Manual de Quimica I - 2011- II
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PROGRAMA PROFESIONAL INGENIERÍA INDUSTRIAL
MANUAL DE PRÁCTICAS
PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
MANUAL DE PRÁCTICAS QUÍMICA I
AREQUIPA – PERÚ
2011
DE
INDICE
INTRODUCIÓN Presentación para el estudiante
Instrucciones para el trabajo en el laboratorio
Operaciones peligrosas
En caso de accidentes
Normas para el uso del laboratorio
Primeros auxilios
Pág.
Práctica Nº 1 : Reconocimiento del Material de laboratorio 07
Práctica Nº 2 : Manejo del Material volumétrico de vidrio 42
Práctica Nº 3 : Operaciones Químicas 46
Práctica Nº 4 : Tabla Periódica: Propiedades de los elementos 61
Práctica Nº 5 : Enlaces Químicos 65
Práctica Nº6 : Funciones Químicas Inorgánicas 72
Práctica Nº 7: Reacciones y ecuaciones químicas 89
Práctica Nº 8: Reacciones de Oxido – Reducción 86
Práctica Nº 9: Soluciones Químicas 96
Práctica Nº 10: Suspensiones, Coloides y disoluciones 102
Práctica Nº 11: Equilibrio Químico 105
Práctica Nº 12: Cinética Química 113
Práctica Nº 13: Ácidos y Bases 119
Bibliografía 127
1
PRESENTACIÓN
El laboratorio de química representa el encuentro del estudiante con el “hacer
y sentir de la química”, y está diseñado para que entiendas y profundices en
algunos conceptos fundamentales de química, pero además para desarrollar
habilidades que te ayudaran a lo largo de tu vida profesional. Por tanto, el
presente manual está diseñado para guiarte en la realización de las prácticas
de laboratorio y de los reportes correspondientes.
Sin embargo, el éxito de tu trabajo en el laboratorio dependerá del orden y la
disciplina con que lo realices. Esté debe estar planeado de tal manera que
pueda ser desarrollado adecuadamente en las horas asignadas, para lograr
esto siempre debes investigar antes de llegar al laboratorio a realizar los
experimentos, es fundamental que leas con suficiente anticipación el Manual
de Practicas de Química I y comprendas los conceptos básicos impartidos en
las clases teóricas.
Por otra parte, el éxito de un experimento se basa en la observación de los
fenómenos que ocurren, en la exactitud de la anotación de datos y mediciones,
en el orden correcto de los pasos de cada experimento, en la habilidad para la
manipulación de los aparatos, equipos, etc., en la adquisición de buenos
hábitos; todos ellos son la base de la formación tecnología, científica o
profesional. Por tanto, es importante que registres, en un cuaderno, las
observaciones y los resultados de cada experimento.
Los experimentos no son una repetición simple de recetas, estas sólo tiene por
objeto dar las indicaciones importantes para cada experimento. Lo importante
es que pienses y razones, es decir, debes usar el raciocinio y la inteligencia
para llegar al conocimiento y comprobación de un principio químico, así como
su aplicación en el campo profesional y científico.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
2
PRESENTACIÓN PARA EL ESTUDIANTE
Las reglas y normas que a continuación se indican deberán de cumplirlas
irrestrictamente ya que de ello depende su formación integral y evaluación en
el curso de Química.
1. La asistencia a las prácticas es obligatoria, el contar con 30% de
inasistencias se le considera como ABANDONO
2. El alumno deberá respetar el horario y el grupo asignado. La puntualidad a
la práctica es fundamental. El alumno no podrá ingresar al laboratorio
pasada la hora de inicio y esto es considerado inasistencia.
3. Al inicio del curso deberá solicitar el silabus del curso, donde se
encuentra el programa del curso, fechas de evaluación y peso de las
diferentes actividades que se ejecutaran en su aprendizaje, así como, la
forma de obtener el promedio final.
4. Las evaluaciones se efectuaran en el proceso y/o al final del curso tanto en
la parte teórica como experimental.
5. Está estrictamente prohibido:
• Llevar objetos, alimentos o sustancias ajenas a la práctica a realizarse.
• Comer, beber o fumar dentro del laboratorio.
• Realizar actividades o experimentos no programados.
• Mermar el orden, la disciplina y la limpieza.
• Etc.
6. Cuando Ud. ingrese al laboratorio debe previamente haber leído con
suficiente anticipación el MANUAL DE QUÍMICA I, así como el haber
comprendido los conceptos básicos y otros que los Docentes le han
impartido en sus clases teóricas.
7. Tener siempre consigo su cuaderno de notas de laboratorio, anotar los
datos y medidas directamente en el. Es un pésimo hábito anotar
importantes datos en un pedazo de papel.
8. Consultar con el Docente cuando no se entiende una operación o reacción
química.
9. HACER USO DEL MANDIL, LENTES DE SEGURIDAD EN FORMA
OBLIGATORIA EN EL AMBIENTE DE TRABAJO.
10. La ruptura o daño de los materiales y aparatos, es responsabilidad de los
estudiantes que se encuentren operando.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
3
INSTRUCCIONES PARA EL TRABAJO EN EL LABORATORIO DE QUIMICA I
1. Recuerde que el laboratorio es un lugar serio de trabajo. Debe conocer su
ubicación permanente en la mesa y mantenerla el orden.
2. Lea cuidadosamente el MANUAL DE PRACTICAS DE QUÍMICA I
preparando un bosquejo de informe. Al realizar las prácticas, solo efectúe
las señaladas y a medida que las realice, complete su informe
correspondiente.
3. Deje sus mochilas, chaquetas y cualquier otro implemento, que no necesite
en el laboratorio, en los casilleros dispuestos para tal fin.
4. No juegue con las llaves de agua, gas, etc. que se encuentran en las mesas.
5. Si deja caer las sustancias químicas sobre la mesa, limpiar inmediatamente.
6. Si se vierte sobre sí un ácido o cualquier sustancia corrosiva, lávese
inmediatamente con abundante agua.
7. No toque directamente con las manos las sustancias químicas desconocidas.
8. Si desea conocer el olor de una sustancia, no acerque a la cara directamente,
abanique un poco de vapor a las fosas nasales, moviendo la mano sobre la
sustancia o el recipiente que contiene la sustancia
9. Compruebe cuidadosamente los rótulos de los frascos de reactivos antes de
usar su contenido.
10. No devolver los sobrantes de compuestos usados a los frascos originales, no
introducir objeto alguno dentro de ellos, no cambiarles de tapa por ningún
motivo.
11. Los frascos goteros no se debe destapar para usarlos, consulte su uso con el
profesor.
12. Antes y después del experimento, asegúrese de la limpieza de las mesas y
aparatos usados, deje todo en su sitio.
13. Todo material roto o extraviado durante la práctica será de responsabilidad
de todos los integrantes del grupo.
14. Al momento de encender el mechero, verifique que las llaves y manguera
correspondan al respectivo mechero.
15. Antes y después del experimento, asegúrese de la limpieza de las mesas de
trabajo y aparatos usados, deje todo en su sitio.
16. FINALMENTE, LAVARSE BIEN LAS MANOS, CON AGUA Y JABÓN,
DESPUÉS DE HACER UN EXPERIMENTO Y ANTES DE SALIR DEL
LABORATORIO.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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OPERACIONES PELIGROSAS
Las prácticas de Laboratorio requieren de mucho más cuidado del que hasta
ahora se ha expuesto en estos puntos se exige al alumno EL USO DE LOS
LENTES DE SEGURIDAD. Hay pequeños detalles que se deben tener en
cuenta para realizar ciertas operaciones, evitando consecuencias
desagradables:
1. Nunca calentar un tubo de prueba, dirigiendo éste hacia sí o hacia algún
compañero, las sustancias que se calientan, generalmente líquidas, pueden
proyectarse violentamente hacia afuera, provocando un accidente.
2. Nunca prenda un mechero, abriendo totalmente la llave de gas y
manteniendo la cara sobre el mismo; la presión del gas produce una llama
bastante larga que podría causarle quemaduras.
3. Tener mucho cuidado al introducir un tubo o un Termómetro a través de un
tapón de corcho o de jebe. La presión deberá ejercerse sobre el tubo en un
punto próximo al tapón; si se presiona desde el extremo opuesto, se tendrá
mayor facilidad, pero puede producirse una palanca que fácilmente lo rompa,
es aconsejable cubrirse la mano con un trapo y humedecer en agua, aceite o
álcali el tubo o termómetro.
4. Emplear siempre la pinza para coger los tubos, especialmente cuanto está
efectuando calentamiento (recuerde que el tubo se pone rojo cuando está lo
suficientemente caliente, como para producir dolorosas quemaduras.
5. Mantener lejos de la cara, extendiendo bien los brazos toda clase de reactivos
cuando por primera vez se ha de verificar alguna reacción química. Muchas
veces ésta desprende gran cantidad de calor, que puede proyectar
violentamente los reactantes fuera del tubo.
¡¡¡¡TODO LO QUE NO SEA AGUA ES DAÑINO PARA EL OJO!!!!
¡¡¡¡LOS LENTES DE SEGURIDAD SOLO AYUDAN, SI LOS LLEVA
PUESTOS!!!!
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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PRÁCTICA N°1
RECONOCIMIENTO DEL MATERIAL DE LABORATORIO
1.1. OBJETIVOS
� Familiarizar al estudiante con los implementos usados en el Laboratorio
de Química.
� Capacitar al estudiante para adquirir habilidad en el manejo de pipetas,
buretas, balones, vasos de precipitado y tubos de ensayo.
� Instruir al estudiante en las reglas básicas de comportamiento y seguridad
dentro de un laboratorio de Química
1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
1.2.1. Materiales de Laboratorio.
Los materiales de laboratorio son aquellos objetos o materiales que se emplean
para realizar una operación química, hacer un experimento o realizar un
análisis químico. En un laboratorio químico se encuentran materiales y
equipos muy diversos, para los más variados usos, la mayoría de los cuales
son de vidrio y de uso especifico y es muy necesario conocer el uso adecuado
de cada material.
1.2.2. Clasificación del Material de Laboratorio.
Los materiales de laboratorio se pueden clasificar de dos maneras:
A. Por la Clase de Material Empleado en su Fabricación.
Materiales de Vidrio: La mayoría de los materiales de laboratorio son de vidrio
Pírex (es un vidrio especial a base de boro silicatos, que poseen muy pequeño
coeficiente de dilatación, elevado punto de reblandecimiento y gran resistencia
a agentes químicos). Estos materiales pueden ponerse en contacto directo con
el calor. Por ejemplo: vasos, tubos balones, etc. Mientras que ciertos
materiales sobre todo volumétricos como: buretas, pipetas, fiolas, etc., a pesar
de que están hechas de vidrio Pírex, no deben poner en contacto con el calor
ya que pueden variar la precisión en la medida del volumen, por eso que estos
materiales tienen en su rótulo la temperatura de trabajo y su precisión.
Materiales de porcelana: Materiales hechos en base a una mezcla de caolín,
feldespato y cuarzo calentado a elevada temperatura. Se puede poner en
contacto con el calor sin cambios bruscos de temperatura, por ejemplo:
crisoles, cápsulas, embudos, etc.
Material Metálico: Son generalmente accesorios, muchos de ellos con
revestimiento (cromado), por ejemplo: soporte universal, trípode, pinzas, etc.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Materiales de Madera: Son soportes que no pueden estar en contacto con
calor, ni con agentes químicos corrosivos, por ejemplo gradilla, soporte para
embudos, etc.
Materiales de Plástico: Materiales poco empleados en relación a los otros
materiales, debido a que son atacados fácilmente por sustancias corrosivas.
Ejemplo: pizetas, cuentagotas, etc.
B. Por su Uso Específico
Materiales Volumétricos: Son materiales de vidrio, generalmente de vidrio
borosilicatado, destinados para realizar medidas de volúmenes de líquidos, de
gases, y son muy útiles para los trabajos en laboratorios químicos.
• Probetas: Recipientes cilíndricos de vidrio grueso, pico y base amplia para
poder parar, algunos son de plástico o polietileno, graduada de la base al aforo
superior. Se emplean para medir volúmenes cuando no se necesita mucha
exactitud. Existen probetas desde 10 ml hasta 1000 ml.
• Pipetas: Material volumétrico en forma de varilla graduada de arriba hacia
abajo. Sirve para medir volúmenes pequeños con mucha exactitud y las hay
desde 0.5 ml (micro pipetas) hasta de 100 ml. Antes de usar una pipeta, esta
se enjuaga con el líquido a medir, después se carga por succión, hasta 2 ó 3
cm. por encima del enrase y se tapa el extremo superior de la pipeta con la
yema seca del dedo índice, la pipeta debe mantenerse verticalmente y a una
altura tal, que la marca se halle al mismo nivel que el ojo. La gota que queda
en el extremo se saca tocando una superficie de vidrio, como puede ser un
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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vaso de precipitado u otro material. Se pueden diferenciar dos tipos de
pipetas:
Pipetas Volumétricas: Cuando tiene una marca o aforo y tiene un bulbo
intermedio de seguridad. Este tipo de pipeta se utiliza en operaciones que
requieren medir volúmenes de líquidos con gran exactitud.
