canela persistente por 30 segundos por lo menos.

Anotar el volumen de NaOH agregado y determinar la normalidad de la solucin de H2SO4 como sigue:

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H2SO4N =(NV) NaOH

VH2SO4 Realizar lo anterior por triplicado y obtener una normalidad promedio (Nprom.). 5.- RESULTADOS Y REPORTE. 1.- Anotar en una tabla las concentraciones calculadas y normalizadas de las soluciones preparadas. 2.- Calcular el % de error obtenido para cada una de las soluciones normalizadas. 3.- Comparar el error en la normalizacin del H2SO4 por los mtodos directo e indirecto. 4.- Realizar los clculos necesarios para transformar las concentraciones de Normalidad a %w/w, %W/V, M, N y ppm, para cada una de las soluciones preparadas. Reportar los resultados en una tabla de concentraciones. 5.- Describir otros mtodos de valoracin de soluciones. 6.- Analizar y concluir de acuerdo a los resultados obtenidos. 6. BIBLIOGRAFA 1.- Gilbert H. Ayres, Anlisis Qumico Cuantitativo, Ed. Harla, S.A. de C.V., segunda edicin, 1970, 740 pags. 2.- Daniel C. Harris, Anlisis Qumico Cuantitativo, Gpo. Editorial Iberoamrica S.A. de C.V., Tercera edicin, 1992, 886 pags. 3.- David Guzmn Daz y Col. Introduccin a la tcnica instrumental, Ed. Instituto Politcnico Nacional, 1 Edicin, Mxico, 2001. 180 pags.

4.- Douglas A. Skoog, et. al. Analitycal Chemistry An Introduction, Ed. Saunders College Publishing, 6 edition, U.S.A. 1994, 650 pags.

5.- John G. Dick, Qumica Analtica Editorial el Manual Moderno, S.A. Mxico 1979, 747 pags. 6.- Stephen Brewer, Solucin de problemas de qumica analtica, Ed. Limusa. 1 Edicin, Mxico 1987, 548 pags.

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PRACTICA No.6

ESTEQUIOMETRA

OBJETIVOS: El alumno: -Llevar a cabo reacciones qumicas considerando la estequiometra de estas,

basndose en reacciones de precipitacin.

-Realizar los clculos estequiomtricos para determinar tericamente y

experimentalmente el reactivo limitante y el rendimiento de la reaccin.

-Comparar grficamente los valores experimentales obtenidos con los valores

tericos.

MARCO TERICO El cientfico observa cuidadosamente los fenmenos especialmente asociados con

los cambios qumicos, estas observaciones se consideran como cualitativas, pero

ms que la simple observacin de estos cambios un cientfico pretende medir

exactamente cuanto cambia la temperatura, el color, la masa u otros cambios en

las propiedades. Le preocupa qu productos se forman y adems qu cantidad de

cada uno de ellos.

Las observaciones de laboratorio de tipo cualitativo y las mediciones cuantitativas

constituyen los hechos bsicos de la qumica.

Cuando dos compuestos dados se combinan qumicamente para producir

determinado nuevo compuesto, siempre lo hacen en relaciones fijas de peso,

conocidas como relaciones estequiomtricas.

Por ejemplo en la formacin de de agua siempre se combinan ocho gramos de

oxgeno por cada gramo de hidrgeno.

2H 2(g) + O 2(g) 2 H2O

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Si por alguna razn se coloca una proporcin mayor de oxgeno, resultar al final un

exceso de oxgeno sin reaccionar. Si por el contrario, se utiliza una proporcin

menor ser el hidrgeno el que sobre.

Para conocer las relaciones estequiomtricas de las masas para los participantes

en una reaccin es necesario conocer:

1) la ecuacin qumica balanceada.

2) las masas molares de los compuestos participantes.

El trmino estequiometra se refiere al estudio de los aspectos cuantitativos de las

frmulas y las reacciones qumicas. Se deriva del griego stoicheion " parte o

elemento" y metron " medida".

Las sustancias en una ecuacin balanceada se relacionan entre s mediante

razones equivalentes estequiomtricamente, que pueden emplearse como factores

de conversin para encontrar las moles de una sustancia dadas las moles de otra.

En problemas de reactivo limitante, se dan las cantidades de dos o ms reactivos y

uno de ellos limita la cantidad de producto que se forma. El reactivo limitante no es

necesariamente el reactivo presente en menor cantidad, sino el que forma menor

cantidad de producto.