Pipetas Gravimétricas: Cuando toda la pipeta esta graduada, se emplea para
emitir a voluntad volúmenes diferentes y son útiles para medir Volúmenes
aproximados de líquidos, no se emplea para mediciones de precisión.
Pipetas automáticas
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Fiolas o matraces aforados: Son recipientes de vidrio de cuello muy largo
y angosto en el cual tiene una marca o aforo que señala un volumen exacto a
una determinada temperatura, que está grabada en el mismo recipiente y
generalmente a 20 ºC. Se emplea en operaciones de análisis químico
cuantitativo, para preparar soluciones de concentraciones definidas, por tanto,
este material es de gran exactitud. Existen fiolas desde 5 ml hasta 2000 ml,
las más comunes son de 50, 100 y 250 ml.
• Buretas: Son tubos largos, cilíndricos y graduados, cuyo extremo inferior
terminan en una llave de vidrio, la llave sirve para controlar el flujo del liquido
con el que se le llene. Su empleo se da en operaciones en que se requiere
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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medir volúmenes con gran exactitud, como son los análisis volumétricos
cuantitativos.
Antes de ser utilizadas, las buretas deben de ser enjuagadas con el líquido a
medirse. Existen buretas desde un ml (micro buretas) hasta 1000 ml, pero las
más comunes son de 10, 25, 50, y 100 ml. Se pueden encontrar buretas de
varios tipos:
Buretas Común: Anteriormente descrita.
Buretas automáticas: Buretas adosadas a un sistema de llenado y aforado
automático.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Buretas de Gases: Buretas con llave en ambos extremos para medir volúmenes
de gases por desalojo de un líquido.
Materiales de Reacción: Sirven para efectuar reacciones de prueba, en
pequeñas cantidades. Hay materiales para realizar diversos tipos de
reacciones: de combinación, de descomposición, de calentamiento, etc.
• Tubo de ensayo: Sirve para hacer reacciones en pruebas pequeñas
cantidades; hay de diferentes tamaños y capacidades.
Se pueden encontrar tubos de varios tipos:
Tubos de Ensayo: También llamados tubos de prueba, son los tubos comunes
de diferentes diámetros y longitudes, como son: de 18×150 y 25×150 mm.
Tubos de Ignición: Son tubos pequeños, generalmente de 14×100 mm de
paredes gruesas, que se emplea para efectuar calentamiento a alta
temperatura.
Tubos con Salida Lateral: Son tubos especiales que tienen un pequeño ramal
lateral cerca del borde, se emplean para producir gases, para absorber los
gases, para efectuar filtraciones al vació.
Tubos Graduados: Son tubos de vidrio graduados, utilizados para medir
volúmenes de gases y para casos especiales. Comúnmente las graduaciones
están en 0.1 cc y hay de diferentes capacidades.
Tubos en “U”: Son tubos de vidrio que tiene esta forma. Se emplean para hacer
reacciones electroquímicas, en donde en cada extremo se coloca un electrodo.
Tubos Thiele: Son tubos de vidrio especial que tiene la forma de una “b”. Se
utilizan para determinar el punto de fusión de una sustancia.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Vaso de precipitados o beaker: Sirven para efectuar reacciones con mayor
cantidad de reactivos y en sistema abierto; tiene forma alta o baja, con o sin
graduación desde 25 ml hasta 2000 ml
• Matraces Erlenmeyer: Son recipientes de forma cónica, fabricados de
vidrio, generalmente pírex. Su uso más común es en titulaciones (análisis
químico cuantitativo), debido la facilidad que ofrecen para agitar la solución,
sin peligro de que está se derrame, durante la titulación. Sin embargo,
también se emplean para efectuar filtraciones, ataques, evaporaciones de
soluciones y ocasionalmente efectuar alguna reacción química. Existen
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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matraces de diferentes capacidades, desde 25 hasta 2000 ml, los más usados
son de 100 y 250 ml.
• Balones: Son de recipientes fabricados de vidrio pírex, que constan de un
cuerpo esférico y un cuello. Se le utiliza para realizar diversas reacciones
químicas. Existen balones con capacidades desde 100 ml hasta 2000 ml y se
pueden encontrar balones de varios modelos:
Balones con Fondo Plano: Denominados “matraces” compuestos por un cuello
largo y boca angosta, o de cuello angosto y corto, y el de cuello corto con boca
ancha. Los que tienen cuello largo se conocen como balones o matraces de
Florencia.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Balones con Fondo Redondo: Los balones de cuello largo constituyen el modelo
clásico, empleados para efectuar reacciones donde intervienen el calor,
también se disponen modelos con cuello corto.
Balones de Destilación: Estos tienen fondo redondo con el cuello largo y un
tubo lateral de salida, situado en el cuello y ligeramente inclinado hacia abajo,
por donde saldrán los vapores. El otro tipo de balón de destilación es el de
Claissen, que posee dos cuellos extra, usados para ciertas operaciones
especiales de destilación
• Lunas de Reloj: Son discos de vidrio pírex de diferentes diámetros,
generalmente cóncavos. Se usan para tapar los vasos de precipitados, y evitar
salpicaduras; para evaporar pequeñas cantidades de un liquido; para realizar
ensayos previos o de corta escala; para cristalizaciones, sublimaciones
(poniendo como tapa otra luna de reloj), y pruebas de acidez, de basicidad.
• Retortas: Son de recipientes de vidrio en forma de pipa cerrada, con o sin
abertura en la parte superior, si hay abertura llevaría tapón de vidrio, la cual
puede ser esmerilada o no. Tiene alta resistencia térmica y mecánica; son
empleadas para obtener productos volátiles, corrosivos.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Material de filtración y Separación: Sirve para separar bases distintas, y
estos pueden ser:
• Embudo Cono terminado en vástago, sirve para filtrar por gravedad con
ayuda de un cartucho de papel filtro, algodón y algún medio filtrante.
• Embudo Buchner Embudo de porcelana con fondo plano y perforado como
un colador, sirve para filtraciones al vacío. Hay desde 5 hasta 30 cm. de
diámetro.
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• Crisol filtrante de Gooch Crisol de porcelana con el fondo perforado, sirve
para realizar filtraciones al vacio y posterior calcinación del sólido.
• Embudo de vidrio sinterizado y poroso Embudo o crisol con fondo de
vidrio poroso para filtrar colorantes y evitar adsorción de papel
• Kitasato: Matraz de vidrio muy resistente que presenta una pequeña
tubuladura lateral en el cuello y sirve para realizar filtraciones al vacío.
• Trampa de agua Dispositivo que se coloca en el pilón de agua para crear
una corriente de vacío que puede ser usado en el Kitasato.
• Pera o embudo de separación (o decantación) Embudo con llave en el
vástago y cerrado con tapa esmerilada, sirve para separar fases líquidas.
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• Columna cromatografía Tubo de diámetro regular con o sin llave de paso
inferior, que se llena con una sustancia absorbente para separar los
componentes de una mezcla por la diferencia de absorción.
• Tubo de centrífuga Tubo de ensayo con o sin tapa, terminado en punta,
con graduación que sirve para separar fases por centrifugación.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Papel Filtro Es un papel de celulosa pura, sin carga y sometida a procesos
especiales, según el caso al que se destine, así por ejemplo, hay con cenizas
taradas para efectuar análisis cuantitativos, resistentes a los ácidos, a los
álcalis, para filtrar precipitados gelatinosos, grasos, finos, etc.
El papel filtro se emplea cortando un círculo cuyo diámetro debe escogerse
de tal modo que, una vez doblado y colocado en el embudo, el borde
superior de este quede más o menos 1 cm., por encima del papel. Si se trata
de filtrar al vació, el diámetro debe ser tal que encaje perfectamente dentro
del embudo de Buchner, por ningún motivo debe quedar doblado el papel
filtro.
• Tamices Metálicos: Son mallas metálicas, cuya superficie perforada permite
efectuar la separación de partículas o granos por tamaños. La magnitud de
las perforaciones determina la clasificación de los tamices la cual se realiza
generalmente por escala numérica.
• Columnas de Absorción o Cromatográficas: Son columnas cilíndricas de
vidrio, con entrada y salida apropiada. Dentro de la columna se deposita una
sustancia absorbente específica para un determinado reactivo o sustancia en
estado gaseoso o liquido. Este material absorbente separa los componentes
de una mezcla por la diferencia de absorción.
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• Extractores: El más conocido es el equipo de Soxhlet, que se utiliza para
extraer los componentes solubles de un sólido con un solvente adecuado, y
así recuperan el compuesto útil de una muestra.
• Equipo de Destilación: El equipo en si consta de un balón de destilación y
un refrigerante o condensador. El condensador fabricado de vidrio, condensa
los vapores que se desprenden del balón de destilación, ya que en
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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contracorriente por un tubo concéntrico circula agua fría o algún líquido
refrigerante. Existen varios tipos de condensadores, por ejemplo, de Liebig
(con tubo condensador central recto), de serpentín o Graham (con tubo
condensador central en forma de serpentín o espiral), de bolas (con tubo
condensador central en forma de collar), de Friedrichs o inverso (con tubo
condensador externo, el agua circula por el tubo interno), etc. También, en
algunos casos, se utiliza una columna de fraccionamiento, la cual consiste
en un tubo de vidrio largo provisto de platillos o niveles de condensación que
se interpone entre el balón de destilación y el refrigerante, para realizar una
destilación fraccionada.
Materiales de Calcinación y Desecación: Son materiales refractarios para
someterse a altas temperaturas, son generalmente de arcilla, porcelana o
platino, etc.
• Crisol Es un recipiente pequeño en forma de vaso, de arcilla, porcelana o
metal; sirve para calcinar muestras, pueden tener tapa.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Cápsula Fuente pequeña de porcelana, sirve para desecar o calcinar
muestras a bajas temperaturas; hay de varias dimensiones.
• Escorificador Crisol grueso refractario absorbente, para que al fundir una
muestra, separar de la escoria. Este material es descartable y se usa
generalmente para el análisis de oro y plata.
• Cristalizadores Son cilindros de vidrio de baja altura, sirven para cristalizar
soluciones por evaporación, a temperatura ambiente, hay de diversos
diámetros y tamaños.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Desecadores Depósito grande, dividido en dos partes por una parrilla, la
inferior sirve para colocar materiales higroscópicos (como CaCl2, CuSO4.
Anhidro, P2O5, silicagel, etc.) y la parte superior para poner la sustancia a
deshidratar.
• Cucharilla de Ignición: Son recipientes en forma de cucharas de mango
largo, de cobre, aleaciones de fierro o acero. Se emplea para quemar sólidos
en el seno de gases y en donde se producen reacciones. Por ejemplo: azufre
en oxigeno, antimonio en cloro, etc.
• Asa de Nicrón: Es una varilla de vidrio macizo, terminada en un alambre de
nicrón en forma de gancho. Se le utiliza para hacer pruebas a la llama.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Materiales para Soporte o Sostén: Son aquellos que sirven de soporte o
apoyo para mayor seguridad y mantenimiento en las diferentes instalaciones,
así como para mantenerlos fijos y en equilibrio.
• Soporte Universal Es de estructura metálica, consiste en una varilla
metálica de longitud variable enroscada a una base de hierro, que puede ser
triangular o rectangular. Se utiliza para las diferentes instalaciones, para
sostener en posición fija los diversos materiales, especialmente cuando se
arman aparatos complicados, como un equipo de destilación.
• Pinzas Son sujetadores, sirve para sujetar accesorios o materiales de
laboratorio.
Existen varias clases de pinzas.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Pinzas para Crisoles: Son de material metálico, tienen forma de una tijera,
sirven para sujetar al crisol en una operación de calentamiento, además para
manipular al crisol en la mufla en una operación de calcinación.
Pinzas para Vasos de Precipitados: Son pinzas destinadas a manipular vasos,
cuando estos se encuentran calientes, tienen la forma de una tijera y son de
estructura metálica.
Pinzas para Tubos de Ensayo: Son es estructura metálica, sirven para el
manejo de tubos de ensayo cuando son sometidos a la acción del calor.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Pinzas para Pesas: Son instrumentos a manera de tenacillas de estructura
metálica. Sirven para coger o sujetar las pesas pequeñas que se usan en una
operación de pesada y para ser colocados en el centro del platillo de la
balanza.
Pinzas de Mohr o de Presión: Son de estructura metálica, sirven para controlar
el flujo de un fluido que circula a través de un tubo de goma.
Pinzas de Hoffman o de Tornillo: Son de metal, se utilizan en forma similar a la
anterior, con la diferencia de que es más precisa en el control de flujo por
poseer un anillo graduable.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Pinzas para Buretas: Son metálicas, con mordazas de jebe, se sujeta al soporte
universal. Se utilizan para soportar buretas (una o dos según el tipo) en forma
vertical.
• Nueces o Tenazas: Son de estructura metálica, sirve para realizar diferentes
conexiones de instrumentos, como: aros, varillas metálicas, etc., al soporte
universal. Pueden ser fijas, y giratorias.
• Anillos Metálicos: Son de naturaleza metálica, formado por un anillo
circular soldado a una varilla delgada del mismo material. Estos se sujetan a
los soportes universales con una nuez. Sirven para sostener objetos que tienen
alguna parte esférica como un matraz redondo, embudos, etc.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Gradillas para Tubos de Ensayo: Son de metal o de madera. Es una especie
de escalerilla portátil y sencilla. Sirve para portar tubos de ensayo durante el
trabajo de laboratorio.
• Porta Embudos: Son de madera, tiene una base de madera y una varilla, en
la cual se sujeta una madera ahuecada para sostener embudos o peras de
decantación.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Trípode: Accesorio metálico, formado por un anillo circular apoyado en tres
patas equidistantes, que son varillas delgadas. Sirven para colocar sobre la
rejilla metálica o de asbesto en una operación de calentamiento.
• Rejillas: Son mallas metálicas hechas de alambre de fierro estañado, las de
mayor uso son de 15×15 cm.
Rejillas Metálicas: Construidas de delgados alambres entrelazados, sirve como
soporte del recipiente que puede ser utilizado como el caso de las rejillas de
asbesto.
Rejillas de Asbesto: Son similares a las rejillas metálicas, pero posee en la
parte central una sustancia llamada asbesto. Se utiliza para difundir la llama
producida por un mechero en una operación de calentamiento, obteniendo un
calentamiento suave y uniforme, además, se consigue evitar los cambios
bruscos de temperatura. Se coloca sobre el trípode.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Triangulo Refractario: Esta constituido de dos partes, una de metal y la
otra de un material refractario, como la porcelana, el cual cubre en forma de
tubo concéntrico a un triangulo de metal. Se usa para sostener a los crisoles
en el trípode durante el calentamiento o la calcinación.
Materiales para Usos Diversos:
• Varillas de Vidrio o Baguetas: Son varillas gruesas de vidrio de 3, 5, y 7
mm de diámetro y de largo conveniente, con ambos extremos redondeados.
Las baguetas sirven para agitar y trasvasar líquidos. La varilla “policía” es la
que tiene un trozo de 3 cm. de tubo de goma en uno de sus extremos,
convenientemente fijado; es emplea para desprender partículas de
precipitados, que no es posible removerlo con chorros de agua de la pizeta. Por
precaución, la varilla de goma no debe ser empleada para agitar, ni se la debe
dejar en la solución.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Piedras de Ebullición: Son perlas de vidrio, cuya finalidad es romper la
tensión superficial de un líquido, antes de que este hierva y así, evitar las
proyecciones.
• Pizetas: Son frascos de plástico o polietileno, algunas veces de vidrio, con
sifón; en el que se llena agua destilada y permiten emplearla fácilmente para
lavar precipitados o para diluir precipitados.
• Frascos Goteros o Cuentagotas: Son frascos de vidrio o plástico diseñados
especialmente para dosificar pequeños volúmenes (gotas) de reactivos o
sustancias liquidas.
• Espátulas: Son instrumentos de forma plana, alargada, de metal y con
bordes afilados, provistos de un mango de madera. Sirven para coger,
trasladar o transportar muestras sólidas o reactivos químicos puros, durante
la operación de pesada en una balanza.
Manual de Prácticas de Química I
• Trampa de Vació o Trampa de Agua
vidrio utilizado para producir vació parcial dentro de un sistema, mediante el
flujo continuo de agua, la cual produce una diferencia de cargas, y por
consiguiente un vació en el cuerpo de la trampa y esta depende de la velocidad
de flujo. Posee dos entradas, una para el lí
de aire con una salida común.
• Tubos de Goma o Mangueras
en cualquier dirección, de algún fluido o fluidos apropiados, de acuerdo a la
calidad del material construido.
• Morteros: Son materiales semiesféricos de base plana, que son fabricados de
porcelana, de acero u otro tipo de material duro. Consta de dos partes: el mazo
o pistillo y el mortero propiamente dicho que es el recipiente donde se opera.
Los morteros se emplean reducir de tamaño, triturar, pulverizar pequeñas
cantidades de muestra sólida por percusión. Existen varios tipos de morteros y
algunos son:
Morteros de Acero: Fabricados de una aleación de fierro y otros metales, se
usan para disgregar minerales y roc
uímica I Ingeniería
Trampa de Vació o Trampa de Agua: Es un dispositivo metálico o de
ara producir vació parcial dentro de un sistema, mediante el
flujo continuo de agua, la cual produce una diferencia de cargas, y por
consiguiente un vació en el cuerpo de la trampa y esta depende de la velocidad
de flujo. Posee dos entradas, una para el líquido y otra para realizar la succión
de aire con una salida común.
Tubos de Goma o Mangueras: Tienen una gran utilidad en las conexiones
n cualquier dirección, de algún fluido o fluidos apropiados, de acuerdo a la
calidad del material construido.
Son materiales semiesféricos de base plana, que son fabricados de
porcelana, de acero u otro tipo de material duro. Consta de dos partes: el mazo
o pistillo y el mortero propiamente dicho que es el recipiente donde se opera.
ean reducir de tamaño, triturar, pulverizar pequeñas
cantidades de muestra sólida por percusión. Existen varios tipos de morteros y
Fabricados de una aleación de fierro y otros metales, se
usan para disgregar minerales y rocas en estado sólido.
Ingeniería Industrial
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Es un dispositivo metálico o de
ara producir vació parcial dentro de un sistema, mediante el
flujo continuo de agua, la cual produce una diferencia de cargas, y por
consiguiente un vació en el cuerpo de la trampa y esta depende de la velocidad
quido y otra para realizar la succión
Tienen una gran utilidad en las conexiones
n cualquier dirección, de algún fluido o fluidos apropiados, de acuerdo a la
Son materiales semiesféricos de base plana, que son fabricados de
porcelana, de acero u otro tipo de material duro. Consta de dos partes: el mazo
o pistillo y el mortero propiamente dicho que es el recipiente donde se opera.
ean reducir de tamaño, triturar, pulverizar pequeñas
cantidades de muestra sólida por percusión. Existen varios tipos de morteros y
Fabricados de una aleación de fierro y otros metales, se
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Morteros de Porcelana: Aquellos que no tienen barniz interiormente, se
aprovecha su aspereza para un mejor desmenuzado.
Morteros de Vidrio: Utilizado en donde se requiere gran pureza y limpieza de
sustancias o cuerpos sólidos menos duros que el vidrio.
Morteros de Ágata: Son morteros de mucha dureza y mayor calidad, se les
utiliza para pulverizar las muestras de mayor valor.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
32
1.2.3. Instrumentos de Laboratorio.
Son aquellos instrumentos mecánicos o eléctricos, simples o complejos que se
utilizan en el laboratorio. A continuación mencionaremos los más comunes.
• Balanzas: Son instrumentos diseñados para la determinación de masa de
diversas sustancias. Se dispone de diversos tipos o modelos de balanzas, entre
las que tenemos: balanza analítica, balanza técnica y balanza electrónica.
• Densímetros o Aerómetros: Son tubos de vidrio cerrados, de forma especial,
con un lastre en su parte inferior para mantenerlos verticales y una escala
impresa en su parte interior. Estas escalas están graduadas para líquidos de
mayor o menor densidad que el agua. El densímetro se hace flotar en el
líquido cuya densidad se desea medir y el enrase del menisco observado de la
superficie libre sobre la escala graduada nos dará la densidad respectiva.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Barómetro: Es un tubo de vidrio graduado en mm o cm. que se emplea para
medir presiones atmosféricas, se utiliza el mercurio para tales fines.
• Manómetros: Son aparatos para medir diferencias de presión entre dos
puntos de un sistema. El tipo más simple es el de un tubo en forma de U,
cuyos extremos se conectan a dos puntos en los cuales se mide la diferencia
de presión. La sustancia que se utiliza dentro del tubo se denomina líquido
manométrico, generalmente se usa mercurio, pero también se puede utilizar
agua, aceites, etc. Con este aparato se mide presiones manométricas.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
34
• Termómetros: Son instrumentos destinados a medir temperaturas con
escalas en grados centígrados o Fahrenheit (ºC o ºF). El tipo más usual es
aquel que tiene graduaciones desde -10 ºC hasta 200 ºC. Son utilizados
generalmente en operaciones de destilación, determinaciones de puntos de
fusión y ebullición, temperaturas de reacción, etc.
• pH−metro: Es un aparato que mide la concentración de iones hidrógeno (H+),
es decir, el pH de una solución. Posee electrodos, los cuales debe estar en
contacto con los iones disueltos de la solución, para luego transmitir una
fuerza electromotriz y reportar datos que relacionan la concentración de la
solución, expresada directamente en pH.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Conductímetro: Es un aparato que mide la conductividad, es decir medida
de la capacidad de una disolución acuosa para transportar la corriente
eléctrica.
• Mecheros: Son aparatos destinados a quemar combustible. Los de uso
general en el laboratorio son de vidrio y de metal. El primero se emplea para
quemar alcohol (mechero de alcohol) y el segundo para quemar gas (mechero
de Bunsen).
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
36
• Mufla Eléctrica: Es una cámara cerrada, construida de material refractario.
En la puerta anterior tiene un agujero de observación. Funciona a electricidad
para producir calefacción. Le temperatura máxima es de 1200 ºC, en lo
posibles debe poseer un termómetro o termocupla.
• Planchas Eléctricas: Se utilizan para calentamiento y evaporación de
soluciones. Para protegerse de los humos, vapores y derrame de líquidos
corrosivos, los elementos calefactores y los conductores internos están
cubiertos y aislados convenientemente.
• Estufas Eléctricas: Sirven para secar precipitados o sustancias sólidas a
temperaturas relativamente bajas, por calefacción eléctrica funcionan desde
la temperatura ambiente hasta 250 ó 300 ºC, tienen un termorregulador, que
cumple la función de regular la temperatura del aparato.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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• Cocinilla Eléctrica: Cocina eléctrica con resistencias. Sirve para calentar
líquidos con ayuda de una rejilla de asbesto.
• Baño María: Aparato que consiste en un recipiente con resistencia eléctrica,
en el recipiente se coloca agua, la que se calienta, produciendo un baño
caliente. Existen baños María que permiten regular la temperatura del baño
mismo.
• Baño de Arena: Aparato que consta de un recipiente que contiene arena,
debajo del cual hay una resistencia eléctrica que permite calentar.
1.2.4. Reactivos Químicos.
Los reactivos químicos son las sustancias empleadas en el laboratorio para
hacer reacciones de pruebas, analíticas u otras. Los reactivos químicos se
pueden clasificar de dos maneras.
A. Por su Naturaleza.
Reactivos Inorgánicos: Son de naturaleza inorgánica, con pocas excepciones.
Se puede clasificar como:
• Ácidos: Ácidos inorgánicos, que se almacenan como soluciones acuosas
concentradas. Se incluyen algunos ácidos orgánicos.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
38
• Sales e Hidróxidos: Sólidos que se clasifican de acuerdo al catión de las sales
o de los hidróxidos.
• Elementos Puros: Sustancias en estado elemental, generalmente inestables.
Se debe tener especial cuidado con su almacenaje, mantenerlos en
queroseno.
Reactivos Orgánicos: Son de naturaleza orgánica, generalmente sólidos. Se
puede clasificar como:
•Ácidos Orgánicos: Sólidos como el acido cítrico, acido oxálico, acido málico,
Acido benzoico, etc.
• Solventes. Líquidos como el benceno, éter, alcohol etílico, acetona, etc.
• Indicadores: Sustancias que se comportan diferente frente a ácidos y bases,
por ejemplo: fenolftaleína, anaranjado de metilo, rojo de metilo, etc.
Productos Químicos: Productos auxiliares, no clasificados, de diversa
naturaleza. Tales como arena, silicagel, carbón activado, piedra pómez, etc.
B. Por su Pureza.
Reactivos Pro − Análisis (P.A.): Son reactivos de alta pureza, usados para
realizar análisis y reacciones cuantitativas en trabajos de investigación.
Reactivos Químicamente Puro (Q.P.): Son reactivos de menor pureza que los
anteriores, se usa para reacciones semi − cuantitativas y experimentos afines.
Productos Técnicos: Son productos comerciales químicos de baja pureza, se
usan para reacciones comunes.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
39
1.3.2. Procedimiento Experimental
Experimento Nº 1: Para alcanzar los objetivos, el estudiante deberá hacer un
reconocimiento físico del laboratorio y de la mayor cantidad de implementos y
materiales de laboratorio que se le suministren. Esto significa, mirar, tocar y
aprender a usar cada uno de ellos, preguntando cada vez que lo considere
necesario, acerca del correcto uso de los implementos.
1.4 REPORTE DE RESULTADOS
1. ¿Por qué la lectura de los líquidos debe hacerse a la altura de la vista?
2. ¿En qué material volumétrico es más fácil y más rápido medir?