En la prctica reacciones colaterales, reacciones incompletas y prdidas fsicas

resultan en un rendimiento real de producto menor que el rendimiento terico que

es una cantidad basada nicamente en la razn molar. Y entonces podemos hablar

de un rendimiento porcentual (% rendimiento) es el rendimiento real expresado

como un porcentaje del rendimiento terico:

% Rendimiento = Rendimiento real *100

Rendimiento terico

Puesto que el rendimiento real debe ser menor que el terico, el rendimiento

porcentual siempre es menor al 100 %. Los rendimientos terico y real se expresa

en unidades de cantidad de productos (mol) o masa (gramos).

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ACTIVIDADES PREVIAS: 1.- Elabora un diagrama de bloques para el procedimiento experimental.

2.-Escribe la reaccin que se llevan a cabo al hacer reaccionar yoduro de potasio

con nitrato de plomo.

3.-Balancea la reaccin y realiza los clculos pertinentes para la realizacin de la

prctica (completa la tabla No. 1 de la seccin experimental)

4.- Realiza los clculos para la preparacin de 50 mL de una solucin 0.15M de KI.

5.- Realiza los clculos para la preparacin de 25 mL de una solucin 0.15M de

Pb(NO3)2

DESARROLLO EXPERIMENTAL a) Material: 5 vasos de precipitados de 150 mL 1 vaso de precipitados de 250 mL

2 pipetas graduadas de 10 mL

Papel filtro

Agitador de vidrio

Parrilla de calentamiento

Vidrio de reloj

5 embudos de vidrio

b) Reactivos: Pb(NO3)2 KI

Agua destilada

Alcohol etlico

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c) Procedimiento: - Preparar por equipo las soluciones de trabajo: 50 mL de solucin 0.15M de KI y 25

mL de solucin 0.15M de Pb(NO3)2

- Numerar cinco vasos

-Basndose en la tabla No 1, colocar los volmenes de reactivo que permanecer

constante (Pb (NO3)2), en el respectivo vaso de precipitado.

- Aadir al respectivo vaso las alcuotas del reactivo que ir variando (KI).

Tabla No. 1 Reactivos: Soluciones de KI y Pb(NO3)2 con una concentracin de 0.15M

Reaccin: _______________________________________________

Tipo de reaccin: _______________________________________________

Reaccin balanceada: __________________________________________

Experimento No.

Volumen de Pb(NO3)2 (mL)

Moles de Pb(NO3)2(n)

Volumen de KI (mL)

Moles de KI (n)

1 4.3 1.5

2 4.3 4

3 4.3 8.6

4 4.3 10

5 4.3 13

-Calentar suavemente sobre la parrilla los vasos, agitando ligeramente la mezcla

durante 5 minutos.

-Dejar enfriar a temperatura ambiente.

- Numerar con lpiz y pesar 5 papeles filtro.

- Filtrar los precipitados formados de cada vaso en su correspondiente papel filtro.

-Lavar los precipitados con agua destilada (5-10 mL aproximadamente).

-Lavar con etanol (5 mL aproximadamente).

45

- El papel filtro con el precipitado ya lavado, colocarlo en un vidrio de reloj y ponerlo

en la estufa (60 C, 1 hora) o bien dejarlos en un sobre de papel, perfectamente

identificados con lpiz.

- Una vez secos, pesar los papeles filtro con los precipitados ya secos.

- Determinar el peso del precipitado, solamente.

RESULTADOS - Anotar las caractersticas fsicas del precipitado obtenido:

-Anotar los pesos obtenidos de cada uno de los precipitados para el ensayo

correspondiente, y realizar los clculos correspondientes para el llenado de la tabla

No. 2

Tabla No. 2 Reaccin balanceada: __________________________________________

Experimento No.

Moles de KI

Precipitado formado

_______________

(n )

Peso ( g ) Moles (n)

Tericos Experimentales Tericos Experimentales

Rendimiento

( % )

1

2

3

4

5

46

- Elaborar una grfica con los datos experimentales indicando en el eje de las

ordenadas la cantidad de producto formado en la reaccin desarrollada y en

el eje de las abscisas volumen de KI agregado.

- Sobre la grfica anterior, utilizar los datos tericos para realizar una curva

terica.

ANALISIS DE RESULTADOS. - Hacer el anlisis de la grfica obtenida.

- quin es el reactivo limitante? Siempre es el mismo?