3. ¿Cuántas clases de pinzas conoces?
4. Nombre tres materiales para medir volúmenes exactos
5. ¿Por qué en los líquidos coloreados, la lectura se hace en la parte superior
del menisco?
6. Cuando se vacía una pipeta, ¿Es correcto soplar para desalojar el líquido
que queda en la punta de la misma?
7. ¿A qué se debe la convexidad del menisco?
8. ¿Por qué se debe secar la superficie exterior de los recipientes de vidrio
antes de someterse al calor?
9. ¿Es correcto pesar objetos calientes? ¿Por qué?
10. ¿Por qué los aparatos de medir volúmenes llevan registrada, generalmente,
la temperatura de 20 ºC?
11. ¿Por qué debe manipularse las pesas y materiales con la pinza o la
espátula y no con la mano?
12. ¿Cuál es la finalidad de la malla de asbesto?
13. Indique las zonas de una llama de mechero
14. ¿Cuál es la composición del vidrio, a qué se debe los distintos colores de
vidrio?
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
40
PRÁCTICA Nº 2
MANEJO DE MATERIAL VOLUMÉTRICO DE VIDRIO
2.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Conocer la influencia de la temperatura sobre los líquidos
2.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
El material volumétrico de laboratorio que se utiliza para la medida de los
volúmenes de los líquidos está constituido por: matraces, pipetas, buretas y
vasos de precipitado.
La superficie interna del material utilizado para verter un volumen medido del
líquido debe estar perfectamente limpio (se debe remojar antes de usarse en
una solución detergente para remover toda grasa o residuos químicos,
después enjuagar y secar perfectamente) de forma que la película del líquido
no se interrumpa cuando el líquido se vierta.
Los materiales volumétricos tienen grabada una escala, casi siempre en
mililitros o centímetros cúbicos. Ambas partes corresponden a la milésima
parte de un litro. En algunos materiales de medición volumétrica el centímetro
cúbico se expresa así (cc).
Los matraces y vasos de precipitado se utilizan para contener líquidos,
mientras que las probetas, pipetas y buretas se usan para medir y transferir
líquidos. Debido a que el agua y la mayoría de los líquidos tienden a subir por
las paredes de los recipientes forman un menisco que consiste en una
curvatura de la superficie libre cerca de las paredes del recipiente. Por eso,
una vez que se vierte el líquido en el recipiente este se coloca a la altura de los
ojos y se considera el volumen que indica la parte inferior del menisco que
puede ser cóncavo o convexo.
Bureta: Una bureta es un tubo de vidrio calibrado y preciso que tiene una
graduación que permite medir el volumen de líquido vertido a través de una
llave (válvula) de paso lubricada con grasas hidrocarbonadas, o con una llave
de paso de teflón (la cual no requiere de lubricación) en su extremo inferior,
que vierten a través de una punta capilar. Las buretas de Geisser están
provistas de una llave de vidrio esmerilado y de una punta para el vertido
unido a la bureta.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
41
Los números inscritos en la bureta aumentan de arriba abajo; sirven para
medir el volumen de los líquidos con mayor precisión y exactitud, por lo que se
utilizan para análisis cuantitativos, valoración de soluciones y
neutralizaciones.
Para usar una bureta de la forma más exacta posible, se debe escoger la
localización del cero respecto a una división. El error que se comete cuando el
ojo no está a la misma altura del líquido se llama error de paralaje. (Esto al
tomar una medición)
El líquido debe de fluir de forma suave por las paredes de la bureta. La
tendencia del líquido a adherirse al vidrio es menor si se vierte lentamente
(menos de 20 ml/min.).
Pipeta Volumétrica (o de transferencia): Mide el volumen definido que esta,
marca, no están graduadas; se usa cuando deba tomarse una proporcional
de una solución valorada.
Pipeta gravimétrica: Esta calibrada, se usa para medir pequeños volúmenes
de líquidos, mide el total que marca la pipeta, o fracciones de este.
Probetas: Instrumento de laboratorio que se utiliza, sobre todo en análisis
químico, para contener o medir volúmenes de líquidos de una forma
aproximada o de moderada precisión. Es un recipiente cilíndrico de vidrio con
una base ancha, que generalmente lleva en la parte superior un pico para
verter el líquido con mayor facilidad.
En la mayoría de las probetas de 10ml es posible medir volúmenes con
aproximación de 0.1ml; mientras que en una de 100ml tenemos aproximación
de 1ml, por lo que para obtener mediciones de mayor precisión debemos
seleccionar una probeta cuya capacidad no difiera mucho del volumen que se
desea medir.
Las probetas suelen llevar grabada una escala (por la parte exterior) que
permite medir un determinado volumen, a una determinada temperatura (sí la
temperatura del líquido se acerca a ella, las mediciones serán más exactas);
Cuando se requiere una mayor precisión se recurre a otros instrumentos, por
ejemplo las pipetas.
Fiolas: Las fiolas son de vidrio más comúnmente utilizados tienen
capacidades de 25, 50, 250, 500 y 1000 ml. Se calibran para contener el
volumen. A causa de la modificación del volumen de los líquidos y del vidrio
con los cambios de temperatura se deben volver a calibrar los aparatos
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
42
volumétricos cuando vayan a utilizarse a temperatura diferente de aquella
para la que fueron calibrados. La calibración hecha por el fabricante no debe
tomarse por infalible, sino que debe ensayarse para tener la seguridad de que
la graduación está adentro de las tolerancias exigidas para el trabajo a
realizar. Calibrados para contener el volumen del liquido especificado a 20 °C
y para utilizarse de una forma determinada; cuando están llenos de forma que
el fondo, hasta el menisco, coincide con el trazo del cuello.
Vaso de precipitados. Los vasos de precipitados o “beakers”, sirven para
múltiples propósitos tales como contener, calentar, enfriar, disolver, mezclar,
hacer reaccionar, etc. Aunque tienen una graduación, su precisión es muy
baja; se trata simplemente de vasos de vidrio pírex con borde superior al estilo
de jarra para facilitar el vertido de su contenido. Sus capacidades varían
ampliamente desde los 50 hasta 5000mls
2.3. PARTE EXPERIMENTAL
2.3.1. Material y Reactivos.
Materiales
- Matraces aforados de 50ml
- Vaso de precipitado de 100ml
- Termómetros
- Baño maría
2.3.2. Procedimiento Experimental
Experimento Nº 1:
1. Observe detalladamente las características e indicaciones de la fiola que va
a utilizar.
2. Caliente agua destilada a 50°C en un vaso de precipitados y con éste llene
la fiola de 50ml hasta la marca del aforo.
3. Espere a que el agua llegue a temperatura ambiente (tomando la
temperatura cada 5 minutos con el termómetro) y observe el volumen del
líquido con respecto a la marca del aforo (repetir este procedimiento dos
veces).
4. Con una pipeta medir el volumen del líquido que quedó en la fiola.
5. Con agua a temperatura ambiente (repetir paso 1) llene la otra fiola al nivel
hasta el aforo.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
43
6. Coloque la fiola en un baño de hielo hasta que la temperatura del agua
descienda a 5°C. Observe lo que pasa con el nivel del líquido respecto a la
marca del aforo (repetir este procedimiento dos veces).
7. Espere a que el agua llegue a temperatura ambiente (tomando la
temperatura cada 5 minutos) y observe los cambios de temperatura.
8. Con una pipeta medir el volumen del líquido que quedó en el matraz
2.4 REPORTE DE RESULTADOS.
1. ¿Qué observa cuando se lleva al aforo con agua caliente y deja que ésta
alcance la temperatura ambiente? ¿A qué atribuye este cambio?
2. ¿Qué observa cuando se lleva al aforo con agua a temperatura ambiente y
posteriormente lo enfría a 5 °C? ¿A qué atribuye este cambio?
3. ¿Qué pasa si se lleva al aforo con agua a 6 °C y posteriormente lo deja que
alcance la temperatura ambiente?
4. Considerando la temperatura de calibración registrada en la fiola y las
observaciones de su experimento, ¿Cuál es la temperatura adecuada para
medir 50 mL de agua en una fiola de 50 mL?
5. Complete el siguiente cuadro y proceda a graficar
Tiempo
(min)
Fiola Nº1
(ºC)
Fiola Nº2
(ºC)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
44
PRÁCTICA Nº 3
OPERACIONES BÁSICAS EN EL LABORATORIO
3.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Efectuar un estudio y reconocimiento de algunas técnicas de operaciones
básicas, empleadas frecuentemente en los trabajos de laboratorio.
� Efectuar la separación de los componentes mezclas (homogéneas o
heterogéneas).
� Adquirir destreza y habilidad en la manipulación de los materiales usados
en las distintas operaciones básicas.
3.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
3.2.1. La Materia.
La Química es la ciencia que describe la materia, sus propiedades físicas y
químicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energía que
acompaña a dichos procesos. La materia es todo aquello que tiene masa y
ocupa un lugar en el espacio, químicamente, puede clasificarse en dos
grandes grupos: sustancias puras y mezclas.
3.2.2. Sustancias Puras.
Una sustancia es cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen
composición idéntica, y en condiciones iguales, propiedades idénticas. Una
sustancia puede ser un compuesto o un elemento.
Elementos: Son sustancias que no se pueden separarse en sustancias mas
simples por medios químicos. Por ejemplo: nitrógeno, plata, aluminio, cobre,
azufre, etc. A la fecha se han identificado definitivamente 109 elementos, de
los cuales 83 se encuentran en forma natural en la tierra. Los demás han sido
producidos de modo artificial por científicos mediante reacciones nucleares.
Compuestos: Son sustancias puras formada por dos o mas elementos
diferentes combinados en una proporción constante. Todos los compuestos se
pueden descomponer en sustancias más simples, ya sean elementos o
compuestos más sencillos.
Por ejemplo, el compuesto agua (H2O) se puede descomponer por medio de la
electricidad en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxigeno; por medio
de la experimentación se ha determinado que el hidrógeno y oxigeno siempre
están presentes en la misma proporción en masa, 11.1 % H y 88,9 % O. Por
otra parte, las propiedades físicas y químicas de un compuesto son diferentes
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
45
de las propiedades de sus elementos constituyentes. Por ejemplo, el cloruro de
sodio (NaCl) en un sólido blanco que habitualmente se emplea como sal de
mesa, este compuesto se forma por la combinación de sodio (un metal blanco
plateado y suave que reacciona violentamente con el agua) y cloro (un gas
verde pálido, corrosivo y tóxico).
3.2.3. Mezclas: muestras de materia compuesta de dos o más sustancias, cada
una de las cuales conserva su identidad y propiedades (si es heterogénea). Las
sustancias químicas se pueden clasificar a la vez como sustancias
elementales o compuestos y las mezclas en homogéneas y heterogéneas. La
separación de los componentes de mezclas es muy importante y las técnicas
que se emplearán en esta práctica son los métodos de uso más común para
separar mezclas. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas.
Mezclas Homogéneas: Una mezcla homogénea, también llamada solución,
tiene composición y propiedades constantes. Algunos ejemplos son: el aire, el
agua salada, algunas aleaciones (mezclas homogéneas de metales en estado
sólido), etc.
Mezclas Heterogéneas: Una mezcla heterogénea no tiene composición ni
propiedades constantes. Por ejemplo: el aire con neblina, una mezcla de hierro
con azufre, una sopa de verduras, etc.; en estas se puede distinguir un
componente del otro.
3.2.4. Separación de Mezclas.
Las muestras de elementos y compuestos rara vez se encuentran en la
naturaleza en forma pura, por lo que es necesario separarlos de las mezclas en
las que se encuentran. Por otra parte, cuando se prepara un compuesto en el
laboratorio, se requieren varios pasos para separarlo en forma pura de la
mezcla de reacción en donde se formo. De la misma forma, en la industria,
para obtener un producto puro se necesita separarlo de la mezcla donde se
formo.
Las mezclas pueden separarse por métodos físicos ya que cada componente
conserva sus propiedades. A continuación, se describen algunos métodos
(operaciones básicas) para separar las sustancias puras de las mezclas. Estas
operaciones se basan en distintos fundamentos, como son: cambios de fase
producto de solubilidad, coeficiente de reparto, coeficiente de partición, etc.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Los estudiantes de Ingeniería Industrial estudiarán las Operaciones Básicas y
verán las numerosas aplicaciones de la filtración en las industrias de grasas y
de aceites para separar los agentes absorbentes empleados en la decoloración;
en la industria azucarera se filtran las pulpas del tratamiento de los jugos; en
las industrias lácteas el agua se separa de la cuajada del queso por filtración.
La destilación con arrastre de vapor se utiliza en elayotecnia; la rectificación
en la separación de alcohol de mezclas en las azucareras, de industrias
cárnicas y de aceites vegetales para recuperar los disolventes en los procesos
de extracción de grasas y aceites y es una operación fundamental en la
industria de bebidas alcohólicas, vinos y licores.
La extracción es una operación básica en la industria de los aceites de semilla.
La adsorción se aplicará sobre todo en la eliminación de colores, olores y
sabores no deseados, por ejemplo en elayotecnia, grasas y aceites, vinos, etc.
Pulverización: Operación utilizada para reducir de tamaño los cuerpos sólidos
relativamente grandes por medio de pequeños molinos o morteros de acuerdo
a las características del material. Seguidamente de esta operación se hace uso
de tamices para la separación de acuerdo al tamaño de la partícula.
Precipitación (pp.): Es la formación de un sólido (sustancia insoluble) en una
disolución. Esto ocurre cundo dos soluciones diferentes se mezclan o cuando
tiene lugar una reacción química y el producto o uno de los productos es el
sólido insoluble en el solvente o agua en que se encuentra, el sólido
generalmente aparece como una suspensión o en casos especiales como un
coloide.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Decantación: Operación que consiste en dejar en reposo una solución que
contiene un precipitado con el objeto de que el insoluble se deposite en el
fondo del recipiente por influencia de la fuerza de la gravedad y el líquido
sobrenadante puede ser separado por simple escurrimiento.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Filtración: Es la operación que consiste en separar los componentes de una
mezcla heterogénea (sólido – líquido) a través de un medio poroso papel filtro
que retengan las partículas sólidas, en esta operación se emplea como
material embudo, bagueta, porta embudo, papel filtro que se fija al embudo
con ayuda del agua destilada para trasvasar el contenido se ayuda con la
bagueta. El sólido adherido al papel filtro se denomina residuo y el líquido que
pasa se llama filtrado.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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Disolución: Cuando una sustancia sólida, líquida o gaseosa se solubiliza en un
solvente o disolvente quedando una solución homogénea.
Centrifugación: Método de separación de difícil filtración de una mezcla, tiene
la ventaja de no requerir papel filtro, es una operación muy rápida, las
partículas sólidas suspendidas en el líquido se depositan en el fondo del
recipiente, mientras que las ligeras sobrenadan, por acción de la fuerza
centrífuga.
Evaporación: Consiste en hacer pasar una sustancia en estado líquido al
estado de vapor, operación que se realiza a temperatura ambiente o a mayor
temperatura, operación que se realiza a temperatura ambiente o a mayor
temperatura. Se emplea generalmente con la finalidad de concentrar una
disolución.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
50
Lavado: Consiste en la eliminación de sustancias solubles que impurifican el
precipitado. La naturaleza del líquido de lavado depende de la solubilidad y
propiedades químicas del precipitado, de la impureza que se han de eliminar y
de la influencia que debe tener la solución del lavado que queda con el
precipitado en los tratamientos posteriores del mismo antes de la pesada.
Desecación: Operaciones que consisten en eliminar en contenido de humedad
de los precipitados obtenidos al filtrar una mezcla o de materias que tienen
agua incluida, mediante la acción del calor producido en la estufa.
Corrientemente se llama secado cuando la temperatura empleada no excede
de los 200 °C y se realiza en la estufa.
Calcinación: Operación muy similar a la desecación, con la diferencia que se
emplea para descomponer la materia orgánica, obteniendo un residuo blanco
denominado cenizas. Operación que emplea temperaturas superiores a 250 °C
y se efectúa en la mufla.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
51
Destilación: Operación que se utiliza para separar de una sustancia líquida
volátil de una mezcla homogénea (líquidos miscibles), mediante el paso de uno
de los componentes del estado liquido al estado gaseoso (evaporación),
producido por el calentamiento; y posteriormente al estado liquido
(condensación), producido por la refrigeración. Esta operación se fundamenta
en la diferencia del punto de ebullición de las sustancias a separarse. Existen
varios tipos: destilación simple, destilación fraccionada, destilación al vacío,
etc.
• Destilación Simple: Se utiliza para separar los componentes de una mezcla
líquida o de un sólido en solución, los componentes deben poseer puntos de
ebullición inferiores a 150 ºC y estos deben de diferir ampliamente entre sí,
más de 25 ºC.
• Destilación Fraccionada: Se utiliza para separar los componentes de una
mezcla líquida, cuando los puntos de ebullición de los componentes son muy
cercanos entre sí, menos de 25 ºC. En este tipo de destilación se utiliza una
columna de fraccionamiento.
• Destilación al Vació o a Presión Reducida: Se utiliza para separar líquidos con
un punto de ebullición superior a 150 ºC o que se descompone a alta
temperatura. Como un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala a la
presión externa, se puede reducir el punto de ebullición disminuyendo la
presión a la que se destila
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
52
Extracción: Esta operación consiste en la separación de un componente de una
mezcla, sólida o líquida, mediante el empleo de un solvente, es decir, la mezcla
se trata con un solvente que disuelva solamente uno de los componentes o
algunos de ellos. Por tanto, la extracción se basa en el reparto selectivo del
soluto entre dos fases no miscibles, que pueden ser una acuosa y una
orgánica. Los solventes frecuentemente empleados son: acetona, benceno,
éter, alcohol, etc. Existen dos tipos de extracciones:
• Extracción Líquido − Líquido: Esta operación es empleada cuando el
compuesto a extraer está disuelto en una fase líquida. Por tanto, se basa en el
grado en que un soluto, tanto orgánico como inorgánico, se distribuye entre
dos líquidos inmiscibles; y consiste en la separación de un soluto disuelto en
un disolvente, mediante otro disolvente no miscible con el primero. Esta
extracción se realiza mediante un embudo de decantación, que permite
mezclar por agitación las dos fases líquidas; posteriormente se deja en reposo
hasta que la separación de las dos capas sea nítida, procediendo a la
separación.
• Extracción Sólido − Líquido: Esta operación se utiliza cuando el compuesto a
extraer forma parte de un sólido, es decir, se emplea para separar sustancias
que son insolubles en agua y son ligeramente volátiles, que están mezclados
con otros productos no volátiles, por ejemplo, productos orgánicos de una
mezcla o de sus fuentes naturales como la extracción del aceite contenida en
la oleaginosas (maní, castaña, soya, maíz, etc.). El equipo utilizado para la
realización de esta operación es conocido como extractor de Soxhlet. En este
extractor, el disolvente hierve en el matraz, sus vapores ascienden por el tubo
lateral y condensan en el refrigerante; el condensado gotea sobre el sólido
contenido en un cartucho de celulosa. Cuando el disolvente llena la cámara de
extracción la solución resultante es sifonada al matraz de destilación,
repitiéndose el proceso hasta la extracción total.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
53
Cromatografía: Es una técnica sumamente eficaz de separación analítica,
basada en la distribución de los componentes de la mezcla entre dos fases
inmiscibles: una fase móvil, que transporta las sustancias que se separan y
que progresa en relación con la fase estacionaria. La fase móvil puede ser un
liquida o un gas y la estacionaria puede ser un sólido o un líquido. Existen
varios tipos de cromatografía: cromatografía en papel, en capa delgada o fina,
en columna, por intercambio iónico, de gases, etc.
• Cromatografía en Papel: Consiste en separar los componentes de una mezcla
liquida utilizando las diferencias de sus coeficientes de partición entre dos
fases liquidas. En esta cromatografía se utiliza un papel cromatográfico (papel
de filtro especial) en atmósfera saturada de humedad (agua) o seca; la fase
móvil, igualmente saturada de agua se desplaza por capilaridad de abajo −
arriba a distintas velocidades, separando los componentes de la mezcla.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
54
• Cromatografía en Capa Delgada o Fina: Separación cromatográfica de
adsorción por medio de una capa de silica − gel. Esta cromatografía se realiza
en un recipiente cerrado y saturado del solvente adecuado, que fluye en
forma ascendente, arrastrando a los componentes de la mezcla y
separándolos por orden de absorción con la silica − gel.
• Cromatografía en Columna: Se efectúa haciendo pasar una mezcla líquida a
través de una columna empacada con material absorbente. Después de que
los compuestos se absorben en la columna, se agrega solvente adicional que
pasa a través de la misma columna. Algunos compuestos de la mezcla son
atraídos por el material absorbente con mayor intensidad que otros. Estos
bajan por la columna con mayor lentitud que los que son retenidos con
menor intensidad. Los componentes forman bandas en la columna que se
desplazan a diferente velocidad hasta salir por la parte inferior.
Cristalización: Método empleado para separar sustancias de sus disoluciones
en forma de cristales geométricos. Se funda en que la mayoría de los sólidos,
son más solubles en caliente que en frío o a la inversa. Operación que se
utiliza para obtener sustancias sólidas de alta pureza, formadas por partículas
de tamaño uniforme.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
55
Cristales de CuSO4x 5H2O
Cristalización Fraccionada: Operación que consiste en la separación de los
componentes puros de una mezcla, en base en sus diferentes solubilidades en
un solvente dado en función de la temperatura. En otras palabras, se basa en
el hecho de que la mayoría de los sólidos son más solubles en caliente que en
frió (ver Figura 3.1). Con esta operación se pueden obtener sustancias sólidas
de alta pureza, formadas por partículas de tamaño uniforme.
Figura 3.1. Gráfica de la solubilidad en agua en función de la temperatura.
Sublimación y Deposición: Operación que consiste en separar una sustancia de
una mezcla que se encuentra en estado sólido. La sublimación es el proceso
por el cual las moléculas pasan directamente de sólido a vapor, sin pasar por
el estado liquido, y el proceso inverso (de vapor directamente a sólido) se llama
deposición. Los sólidos tiene presiones de vapores al igual que los líquidos,
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
56
pero su valor es muy inferior. Los sólidos con presiones de vapor altas se
subliman con facilidad, por ejemplo: yodo, acido benzoico, p−diclorobenzeno,
naftaleno, etc. Por tanto, el punto de sublimación, o temperatura de
sublimación, es aquella en la cual la presión de vapor sobre el sólido es igual a
la presión externa. Algunos sólidos impuros pueden purificarse por
sublimación y deposición subsecuente del vapor sobre la superficie de un
objeto más frío.
3.3. PARTE EXPERIMENTAL
3.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Vasos de precipitados - Cloruro de sodio
- Bagueta - Arena
- Mechero - Agua destilada
- Equipo de filtración - Dicromato de potasio
- Nitrato de Plomo II
3.3.2. Procedimiento Experimental
Experimento Nº 1: Separación de los componentes de una mezcla
1. En un mortero mezclar cantidades aproximadamente iguales de arena y
Cloruro de sodio posteriormente pulverizarla.
2. Luego trasvasarlo a un vaso de precipitados y adicionar 10 ml de agua
destilada.
3. Agitar hasta disolver completamente el Cloruro de sodio
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
57
4. Decantar la solución luego proceder a calentar el vaso hasta evaporar el
líquido.
5. Observar
Experimento Nº 2: Precipitación
1. Colocar en un tubo de ensayo 0.5 mL de solución de Dicromato de Potasio y
agregarle gota a gota la solución de Nitrato de Plomo hasta observar un
cambio
2. Dejar en reposo y observar las características del precipitado formado
3.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Indique todas las operaciones básicas efectuadas en el experimento Nº 1,
así como, los materiales de laboratorio utilizados en cada una de ellas.
2. Reportar todas las observaciones del Experimento Nº 2
3.5. CUESTIONARIO
1. Clasifique los siguientes cambios como físicos o químicos
a. El bombeo para extraer petróleo de un pozo
b. La separación de los componentes del petróleo por destilación
c. La combustión de la gasolina
d. La quema del gas de un pozo
2. ¿En una destilación porque se desecha la primera fracción del destilado, y
cuáles son las partes del destilado?
3. ¿Qué propiedad deben tener las sustancias para que puedan ser separadas
por decantación?
4. ¿Cuándo se calienta lo suficiente, el carbonato de calcio, se descompone en
un gas(dióxido de carbono) y un nuevo solido(oxido de calcio o cal viva).
Con esta información ¿Cuáles de estas tres sustancias pueden clasificarse
como elemento o compuesto
5. Indique la diferencia entre una operación química de un cambio químico
6. Diga si las siguientes aseveraciones describen propiedades físicas o
químicas
a) El gas oxígeno mantiene la combustión
b) Los fertilizantes ayudan a incrementar la producción agrícola
c) El agua ebulle por abajo de los 100°C en la cima de una montaña
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
58
d) El plomo es más denso que el aluminio
e) El azúcar tiene sabor dulce
7. Clasifique cada una de las siguientes sustancias como elemento o
compuesto.
a) Hidrógeno
b) Agua
c) Azúcar
d) Oro
8. Clasifique cada una de los siguientes como elemento, un compuesto, una
mezcla homogénea o una mezcla heterogénea:
a) Agua de mar
b) Gas Helio
c) Cloruro de sodio (sal de mesa)
d) Bebida gaseosa
e) Leche malteada
f) Aire
g) Concreto
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
59
PRÁCTICA Nº 4
TABLA PERIÓDICA: PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS
4.1. OBJETIVO:
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Estudiar y correlacionar las propiedades de elementos conocidos y vistos
como un grupo o familia.