- Se presentan diferencias entre la curva terica y la experimental? Cmo

son esas diferencias y a que se deben?

- Qu puedes decir acerca del rendimiento obtenido en cada punto?

CONCLUSIONES -Se lograron cubrir los objetivos?

-La importancia de la determinacin del reactivo limitante.

-Utilidad e importancia de la estequiometra.

-L a estequiometra solo aplica para la reacciones de tipo inorgnico?, escribe un

ejemplo de una reaccin orgnica.

BIBLIOGRAFIA: -Chang Raymond, College William, Qumica, Mc Grawn-Hill, Mxico 2005, 7 edicin

-Kotz J, P, Harman P, Treichel, Weaver, Qumica y Reactividad qumica,Thomson,

6 edicin.

-Whitten K, D. Gailey K, Qumica General, Mc Graw Hill, Madrid 1998.

47

PRCTICA 7

SINTESIS DE HEXAAMINCOBALTO (III)

Tiempo estimado 3 horas. OBJETIVO Sintetizar un compuesto de coordinacin con actividad biolgica potencial como el hexaamin cobalto (III) aplicando los conocimientos relacionados con los fenmenos de complejacin oxido-reduccin, acidez y precipitacin. FUNDAMENTOS La preparacin de un compuesto qumico a partir de reactivos especficos diferentes a l, utilizando cualquier proceso, recibe el nombre de sntesis qumica. En la sntesis de un compuesto de coordinacin se requieren por lo menos dos especies qumicas principales. Una de ellas contiene un receptor de pares electrnicos que generalmente es una especie denominada ligante, que intervienen en la reaccin donando, por lo menos, un par electrnico. Los aceptores se clasifican en neutros y catinicos as mismo, los ligantes pueden ser neutros o aninicos. Considerando el nmero de pares electrnicos que los ligantes pueden coordinar o donar, se clasifican en monodentados, bidentados, tridentados y polidentados. Los receptores cobaltoso y cobltico, Co(II) y Co(III) respectivamente forman un gran nmero de complejos como resultado de la reaccin qumica de complejacin, predominando la geometra octadrica, los cuales presentan una relacin metal/ligante definida. En la preparacin del complejo hexaamincobalto (III) en solucin acuosa se establece un equilibrio previo significativo entre los complejos octadricos, hexaacuocobalto (II) y hexaamincobalto (II), debido a que tienen constantes de disociacin semejantes, Ke1, Ke2 respectivamente, segn el equilibrio mltiple 1: Co(II) + 6 H2O [Co(H2O)6]2+ Ke1 1 Co(II) + 6 NH3 [Co(NH3)6]2+ Ke2 La sntesis del complejo hexaamincobalto(III) es posible solamente cuando se utiliza un oxidante como el perxido de hidrgeno, H2O2 (E=1.77 V), que es capaz de oxidar la especie cobaltoso Co(II) a cobltico Co(III). Co(II) - 1e- Co(III) 2

48

La complejacin con el amoniaco (NH3) del cobltico Co(III), que forma parte del sistema redox Co(III)/Co(II) y cuyo potencial estndar de celda es de 1.8 V, estabiliza a dicha especie debido a que en solucin acuosa no es posible tener cobalto(III) libre porque es un oxidante fuerte capaz de oxidar al agua, equilibrio 3. H2O + 2Co(III) 2H+ + O2 + Co(II) 3 La formacin del complejo [Co(NH3)6]3+ a partir de [Co(NH3)6]2+ se favorece debido a que el potencial estndar condicional de este par redox es sumamente pequeo (Eo = 0.1 V) si se compara con el potencial estndar de los pares redox Co(III)/Co(II) (Eo = 1.8 V), y H2O2/H2O (Eo =1.77 V) por lo que el equilibrio 4 se encuentra desplazado hacia la derecha. [Co(NH3)6]2+ - 1e- [Co(NH3)6]3+ 4 Los compuestos de coordinacin hexaacuocobalto(II), hexaamincobalto(II) y hexamincobalto(III) son octadricos (5). En estos, el nmero de coordinacin es de seis y la relacin metal/ligante es de 1:6, debido a que los ligantes acuo y amino son modentados. En la sntesis del complejo [Co(NH3)6]3+ se incorpora el medio de reaccin un sistema regulador de pH, (NH3/NH4+), con la finalidad de evitar que los equilibrios competitivos derivados del fenmeno de acidez (7,8) se desplazen hacia la formacin de productos indeseables, como sucede con el amoniaco en condiciones fuertemente cidas, equilibrio 5 y 6 con el cobalto(II) en medio bsico, equilibrio 6. NH3 + H+ NH4+ 5 Co(II) + 2OH- Co(OH)2 6 ACTIVIDADES PREVIAS 1. Qu diferencia existe entre un compuesto de coordinacin y un compuesto rgano metlico? 2. Investigue la teora del campo cristalino 3. Por qu el color de los complejos? INSTRUCCIONES PARTICULARES 1. Evitar el contacto de la piel con el perxido de hidrgeno, H2O2, debido a que provoca quemaduras. 2. Controlar la oxidacin manteniendo la temperatura del medio de reaccin cerca de 6 C durante la adicin del perxido de hidrgeno para evitar la perdida de amoniaco. 3. Realizar el trabajo experimental correspondiente a la sntesis de hexaamincobalto (II). DESARROLLO EXPERIMENTAL

49

a) Materiales y reactivos Dos matraces erlenmeyer de 50 mL, un matraz kitazato de 50mL, embudo Buchnner, vaso de precipitados de 100 mL, pinzas de tres dedos, soporte universal, anillo de fierro, bao Mara, mechero Bunsen, papel filtro Whatman del nmero 3, cloruro de amonio, cido clorhdrico concentrado, perxido de hidrgeno, amoniaco concentrado, alcohol etlico, cloruro cobaltoso-hexahidratado. b) Secuencia Experimental Pesar 4 g de cloruro cobaltosos hexahidratado, disolver 4 mL de agua destilada contenida en un vaso de precipitados de 100 mL. Calentar cuidadosamente, a una temperatura cercana al punto de ebullicin y adicionar 2.6 g de cloruro de amonio, agitar hasta que se disuelva. Pasar la solucin caliente del vaso de precipitados a un matraz Erlenmeyer de 250 mL que contenga 0.5 g de carbn activado, enfriar el contenido al chorro de agua y adicionar a la solucin fra 16 mL de amoniaco concentrado (28%). Introducir el matraz Erlenmeyer a un bao de hielo y enfriar hasta la temperatura del contenido sea de 6 C. Adicionar 4 porciones de 1 mL de perxido de hidrgeno al 20% y agitar en forma sucesiva el contenido; despus de cada adicin, repetir el procedimiento incrementando el volumen de las porciones hasta que se haya adicionado un volumen de 15 mL de perxido de hidrgeno. A continuacin calentar el contenido del matraz en bao de Mara manteniendo la temperatura a 60 5 C, hasta que desaparezca la coloracin rosa del cloruro cobaltoso Co(II) y se presente la precipitacin de [Co(NH3)6]3+ de color amarillo. Posteriormente enfriar el contenido del matraz en bao con hielo para favorecer la precipitacin del complejo. Filtrar el precipitado al vaco, utilizando un embudo Buchnner y papel filtro Whatman del nmero 3, transferir el precipitado a un matraz Erlenmeyer de 250 mL que contenga una solucin de 60 mL de agua y 2.5 mL de cido clorhdrico concentrado. Calentar a ebullicin hasta que se disuelva el precipitado, filtrar al vaco y en caliente para eliminar el carbn activado, recibir el filtrado en un matraz Erlenmeyer de 250 mL que contenga hielo y agite constantemente. Filtrar al vaco, lavar el precipitado con 9 mL de una solucin fra de etanol-agua (60% - 40%), repetir el procedimiento utilizando 8 mL de etanol al 95%. Recristalizar el producto obtenido de una solucin etanol-agua (60% - 40%). ANALISIS DE RESULTADOS

50

1. Pesar el producto recristalizado, calcular el rendimiento obtenido 2. Cal es el propsito de adicionar el perxido de hidrgeno?

CONCLUSIONES 1. Se cumplieron los objetivos de la prctica? 2. Qu se puede concluir sobre la relacin entre las propiedades estudiadas y la estructura molecular de las mismas? 3. Qu sugiere para obtener resultados ms confiables y precisos? PREGUNTAS Y EJERCICIOS 1. Dibujar la posible geometra del complejo sintetizado 2. Por qu el color del complejo? 3. Calcule la constate de formacin del complejo 4. Cmo podra saber que el producto obtenido es el producto de inters? 5. Investigue por lo menos dos tcnicas espectroscpicas que puedan ser utilizadas para caracterizar el complejo obtenido. BIBLIOGRAFIA 1. Douglas I., J. Mol. Biol., 166, 557-580(1983) 2. Conroy L. E., Tobias R. S. General Chemistry Laboratory Operation, 1ra. Ed. McMillan, New York.(1990) 3. Lee J.D., Concise Inorganic Chemistry, Van Nostrand, Londres, (1965) 4. Huheey, J. E. Qumica IInorgnica Avanzada, Harla, Mxico, (1981) 5. Schlessinger, G.G., Inorganic Laboratory Preparations Chemical, Inc. New York, (1962) 6. Cotton, F.A., Wilkinson, Advanced Inorganic Chemsitry, Wiley, New York, (1999)