� Balancear las diferentes ecuaciones químicas iónicas y moleculares,
correspondientes a las diferentes reacciones químicas
4.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
4.2.1. Tabla Periódica
En 1869, el químico ruso Dimitri Mendeleev, publicó una tabla de los
elementos a la que llamo Tabla Periódica, donde mostró que las propiedades
de los elementos se repiten periódicamente a intervalos regulares. Este hecho
se conoce hoy en día como la Ley Periódica. La ley periódica resume muchas
observaciones sobre las propiedades de los elementos. Se puede establecer como
sigue: cuando los elementos se acomodan en orden creciente de sus números
atómicos, muestran propiedades similares periódicamente. Todos los elementos
están ordenados de acuerdo con el valor creciente de sus pesos atómicos,
formando hileras horizontales llamados periodos, con propiedades físicas y
químicas que cambian en forma progresiva a través de la tabla, y columnas
verticales llamadas grupos o familias, con propiedades similares. La Al
elaborar la tabla periódica actual, los elementos fueron acomodados uno tras
otro, en grupos, debido a sus propiedades químicas semejantes. Por ejemplo,
todos los elementos del grupo IA, son metales que, cuando reaccionan, forman
iones con una carga de 1+. Si se examinan las configuraciones electrónicas de
estos elementos, se verá que el nivel electrónico exterior para cada uno no tiene
sino un electrón en un sub. Nivel s. En forma semejante, todos los elementos del
grupo IIA tienen una configuración electrónica en el nivel exterior que se podría
generalizar como ns2. De hecho, examinando cualquier grupo dentro de la tabla
periódica, se ve que todos los elementos en el grupo tienen la misma estructura
electrónica en el nivel exterior. Las estructuras electrónicas similares conducen a
propiedades físicas y químicas semejantes.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
60
4.2.2. Propiedades Periódicas
Las variaciones de las propiedades dependen de las configuraciones
electrónicas (ordenamiento electrónico del átomo en su estado basal), en
especial de la configuración de la capa externa ocupada y de su distancia con
respecto al núcleo.
Energía de Ionización: La primera energía de ionización o primer potencial de
ionización (EI1) es la cantidad mínima de energía que se requiere para remover
al electrón en lazado con menor fuerza en un átomo aislado para formar un
ión con carga +1. La segunda energía de ionización (EI2) es la cantidad de
energía que se requiere para desplazar al segundo electrón. Para un elemento
dado, (EI2) siempre es mayor que (EI1) porque siempre es más difícil desplazar
a un electrón de un ión con carga positiva que al átomo neutro
correspondiente. La energía de ionización aumenta de abajo hacia arriba en
un grupo y de izquierda a derecha en un periodo. Los elementos con energía
de ionización baja forman compuestos iónicos al perder electrones, dando
lugar a iones con cargas positivas (cationes). Los elementos con energía de
ionización intermedia, por lo general, forman compuestos moleculares
(covalentes) compartiendo electrones con otros elementos. Los elementos con
energía de ionización muy alta a menudo ganan electrones para formar iones
con cargas negativas (aniones).
Afinidad Electrónica: La afinidad electrónica (AE) de un elemento es la
cantidad de energía que se absorbe cuando se añade un electrón a un átomo
gaseoso aislado para formar un ión con carga −1. Los elementos con
afinidades electrónicas muy negativas ganan electrones con facilidad para
formar iones negativos (aniones). La afinidad electrónica se hace más negativa
de abajo hacia arriba en un grupo y de izquierda a derecha en un periodo.
Electronegatividad: La electronegatividad de un elemento mide la tendencia
relativa del átomo a atraer electrones hacia si cuando se combina
químicamente con otro átomo. Las electronegatividades de los elementos se
expresan en la escala de Pauling. La electronegatividad del Flúor es la más
alta de todas, esto indica que cuando el ión flúor esta enlazado químicamente
con otros elementos, muestra mayor tendencia de atraer la densidad
electrónica hacia sí que cualquier otro elemento. La electronegatividad
aumenta de abajo hacia arriba en un grupo y de izquierda a derecha en un
periodo.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
61
Carácter Metálico: El carácter metálico aumenta de arriba hacia abajo en un
grupo y de derecha a izquierda en un periodo. Los elementos a la izquierda de
los que tocan a la línea zig − zag son metales (con excepción del hidrógeno),
mientras que los que se encuentran a la derecha son no metales. Los
elementos adyacentes a esta línea suelen llamarse metaloides porque
muestran propiedades características tanto de metales como de no metales.
Comportamiento Anfótero: Es la capacidad de una sustancia para comportarse
como ácido o como base. Por ejemplo, varios hidróxidos metálicos insolubles
son anfóteros, reaccionan con ácidos para formar sales y agua, pero también
se disuelven en, y reaccionan, con exceso de bases fuertes solubles.
4.3. PARTE EXPERIMENTAL
4.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Vaso de precipitados - Na (metálico)
- Probeta - Mg (metálico)
- Pizeta - Fenolftaleína
- Tubos de ensayo - Solución de NaOH (0.1 M)
- Gradilla para tubos - Solución de KOH (0.1 M)
- Pipetas
4.3.2. Procedimiento experimental
Experimento Nº 1: Familia de los Metales Alcalinos: Reactividad en Agua.
1. En un vaso de precipitados agregar 40 ml de agua destilada y dejar caer
0.5 g de sodio metálico. Observar el desprendimiento de gas.
2. Al término de la reacción, agregar 2 gotas de fenolftaleína (indicador ácido −
base), la coloración rojo grosella, indicaría la formación del hidróxido
correspondiente.
3. Reportar todas las observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
Experimento Nº 2: Familia de los Metales Alcalinotérreos: Reactividad en
Agua.
1. En un vaso de precipitados agregar 40 ml de agua destilada y dejar caer
0.5 g de magnesio metálico. Observar.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
62
2. Agregar 2 gotas de Fenolftaleína. Observar la aparición de una coloración
rojo grosella, la cual indicaría la formación del hidróxido correspondiente.
En caso de que la reacción no ocurra a la temperatura del agua, someter a
calentamiento.
3. Reportar todas las observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
Experiencia Nº 3: Variación del carácter básico
1. En dos tubos de ensayo colocar sendamente 1 ml de las soluciones de
NaOH, y KOH respectivamente. Enseguida adicionar a cada tubo,
exactamente una gota del indicador fenolftaleína. Agitar y ordenarlos por la
intensidad del color, de mayor a menor. Interpretar
4.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Escriba las observaciones del experimento Nº 1 y la ecuación química
balanceada de la reacción producida.
2. Escriba las observaciones del experimento Nº 2 y la ecuación química
balanceada de la reacción producida.
3. Indique cual de los dos metales en mas reactivo. Justifique su respuesta en
base a los experimentos realizados.
4. Escriba las observaciones del experimento Nº 3 y proceda a interpretar los
resultados obtenidos
4.5. CUESTIONARIO
1. ¿Por qué la primera energía de ionización del Li es mayor que la del Na?
2. ¿Qué entiende por configuración electrónica?
3. ¿Por qué las energías de ionización siempre son cantidades positivas?
4. Los elementos de un mismo grupo tienen la misma actividad. Explique
5. Explique por qué los metales alcalinos tienen mayor afinidad por los
electrones que los metales alcalinotérreos.
6. ¿Por qué los gases nobles no tienden a combinarse?
7. ¿Por qué la energía de la segunda ionización del Litio es mucho más grande
que la del Berilio?
8. Explique Ud. ¿Cuál de las siguientes especies tiene mayor número de
electrones desapareados: S, S+1 , S-1
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
63
9. Discutir las siguientes propiedades y sus tendencias con relación a la tabla
periódica.
a. Energía de ionización
b. Radio atómico
c. Electronegatividad
10. Haga la configuración electrónica de los siguientes átomos y determinar los
números cuánticos del último electrón e indique sus propiedades
magnéticas: Mg, Cu, Cr, Cl y Zn
11. ¿Por qué los elementos de transición tienen variados estados de
oxidación?
12. ¿Qué propiedades atribuiría Ud. a los elementos que en su último nivel
energético tiene ns2?
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
64
PRÁCTICA 5
ENLACE QUÍMICO
5.1. OBJETIVO:
� Determinar el tipo de enlaces de las diferentes sustancias.
� Predecir la polaridad de los compuestos covalentes.
� Aprender a diferenciar entre los electrólitos fuertes y débiles por su capacidad
de conducir la corriente.
5.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
5.2.1. Enlace Químico
Puede definirse como las fuerzas que mantiene unidos a los átomos de
elementos y compuestos se llaman enlaces químicos. Para que se forme un
enlace químico, entre dos átomos, debe haber una disminución neta de energía
potencial del sistema, es decir, los iones o moléculas producidas por las
distribuciones electrónicas deben estar en un estado enero-ético más bajo que el
de los átomos aislados.
5.2.2. Tipos de Enlace:
Los átomos de los elementos químicos tienen diferentes estructuras electrónicas,
por tanto, presentan una variedad de uniones químicas.
Enlace iónico o electrovalente; Se forma cuando uno o más electrones del nivel de
valencia de un átomo, se transfieren al nivel de valencia de otro,
transformándose ambos en iones positivo y negativo, respectivamente, y
atrayéndose entre sí electrostáticamente. El átomo que ha perdido uno o más
electrones de valencia posee carga positiva (ion positivo o catión); del mismo
modo, el átomo que ha ganado uno o más electrones posee carga negativa (ion
negativo o anión); a estos iones se les conoce por electrolitos, porque estos
conducen la corriente eléctrica. Los compuestos que contienen enlace
predominante iónico se conocen como compuestos iónicos. Esta atracción
electrostática entre los iones de carga contraria es el enlace llamado iónico. Los
compuestos iónicos en estado fundido o en soluciones acuosas contienen iones
(átomos con carga eléctrica), los cuales originan una diferencia del potencial, que
permite el paso de la corriente eléctrica. Por lo general, estos compuestos son
sólidos con puntos de fusión altos (> 400 ºC), muchos de ellos son solubles en
agua, la mayoría es insoluble en solventes no polares, los compuestos
fundidos, así como, sus soluciones acuosas conducen bien la electricidad
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
65
porque contienen partículas móviles con carga. Por ejemplo: NaCl, MgCl2,
Li2O, CaO, Al2O3, Mg3N2, etc.
Enlace Covalente: Se debe a que se comparten uno o más pares de electrones
entre dos átomos, debido a que diferencia de electronegatividades no es
suficientemente grande como para que se efectuara una transferencia de
electrones; por lo tanto, no pierden ni ganan electrones, sino que los
comparten. Por consiguiente, este tipo de enlace se encuentra en todas las
moléculas constituidas por elementos no metálicos, combinaciones binarias
que estos elementos forman entre sí, tales como hidruros gaseosos y en los
compuestos de carbono. En la mayoría de los enlaces covalentes participan
dos, cuatro o seis electrones, es decir, uno, dos o tres pares de electrones;
formado enlaces covalentes simples, dobles o triples, por aportes equitativos
de cada átomo. Los compuestos que contienen enlace predominantemente
covalente se llaman compuestos covalentes. Por lo general, estos compuestos
son gases, líquidos o sólidos con puntos de fusión bajos (< 300 ºC), muchos de
ellos son insolubles en agua, la mayoría es soluble en solventes no polares, los
compuestos líquidos o fundidos no conducen la electricidad, las soluciones
acuosas de la mayoría de los compuestos covalentes suelen ser malas
conductoras de la electricidad porque no contienen partículas con carga.
Manual de Prácticas de Química I
Existen varios tipos de enlace
• Enlace Covalente Polar
electronegatividades, generando una distribución asimétrica de la densidad
electrónica, la densidad electrónica se distorsiona en
electronegativo; es decir, el par de electrones se comparte en forma desigual,
generando dipolos, cargas
diatómicas heteronucleares, como
enlace.
• Enlace Covalente No Polar
(electronegatividades iguales), generando una distribución simétrica de la
densidad electrónica alrededor de los núcleos de los dos átomos; es decir, el
par de electrones se compart
diatómicas homo nucleares, como H
enlace.
• Enlace Covalente Coordinado
par de electrones, pero dicho par procede solamente de uno
combinados; es decir, uno de los átomos aporta el par de electrones (donante)
y el otro aporta un orbital vació
presentan este tipo de enlace; estos compuestos presentan iones metálicos de
transición, los cuales poseen
pares electrónicos. Por ejemplo:
Enlace Metálico: Enlace en el interior de los metales, que se debe a las
atracciones eléctricas entre iones me
móviles deslocalizados que perteneces
5.2.3. Electrólitos y Grado de Ionización.
Los electrólitos son sustancias cuyas soluciones acuosas conducen la
corriente eléctrica. La electricidad e
uímica I Ingeniería
n varios tipos de enlace covalente, entre ellos tenemos:
Enlace Covalente Polar: Se produce entre dos átomos con diferentes
generando una distribución asimétrica de la densidad
densidad electrónica se distorsiona en dirección del átomo más
decir, el par de electrones se comparte en forma desigual,
generando dipolos, cargas parciales de signo contrario. Todas las moléculas
micas heteronucleares, como HF, HCl, HBr, HI, etc., poseen este tipo de
Enlace Covalente No Polar: Se produce entre dos átomos idénticos
iguales), generando una distribución simétrica de la
alrededor de los núcleos de los dos átomos; es decir, el
par de electrones se comparte de manera igual. Todas las moléculas
micas homo nucleares, como H2, O2, N2, F2 Cl2, etc., poseen este tipo de
Enlace Covalente Coordinado: Se produce cuando dos átomos comparten un
de electrones, pero dicho par procede solamente de uno
es decir, uno de los átomos aporta el par de electrones (donante)
un orbital vació (aceptor). Los compuestos de coordinación
enlace; estos compuestos presentan iones metálicos de
, los cuales poseen orbitales d vacíos que pueden aceptar compartir
pares electrónicos. Por ejemplo: [Co(NH3)6] 3+, [Ni(CN)4] 2+, [Fe(CO)
Enlace en el interior de los metales, que se debe a las
entre iones metálicos con carga positiva y electrones
móviles deslocalizados que perteneces al cristal como un todo.
Electrólitos y Grado de Ionización.
Los electrólitos son sustancias cuyas soluciones acuosas conducen la
electricidad es transportada, a través de la solución
Ingeniería Industrial
66
Se produce entre dos átomos con diferentes
generando una distribución asimétrica de la densidad
dirección del átomo más
decir, el par de electrones se comparte en forma desigual,
parciales de signo contrario. Todas las moléculas
HF, HCl, HBr, HI, etc., poseen este tipo de
Se produce entre dos átomos idénticos
iguales), generando una distribución simétrica de la
alrededor de los núcleos de los dos átomos; es decir, el
ual. Todas las moléculas
, etc., poseen este tipo de
Se produce cuando dos átomos comparten un
de los átomos
es decir, uno de los átomos aporta el par de electrones (donante)
(aceptor). Los compuestos de coordinación
enlace; estos compuestos presentan iones metálicos de
vacíos que pueden aceptar compartir
, [Fe(CO)5], etc.
Enlace en el interior de los metales, que se debe a las
tálicos con carga positiva y electrones
Los electrólitos son sustancias cuyas soluciones acuosas conducen la
s transportada, a través de la solución
Manual de Prácticas de Química I
acuosa, debido el movimiento de los
clasificados por su fuerza en electrólitos fuertes, débiles y no
fuerza del electrolito depende, tanto de su tendencia a ionizar
en iones, como de las cargas de los mismos.
Electrólitos Fuertes: Son compuestos que se ionizan en su totalidad o casi
totalmente en solución acuosa diluida, por lo tanto, conducen bien la
electricidad. Ejemplo: HCl,
etc.
Electrólitos Débiles: Son compuestos que se ionizan levemente (menos del 5 %)
en solución acuosa diluida, por lo tanto, conducen débilmente la electricidad.
Ejemplo: HF, HCN, H2CO
No Electrólitos: Son compuestos que no se ionizan (existen en forma de
molécula) en solución acuosa, por lo tanto, no conducen la electricidad. Por
ejemplo: los compuestos orgánicos
hexano, etc.
5.3. PROCEDIMIENTO EXPERI
5.3.1. Material y Reactivos
Materiales
- Lunas de reloj
- Pipetas
- Tubos de ensayo
- Bagueta
uímica I Ingeniería
acuosa, debido el movimiento de los iones. Los electrólitos pueden ser
clasificados por su fuerza en electrólitos fuertes, débiles y no
fuerza del electrolito depende, tanto de su tendencia a ionizarse o disociarse
las cargas de los mismos.
Son compuestos que se ionizan en su totalidad o casi
solución acuosa diluida, por lo tanto, conducen bien la
electricidad. Ejemplo: HCl, HNO3, H2SO4, Li(OH), NaOH, KOH, NaCl, CuSO
Son compuestos que se ionizan levemente (menos del 5 %)
acuosa diluida, por lo tanto, conducen débilmente la electricidad.
CO3, H3PO4, CH3COOH, (COOH)2, NH4OH, etc.
Son compuestos que no se ionizan (existen en forma de
acuosa, por lo tanto, no conducen la electricidad. Por
ejemplo: los compuestos orgánicos como sacarosa, glucosa, etanol, acetona,
5.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Material y Reactivos
Reactivos
- Yoduro de potasio
- Cloruro de sodio
Tubos de ensayo - Cloruro de calcio
- Acido cítrico
- Sacarosa
Ingeniería Industrial
67
iones. Los electrólitos pueden ser
electrólitos. La
se o disociarse
Son compuestos que se ionizan en su totalidad o casi
solución acuosa diluida, por lo tanto, conducen bien la
, NaOH, KOH, NaCl, CuSO4,
Son compuestos que se ionizan levemente (menos del 5 %)
acuosa diluida, por lo tanto, conducen débilmente la electricidad.
OH, etc.
Son compuestos que no se ionizan (existen en forma de
acuosa, por lo tanto, no conducen la electricidad. Por
como sacarosa, glucosa, etanol, acetona,
Yoduro de potasio
Cloruro de calcio
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
68
- Agua destilada
- Etanol
5.3.2. Procedimiento Experimental Experimento Nº 1: Determinación Cualitativa 1) De acuerdo a sus conocimientos de teoría, clasifíquelos como compuestos
iónicos o covalentes.
Muestra Tipo de compuesto
Cloruro de Calcio
Acido cítrico
Cloruro de Sodio
Sacarosa
Yoduro de potasio
Experimento Nº 2: Solubilidad en Agua
1) Obtener cinco tubos de ensayo y añadir 5 mL de agua destilada en cada
tubo.
2) Añadir en cada tubo muestras de 0,5 g de los compuestos utilizados
anteriormente.
3) Agitar las muestras con una bagueta o varilla de agitación, observar y
anotar los compuestos solubles en agua.
4) En la tabla proporcionada, registrar si los compuestos son solubles en
agua.
5) Reportar los resultados obtenidos.
Experimento Nº 3: Solubilidad en Etanol
1. Obtener cinco tubos de ensayo y añadir 5 mL de Etanol en cada tubo.
2. Añadir en cada tubo muestras de 0,5 g de los compuestos utilizados
anteriormente.
3. Agitar las muestras con una bagueta o varilla de agitación, observar y
anotar los compuestos solubles en Etanol.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
69
4. En la tabla proporcionada, registrar si los compuestos son solubles en
agua.
5. Reportar los resultados obtenidos
5.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Complete la siguiente tabla
Compuesto Solubilidad
Agua
Etanol
5.5. CUESTIONARIO
1. Defina: enlace sigma (α) y enlace pi (Π).
2. Describa las principales diferencias entre los compuestos iónicos y
compuestos covalente.
3. Defina los siguientes tipos de enlace: iónico, covalente polar y covalente no
polar. Cite cuatro ejemplos de cada uno.
4. Predecir la dirección de lo dipolos de enlace en cada uno de los siguientes
enlaces e indicar cuando el dipolo de enlace es relativamente pequeño o
grande. Razonar la respuesta
H - F
N – H
H - S
5. ¿Por qué es líquida el agua a temperatura ambiente?
6. ¿Por qué las disoluciones conducen la corriente eléctrica?
7. ¿Qué son más fuertes en un cristal, las atracciones o las repulsiones?
8. Dibuje la estructura de Lewis del tricloruro de fósforo
9. ¿Qué significa el término electronegatividad?
10. En la escala de Pauling, cuánto abarca la gama de valores de
electronegatividad de los elementos.
11. El radio covalente del cloro es 0,99 Å. El radio iónico del cloro es de 1,81
Å. Explique, cualitativamente, el porqué de estos valores.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
70
PRÁCTICA Nº 6
FUNCIONES QUÍMICAS INORGÁNICAS
6.1. OBJETIVOS
� Estudiar la formación, características y nomenclatura de las diferentes
funciones químicas inorgánicas
� Establecer la similitud de propiedades de acuerdo al grupo funcional.
FUNDAMENTO TEÓRICO
6.2.1. Función Química
Se designa como función química a la presencia de un elemento(s) común a
un conjunto de compuestos, que determinan características comunes al
conjunto de compuestos, ello no descarta que los compuestos que se
clasifican dentro de una función química puedan tener propiedades físicas y
químicas diferentes.
6.2.2. Clasificación de los Compuestos Inorgánicos
Anteriormente, se indico que los compuestos inorgánicos pueden ser
clasificados como iónicos o covalentes, de acuerdo al tipo de enlace que
predomine en ellos. Sin embargo, para una mejor clasificación de los
compuestos inorgánicos, se han aplicado dos criterios (ver Tabla 5.1.), de
acuerdo al número de elementos en el compuesto y de acuerdo al grupo
funcional
Nº de Elementos Grupo Funcional
Binarios
Óxidos Metálicos
Óxidos No metálicos
Hidruros metálicos
Hidruros No metálicos
Sales Haloideas
Ternarios
Hidróxidos
Ácidos Oxácidos
Sales Oxisales
Cuaternarios Complejos
Tabla 6.1. Clasificación de los compuestos inorgánicos.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
71
6.2.3. Compuestos Binarios.
Son compuestos que constan de dos elementos; pueden ser iónicos o
covalentes. Entre estos tenemos:
Óxidos: Son compuestos binarios que contienen oxigeno. El oxigeno se
combina con casi todos los elementos, con excepción de los gases nobles y
metales no reactivos (Au, Pd, Pt), para formar óxidos. Aunque este tipo de
reacciones suelen ser muy exotérmicas, pueden producirse con bastante
lentitud y requiere de calentamiento para proporcionar la energía necesaria
para romper los fuertes enlaces de la molécula de oxigeno (O2). Una vez
iniciada la reacción, la mayoría libera energía más que suficiente para
mantenerse por si solas y en ocasiones provocan incandescencia. Existen dos
tipos de óxidos: óxidos metálicos u óxidos básicos, y óxidos no metálicos u
óxidos ácidos.
• Óxidos Metálicos u Óxidos Básicos: Por lo general, son sólidos iónicos,
resultan de la combinación del oxigeno con metales.
Metal + Oxigeno Oxido Metálico
2 Ca(s) + O2(g) 2 CaO(s)
• Óxidos No Metálicos u Óxidos Ácidos: Resultan de la combinación del oxigeno
con no metales, generalmente presentan enlace covalente.
No Metal + Oxigeno Oxido No Metálico
C(s) + O2 (g) CO2 (g)
Hidruros: Son compuestos binarios que contienen hidrógeno. El hidrógeno se
combina con metales y no metales para formar hidruros, generalmente, estas
reacciones se realizan a temperaturas y presiones altas. El hidrógeno tiene la
configuración 1s1 y puede formar hidruros iónicos, que contienen iones
hidruro (H−) al ganar un electrón de algún metal activo, o bien, hidruros
covalentes al compartir sus electrones con un átomo de otro no metal para
formar un solo enlace covalente. Por tanto, existen dos tipos de hidruros:
hidruros metálicos o hidruros básicos, e hidruros no metálicos o hidruros
ácidos.
• Hidruros Metálicos o Hidruros Básicos: Resultan de la combinación del
hidrógeno con metales.
Metal + Hidrógeno Hidruro Metálico
Ca(l) + H2(g) CaH2(s)
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
72
• Hidruros No Metálicos o Hidruros Ácidos: Resultan de la combinación del
hidrógeno con no metales. Cuando el hidrógeno reacciona con un halógeno
o calcógeno, el hidruro resultante se le denomina acido hidrácido.
No Metal + Hidrógeno Hidruro No Metálico
Cl2(g) + H2(g) 2HCl(g)
Sales Haloideas: Son compuestos binarios que resultan de la neutralización de
un acido hidrácido con un hidróxido.
Acido Hidrácido + Hidróxido Sal Haloidea + Agua
HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)
6.2.4. Compuestos Ternarios.
Son compuestos que constan de tres elementos; pueden ser iónicos o
covalentes. Entre estos tenemos:
Hidróxidos: Son compuestos ternarios que resultan de la combinación de un
oxido metálico, soluble, con agua, sin cambio en el estado de oxidación del
metal; o de la combinación de un hidruro metálico con agua, en la cual los
iones hidruro reducen al agua para formar iones hidróxido e hidrógeno.
Oxido Metálico + Agua Hidróxido
BaO(s) + H2O(l) Ba(OH)2(ac)
Hidruro Metálico + Agua Hidróxido + Hidrógeno
LiH(s) + H2O(l) LiOH(s) + H2(g)
Los hidróxidos, también, se pueden obtener al reaccionar un metal alcalino o
alcalinotérreo (los más pesados) con agua, con desprendimiento de hidrógeno.
Metal Alcalino o Alcalinotérreo + Agua Hidróxido + Hidrógeno
2 K(s) + 2 H2O(l) KOH(ac) + H2(g)
Oxácidos: Son compuestos ternarios que resultan de la combinación de un
oxido no metálico, soluble, con agua, sin cambio en el estado de oxidación del
no metal.
Oxido No Metálico + Agua Oxácido
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(ac)
Oxisales: Son compuestos ternarios que resultan de la neutralización de un
oxácido con un hidróxido, sin cambio en los estados de oxidación.