51

PRCTICA No. 8

ELECTROLITOS FUERTES Y DBILES 1. OBJETIVOS.

1.1 El alumno identificar cualitativamente a los electrolitos y no electrolitos. 1.2 El alumno identificar cualitativa y cuantitativamente a los electrolitos fuertes y

dbiles. 1.3 El alumno determinar el grado de disociacin de los electrolitos fuertes y

dbiles. 1.4 El alumno determinar el valor de la constante de acidez de un cido dbil.

2. FUNDAMENTOS.

Los electrolitos son compuestos que conducen la electricidad cuando estn disueltos o fundidos. Una corriente elctrica es un flujo de cargas. En una disolucin de un electrolito o en un electrolito fundido, la corriente esta formada por iones en movimiento. La capacidad de conducir la electricidad se llama conductividad; esta propiedad se puede medir cuantitativamente, y observar cualitativamente.

Electrolitos fuertes y dbiles. Los electrolitos se pueden clasificar como fuertes o dbiles. En una disolucin de un electrolito fuerte, la mayor parte del soluto esta en forma de iones, hay pocas molculas, si es que las hay. El cloruro de sodio, NaCl, disuelto en agua es un ejemplo de electrolito fuerte, sus soluciones son buenas conductoras de la electricidad. En una disolucin de un electrolito dbil, la mayor parte del soluto esta en forma de molculas; hay muy poco soluto en forma de iones. Las disoluciones de electrolitos dbiles no conducen tan bien la electricidad como los electrolitos fuertes a la misma concentracin, porque hay muy pocos iones en disolucin. El cido actico, CH3COOH, y el amoniaco, NH3, son ejemplos de electrolitos dbiles. Tambin el agua es un electrolito dbil. Si las disoluciones de un compuesto no conducen una cantidad observable de electricidad, a este se le llama no electrolito. En una disolucin de un no electrolito todo el soluto esta formado por molculas; no hay iones. El alcohol y el azcar son ejemplos de no electrolitos. Coeficiente de disociacin, , y por ciento de disociacin, % . El coeficiente de disociacin tambin se conoce como grado de disociacin. El grado de disociacin es la fraccin de molculas del electrolito que se disociaron en iones y es igual a la razn de las molculas disociadas entre las molculas totales. El por ciento de disociacin, %, es el coeficiente de disociacin multiplicado por cien. La disociacin de un electrolito fuerte, por ejemplo el cido clorhdrico, HCl, esta representada por el siguiente equilibrio:

52

HCl H+ + Cl Al inicio Co Al

equilibrio Co Co

Co es la concentracin total tambin llamada concentracin inicial. El coeficiente de disociacin para el cido clorhdrico, HCl, ser [ ] [ ] 1==== +

CoCo

CoCl

CoH

Por lo tanto, el % para los electrolitos fuertes es de 100%, es decir se disocian completamente. La disociacin de un electrolito dbil, esta caracterizada por su constante de disociacin Kd, que para el caso de un cido dbil esta constante recibe el nombre de constante de acidez, Ka. La disociacin de un electrolito dbil, por ejemplo el cido actico, CH3COOH, esta representada por el siguiente equilibrio:

CH3COOH CH3COO

+ H+ Al inicio Co Al

equilibrio Co-Co Co Co

el coeficiente de disociacin para el cido actico, CH3COOH, ser: [ ] [ ]

CoCOOCH

CoH + == 3

y su constante de acidez es por lo tanto: [ ][ ]

[ ]HAAHKa

-.+=

En el equilibrio se tiene [H+]=[A]=Co y [HA]=Co-Co=(1-)Co quedando la constante de acidez finalmente:

=

=11

2CoCo)(CoCoKa

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Conductividad. Las soluciones de electrolitos conducen la corriente elctrica por la migracin de los iones bajo la influencia de un gradiente de potencial. Las aplicaciones cuantitativas dependen de la relacin entre la conductividad y la concentracin de los diversos iones presentes en la solucin. La ecuacin que relaciona la conductividad y la concentracin de los iones en solucin es:

+=1000

00CATINCATINANINANIN CCQ

Donde:

Q es la conductividad de la solucin en [ohm-1] 0ANIN y 0CATIN son las conductividades equivalentes inicas a dilucin infinita en [ohm-1cm2eq-1]

CANIN y CCATIN son las concentraciones de los iones en solucin en [eq/L] es la constante de celda conductimtrica en [cm-1]

3. EJERCICIOS PREVIOS.

3.1 Cuntos mL de cido clorhdrico, HCl, de pureza 36.5% y densidad 1.18 g/mL se requieren para preparar 100 mL de una disolucin de HCl 10-3 M?

3.2 Cuntos mL de cido actico, CH3COOH, de pureza 85% y densidad 1.04 g/mL se requieren para preparar 100 mL de una disolucin de CH3COOH 10-3 M?

3.3 Define qu es un electrolito? 3.4 Cmo se clasifican los electrolitos? 3.5 Cul es la caracterstica de los electrolitos dbiles? 3.6 Cul es la caracterstica de los electrolitos fuertes? 3.7 Define qu es conductividad?

4. PARTE EXPERIMENTAL.

4.1 Material y equipo empleado. 4 vasos de precipitados de 100 mL 2 probetas de 50 mL 1 Juego caimanes (proporcionados por los alumnos) 1 pila de 9 V (proporcionada por los alumnos) 1 zumbador piezoelctrico de alerta Radio Shack (proporcionada por los alumnos) cualquier clase de zumbador puede ser empleado en su lugar 1 conductmetro 1 celda conductimtrica Agua destilada Agua desionizada Disolucin de sacarosa 10-3 M. Disolucin de HCl 10-3 M.

54

Disolucin de CH3COOH 10-3 M. 4.2 Desarrollo experimental.

4.2.1 Conductividad de electrolitos fuertes y dbiles.

BOCINA ELCTRICA

PILA DE 9 V

ELECTODOS DE COBRE ELECTROLITO

ELECTROLI

Figura 1. Montaje para demostrar la conductividad de las soluciones electrolticas

a) Montar el diagrama de la figura 1. b) Colocar en el vaso de precipitados agua destilada y escuchar. c) Repetir el procedimiento con una disolucin de sacarosa10-3 M y escuchar. d) Colocar ahora cido clorhdrico, HCl, 10-3 M y escuchar. e) Repetir el procedimiento con cido actico, CH3COOH, 10-3 M y escuchar. f) Anotar observaciones.

4.2.2 Conductividad del agua destilada que se us para la preparacin de

disoluciones. a) Prender el conductmetro 15 minutos antes de realizar las mediciones. b) Lavar la celda conductimtrica primero con agua destilada y despus con

agua desionizada. c) Llenar una probeta de 50 mL con el agua destilada que se us para la

preparacin de las disoluciones. d) Introducir la celda conductimtrica a la probeta de tal forma que el orificio

superior de la celda quede cubierto por el agua destilada. e) Anotar el valor de la conductividad del agua destilada.

55

f) Sacar la celda conductimtrica del agua destilada y lavarla con agua desionizada.

4.2.3 Grado de disociacin de electrolitos fuertes. a) Prender el conductmetro 15 minutos antes de realizar las mediciones. b) Lavar la celda conductimtrica primero con agua destilada y despus con

agua desionizada. c) Llenar una probeta de 50 mL con cido clorhdrico, HCl, de concentracin

cercana a 10-3 M. d) Introducir la celda conductimetrica a la probeta que contiene el HCl, de tal

forma que el orificio superior de la celda quede cubierto por la disolucin. e) Anotar el valor de la conductividad de la disolucin. f) Sacar la celda conductimtrica de la disolucin y lavarla primero con agua

destilada y despus con agua desionizada. 4.2.4 Grado de disociacin de electrolitos dbiles. a) Prender el conductmetro 15 minutos antes de realizar las mediciones. b) Lavar la celda conductimtrica primero con agua destilada y despus con

agua desionizada. c) Llenar una probeta de 50 mL con cido actico, CH3COOH, de

concentracin cercana a 10-3 M. d) Introducir la celda conductimtrica a la probeta que contiene el CH3COOH,

de tal forma que el orificio superior de la celda quede cubierto por la disolucin.

e) Anotar el valor de la conductividad de la disolucin. f) Sacar la celda conductimtrica de la disolucin y lavarla primero con agua

destilada y despus con agua desionizada. 5. RESULTADOS EXPERIMENTALES.

5.1 El agua destilada y la disolucin de sacarosa presentan algn sonido? 5.2 Cul de los dos cidos, clorhdrico o actico, presenta un sonido ms intenso? 5.3 Llenar la tabla 5.1

Tabla 5.1 Normalidad y conductividad experimentales de las disoluciones de HCl y CH3COOH.

Compuesto Co [eq/L] Q [ohm-1] H2O destilada HCl CH3COOH

5.4 Calcular el grado de disociacin, y el por ciento de disociacin, % para el

HCl y el CH3COOH.

56

5.5 Calcular el valor de la constante de acidez, Ka y el valor del pKa del CH3COOH

6. ANLISIS DE RESULTADOS

6.1 De acuerdo a lo que observaste en el experimento 4.2.1 determina que tipo de disolucin es el agua destilada, la sacarosa, el HCl y el CH3COOH (no electrolito, electrolito fuerte o electrolito dbil)

6.2 De acuerdo con los resultados del anlisis cuantitativo del experimento 4.2.3 determina si el cido clorhdrico es fuerte o dbil.

6.3 De acuerdo con los resultados del anlisis cuantitativo del experimento 4.2.4 determina si el cido actico es fuerte o dbil.

6.4 Compara el valor del pKa del cido actico que obtuviste con pKa del cido actico reportado en la bibliografa.

7. CONCLUSIONES.

7.1 Obtn las conclusiones pertinentes. 8. BIBLIOGRAFA

8.1 Harris D.C., Anlisis Qumico Cuantitativo, 3 edicin, Editorial Iberoamrica S. A. de C.V., 1992, Mxico, D.F., 886 pginas.

8.2 Kotz J.C., Treichel P.M., Weaver G. C., Qumica y reactividad qumica, 6

edicin, Editorial Thomson, 2005, Mxico, D.F., 997 pginas.

8.3 Skoog D.A., West D.M., Holler F.J., Qumica Analtica, 6 edicin, Editorial McGraw-Hill/Interamericana de Mxico, 1995, Mxico, D.F., 612 pginas.

8.4 Umland J.B., Qumica General, 3 edicin, Editorial Thomson, 2000, Mxico,

D,F., 1016 pginas.

57

PRACTICA No. 9

PREPARACIN DE CELDAS ELECTROLITICAS Y MEDICION DE POTENCIAL DE CELDA

Tiempo aproximado a 3horas OBJETIVOS a)Electrolizar una solucin acuosa de yoduro de potasio e Identificar los productos formados. a)Construir una pila voltaica y medir el voltaje que se produce b)Demostrar la produccin elctrica a partir de una reaccin qumica. c)Determinar la serie electromotriz con una papaya. FUNDAMENTOS La electrolisis de algunas soluciones acuosas de sales, puede llevar a la oxidacin o la reduccin de los iones de la sal siempre que estos sean ms fcilmente oxidados o reducidos que el agua misma. Tambin se sabe que la oxidacin de un in metlico (agente reductor) es la perdida de electrones que es promovida por otro in metlico (agente oxidante) que gana los electrones. En este experimento se construirn varias pilas que utilizaran las reacciones de redox, de tal forma que los electrones sean transportados a travs de un hilo conductor, y no mediante el contacto del agente oxidante con el agente reductor (figura 2.). La semireaccin de oxidacin tiene lugar en el electrodo (nodo) de una semipila y la semireaccin de reduccin tiene el lugar en el electrodo (ctodo) de la otra semipila. Cuando las dos semipilas (los dos vasos que se observan en la figura 3) se unen de tal forma que sus disoluciones estn en contacto, se produce una pila, cuyo voltaje es una medida de la tendencia a la accin reactiva de la pila. Las dos semipilas deben estar constituidas por dos vasos cuyas disoluciones estn conectadas entre si por un puente salino (un tubo en U grande que contiene una solucin saturada de un electrodo tal como NaCl), como se muestra en la figura 3. Utilizando una papaya se determinara la serie electromotriz con la ayuda de laminas alambres de varios metales figura 4. ACTIVIDADES PREVIAS. 1.- Qu diferencia existe entre electrolisis y electrolito? 2.- Investigar qu es el proceso de oxidacin y reduccin 3.- Qu otros mtodos experimentales existen para le determinacin de la

descomposicin de la materia? En qu se fundamenten? Describir brevemente al menos dos de ellos.

4.- Calcular el costo mnimo de la prctica incluyendo materiales y reactivos. 5.- Elaborar un diagrama de flujo donde indique la secuencia experimental.

58

DESARROLLO EXPERIMENTAL a) MATERIAL Y REACTIVOS Voltmetro y cables de conexin Conector para batera de 8V Dos electrodos de grafito. Tubo en forma de U (ver figura 1). 3 vasos de precipitados de 150 ml Tubos de ensayo Dos goteros. Lamina o alambre limpio de cobre, zinc, plomo, hierro, aluminio y magnesio. Solucin de nitrato de zinc, 0.5M Solucin de nitrato de cobre 0.5M Solucin de nitrato de plomo 0.5M Solucin saturada de cloruro de sodio. Solucin de yoduro de potasio 0.1M Fenolftaleina Una papaya pequea (puede ser cualquier otra fruta: manzana, guayaba, pera etc) Solucin de almidn al 1% b) SECUENCIA EXPERIMENTAL b.1) Electrolisis del yoduro de potasio a) Preparar el aparato de acuerdo con la figura 1. b) Colocar suficiente solucin 0.1M de yoduro de potasio para que el tubo quede lleno, dejando 0.5 cm libres en cada boca. c) Conectar los electrodos y electrolizar. d) Despus de 10 minutos, desconectar y sacar los electrodos. e) Retirar el lquido caf que se encuentra en el lado del nodo mediante un gotero y transferido a un tubo de ensayo. Agregar 1 ml de solucin de almidn agitar. f) Con gotero, tomar 2ml de la solucin que se encuentra del lado del ctodo a otro tubo de ensayo. Agregar 3 gotas de fenolftaleina.

Figura 1. Celda Electroltica

59

b.2)Medicin del potencial de celda. Parte I. Pila voltaica formada por las semipilas Zn(s)-Zn2+(0.5M) y Cu(s)-Cu2+(0.5M). 1. En un vaso de precipitados de 150 ml vierta aproximadamente hasta la mitad una solucin de nitrato de cobre, Cu(NO3)2, 0.5M. Coloque una placa de cobre en la solucin y conecte el electrodo al terminar positivo el voltmetro (figura1). 2. A otro vaso de precipitados de 150 ml, agregue aproximadamente hasta la mitad una solucin de nitrato de zinc, Zn(NO3)2, 0.5M. Coloque una lmina limpia de zinc en la solucin y conctela al terminal negativo del voltmetro. 3. Anote la lectura del voltaje, con la semipila en la posicin que indica la figura1. 4. Coloque entre los dos vasos el tubo en U invertido (conteniendo solucin de cloruro de sodio y tapando los extremos con trocitos de algodn), que sirve como puente salino para conectar las dos soluciones (figura2). Anote la lectura del voltaje. Quite el puente salino. Conserve le vaso con la solucin de nitrato de cobre y el electrodo de cobre. Evite que se contamine la solucin. Parte II. Pila voltica formada por semipilas Pb(s)-Pb2+(0.5M) y Cu(s)-Cu2+(0.5M) 1. Use un vaso de precipitado limpio de 150ml. Construya esta pila como en la Parte I, colocando la solucin de nitrato de plomo, Pb(NO)3, 0.5M en el vaso de la izquierda y una lamina limpia de plomo en la solucin conectada al voltmetro. 2. La semipila de la derecha est formada por el vaso con la solucin de nitrato de cobre y la placa de cobre utilizada en la Parte II. 3. Anote la lectura del voltaje. 4. Contine como en la parte I.4.

Figura 2. Montaje de una pila electroqumica mediante el uso de dos vasos de precipitados conteniendo soluciones de electrolitos.

60

Figura 3. Celda con un tubo en U de que funciona como puente salino. Parte III. Construccin de una pila como una papaya. Determinacin de la serie electromotriz. 1. Limpie la grasa y xido las lminas o alambres de cobre, zinc, plomo, hierro, aluminio y magnesio, para locuaz se aconseja usar primero acetona y luego papel de lija. 2. coloque un alambre o lamina de cobre y una tira o lamina del otro metal dentro de una papaya pequea a unos 10cm de distancia; conecte estos electrodos