Oxácido + Hidróxido Oxisal + Agua
H2SO4(ac) + NaOH(ac) Na2SO4(ac) + H2O(l)
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
73
Las oxisales, también, se pueden obtener al reaccionar un oxido metálico
con un oxido no metálico, sin cambio en los estados de oxidación.
Oxido Metálico + Oxido No Metálico Oxisal
MgO(s) + CO2(g) MgCO3(s)
Existen varios tipos de sales, de acuerdo a las proporciones estequiométricas
del acido o base, entre las cuales tenemos:
• Sales Neutras: Son las descritas anteriormente, en las que reaccionan
cantidades estequiométricas de acido y base.
HNO3(ac) + KOH(ac) KNO3(ac) + H2O(l)
• Sales Acidas: Cuando reaccionan cantidades menores a las proporciones
estequiométricas de bases con ácidos polipróticos (mas de un H), las sales
resultantes se les conoce como sales acidas porque aún son capaces de
neutralizar bases. Por ejemplo, el acido fosfórico (H3PO4) puede producir
tres sales distintas, dependiendo de las cantidades relativas de acido y base
que se empleen.
H3PO4(ac) + NaOH(ac) NaH2PO4(ac) + H2O(l)
H3PO4(ac) + 2 NaOH(ac) Na2HPO4(ac) + 2 H2O(l)
H3PO4(ac) + 3 NaOH(ac) Na3PO4(ac) + 3 H2O(l)
• Sales Básicas: Las bases polihidroxiladas (más de un OH) reaccionan con
cantidades de ácidos menores a las proporciones estequiométricas para
formar sales básicas, es decir, sales que contienen grupos OH− sin
reaccionar. Por ejemplo, la reacción del hidróxido de aluminio (Al(OH)3) con
acido clorhídrico (HCl) puede producir tres sales diferentes.
Al(OH)3(s) + HCl(ac) Al(OH)2Cl(s) + H2O(l )
Al(OH)3(s) + 2 HCl(ac) Al(OH)Cl2(s) + 2 H2O(l )
Al(OH)3(s) + 3 HCl(ac) AlCl3(ac) + 3 H2O(l)
• Sales Dobles: Estas sales resultan de sustituir los hidrógenos de un acido
por dos metales distintos.
H2SO4(ac) + NaOH(ac) + KOH(ac) NaKSO4(ac) + 2 H2O(l )
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
74
6.2.5. Solubilidad para Compuestos en Solución Acuosa.
La solubilidad se define como la máxima cantidad de soluto que se puede
disolver en una cantidad de disolvente a una temperatura especifica. Este
fenómeno es complejo y no es posible formular reglas simples para explicar
todos los casos, sin embargo, las siguientes reglas para solutos en soluciones
acuosas son de gran utilidad para casi todos los ácidos, bases y sales que se
encuentran en química general.
1. Los ácidos inorgánicos comunes y los ácidos orgánicos de bajo peso
molecular son solubles en agua.
2. Los compuestos comunes de los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) y el ion
amonio (NH4 +) son solubles en agua.
3. Los nitratos (NO3-), acetatos (CH3COO−), cloratos (ClO3-), y percloratos
(ClO4-) comunes son solubles en agua.
4. Los sulfatos (SO4-2) comunes son solubles en agua. El sulfato de calcio
(CaSO4) y el sulfato de plata (Ag2SO4) son ligeramente solubles. El sulfato de
bario (BaSO4), el sulfato de mercurio II (HgSO4) y el sulfato de plomo II (PbSO4)
son insolubles.
5. Los carbonatos (CO3-2), fosfatos (PO4-3), y arsenatos (AsO4-3) comunes son
insolubles en agua, excepto los de los metales alcalinos y del ion amonio. El
carbonato de magnesio (MgCO3) es bastante soluble.
6. Los cloruros (Cl−) comunes son solubles en agua, con excepción del cloruro
de plata (AgCl), cloruro de mercurio I (Hg2Cl2), y cloruro de plomo II (PbCl2).
7. Los bromuros (Br−) y yoduros (I−) comunes muestran aproximadamente el
mismo comportamiento de solubilidad que los cloruros, pero existen algunas
excepciones. Al incrementarse el tamaño de los iones haluro (Cl−, Br−, I−) las
solubilidades de sus compuestos ligeramente solubles disminuye. Por ejemplo,
el cloruro de mercurio II (HgCl2) es muy soluble en agua, el bromuro de
mercurio II (HgBr2) es tan sólo levemente soluble y yoduro de mercurio II (HgI2)
es aún menos soluble.
8. Las solubilidades de los pseudo haluros, cianuros (CN−) y tiocianatos
(SCN−), son bastante similares a los de los yoduros correspondientes.
9. Los sulfuros (S2−) comunes son insolubles en agua, excepto los de los
metales alcalinos y del ion amonio.
10. La mayoría de los hidróxidos (OH−) son insolubles en agua. Las
excepciones son los hidróxidos de metales alcalinos, del ion amonio, y los
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
75
miembros más pesados de los metales alcalinotérreos, comenzando con el
hidróxido de calcio (Ca(OH)2)que es ligeramente soluble.
6.2. PARTE EXPERIMENTAL
6.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Espátula - Mg (metálico en cinta o viruta)
- Mechero - Fenolftaleína
- Vaso de precipitados - Anaranjado de metilo
- Probeta - CuO (s)
- Pizeta - Solución de H2SO4 (0.1 M)
- Tubos de ensayo - Agua destilada
- Gradilla para tubos
6.3.2. Procedimiento Experimental
Experimento Nº 1: Obtención de un Oxido Metálico.
1. En una luna de reloj seca colocar 0,5 g de sodio metálico y proceder a
exponerlo al medio ambiente durante 5 minutos.
2. Reportar todas las observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
Experimento Nº 2: Obtención de un Hidróxido.
1. En un tubo de ensayo colocar 10 ml de agua destilada, añadir el producto
obtenido en el experimento Nº 1 y agitar.
2. La solución resultante dividirla en dos tubos de ensayo, en cantidades
iguales. Al primer tubo adicionar dos gotas de fenolftaleína y al segundo
tubo dos gotas de anaranjado de metilo, observar la coloración formada en
cada caso.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química de la reacción.
Experimento Nº 3: Obtención de una Oxisal.
1. En un tubo de ensayo colocar, aproximadamente, 0,1 g de CuO, adicionar
2 ml de solución H2SO4 y agitar por 5 min., aproximadamente.
2. Observar la formación de una coloración verde, lo cual indica la presencia
de la sal oxisal correspondiente.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química de la reacción.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
76
6.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. En el experimento Nº 1, escriba las observaciones cuando el Na es expuesto
al medio ambiente. ¿Qué sustancia se formo y de qué color es dicha
sustancia? Escriba la ecuación química balanceada correspondiente a esta
reacción.
2. En el experimento Nº 2, ¿Qué sustancia se formo cuando el producto
obtenido, en el experimento Nº 1, reaccionó con el agua? Escriba la
ecuación química balanceada correspondiente a esta reacción.
3. Reporte las diferentes coloraciones que dio la solución obtenida en el paso
1, experimento Nº 2, frente a los indicadores acido-base (Fenolftaleína y
anaranjado de metilo) e indique a que se debe esta coloración.
4. En el experimento Nº 3, indique que sustancia se formo y de qué color es
dicha sustancia. Escriba la ecuación química balanceada correspondiente a
esta reacción
6.5. CUESTIONARIO
1. En cada uno de los siguientes casos, indicar si se puede producir la
reacción (o reacciones) química y explicar por qué.
a. El agua se calienta en una tetera
b. Se vierte agua hirviendo en un recipiente que contiene una pastilla de
harina instantánea y se agita para preparar un desayuno a base de
cereales
c. Un vaso de una bebida carbonatada se deja destapado toda la noche y
por la mañana su sabor ha cambiado.
2. ¿Por qué es importante que una reacción química este balanceada?
3. A partir de las referencias adecuadas (o de etiquetas de los frascos),
encuentra las fórmulas químicas y escribe los nombres químicos de las
siguientes sustancias iónicas.
a. Leche de magnesia
b. Sal de epsom
c. Yeso de París
d. Sosa cáustica
4. Cite tres ejemplos, para cada una de las siguientes funciones químicas
inorgánicas:
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
77
a) Función oxido metálico b) Función oxido no − metálico
c) Función hidruro metálico d) Función hidruro no − metálico
e) Función oxácidos f) Función hidróxidos
g) Función sales haloideas h) Función Oxisales
5. Escriba una ecuación química balanceada por cada una de las siguientes
funciones químicas inorgánicas. Utilice únicamente los compuestos de la
caja. Úselos solo una vez.
a) Función oxido metálico
b) Función oxido no − metálico
c) Función hidruro metálico
d) Función hidruro no – metálico
e) Función oxácidos
f) Función hidróxidos
g) Función sales haloideas
h) Función Oxisal
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
78
PRÁCTICA Nº 7
REACCIONES Y ECUACIONES QUÍMICAS
7.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Formular, balancear e interpretar las ecuaciones químicas de las reacciones
químicas
� Diferenciar cualitativamente los diferentes tipos de reacciones químicas
7.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
7.2.1. Reacción Química
Las reacciones químicas modifican la composición y las propiedades de las
sustancias que forman parte de ellas. El estudio de las mismas es de vital
importancia no solo como ciencia sino por su amplia aplicación en la industria
y en muchas disciplinas relacionadas con la química, biología, diferentes
ramas de la Ingeniería, Medicina, etc. son muy importantes.
En la naturaleza y en laboratorio ocurren diferentes reacciones químicas, y
estas son representadas a través de las ecuaciones químicas, que nos
proporciona los medios para:
1. Resumir la reacción
2. Mostrar las sustancias que reaccionan, y los productos formados.
3. Indica las cantidades totales las sustancias que intervienen en la reacción.
Las ecuaciones químicas no solo permiten la interpretación del cambio
químico que está ocurriendo, sino que indican cómo reaccionan ciertos
materiales químicos cuando se mezclan así como los productos que puede
obtenerse. Las reacciones químicas siempre implican un cambio, donde los
átomos, moléculas e iones se reacomodan para formar nuevas sustancias. Las
sustancias que participan en la reacción se llaman reactivos y las sustancia
formadas son los productos.
Durante las reacciones químicas se rompen enlaces y se forman otros
productos, y los reactivos y productos suelen estar como sólidos, líquidos y
gaseosos. Además en una reacción química debe cumplir la Ley de
conservación de la masa Los átomo no se crean ni se destruyen, todos los
átomos que existen en los productos deben estar presentes en los reactivos.
7.2.2. Ecuación Química.
Una ecuación química es una descripción simbólica de una reacción química,
la cual indica las sustancias que reaccionan (reactivos), las sustancias que se
Manual de Prácticas de Química I
forman (productos) y las cantidades
en la reacción. En las ecuaciones químicas los
escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha.
El estado físico de los reactivos y productos se debe indicar mediante las
abreviaturas g, l y s entre paréntesis para indicar los estados gaseoso, líquido
y sólido; además, para indicar que
(ambiente acuoso) se emplea la abreviatura
para llevar a cabo los experimentos. Por otra parte, una ecuación
debe estar balanceada, es decir, debe tener el mismo
cada elemento a ambos lados de la flecha, co
Ley de la Conservación
cuando reaccionan el bromuro de potasio
un ambiente acuoso, se forma un
reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación balanceada:
KBr(ac) + AgNO
7.2.3. Clasificación de las Reacciones Químicas
Las reacciones químicas se pueden clasificar de acuerdo a varios criteri
entre los que destacan:
uímica I Ingeniería
forman (productos) y las cantidades relativas de las sustancias que participan
en la reacción. En las ecuaciones químicas los reactivos, por convención, se
escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha.
Reactivos Productos
El estado físico de los reactivos y productos se debe indicar mediante las
entre paréntesis para indicar los estados gaseoso, líquido
y sólido; además, para indicar que una sustancia se encuentra en solución
cuoso) se emplea la abreviatura ac. Esta información
los experimentos. Por otra parte, una ecuación
debe estar balanceada, es decir, debe tener el mismo número de átomos de
elemento a ambos lados de la flecha, con la finalidad de cumplir con la
Ley de la Conservación de la Masa, descrita anteriormente. Por ejemplo,
cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO
un ambiente acuoso, se forma un sólido, el bromuro de plata (AgBr); esta
reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación balanceada:
) + AgNO3(ac) KNO3(ac) + AgBr(s)
.2.3. Clasificación de las Reacciones Químicas.
Las reacciones químicas se pueden clasificar de acuerdo a varios criteri
Ingeniería Industrial
79
relativas de las sustancias que participan
reactivos, por convención, se
El estado físico de los reactivos y productos se debe indicar mediante las
entre paréntesis para indicar los estados gaseoso, líquido
una sustancia se encuentra en solución
información es muy útil
los experimentos. Por otra parte, una ecuación química
mero de átomos de
n la finalidad de cumplir con la
, descrita anteriormente. Por ejemplo,
(KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en
plata (AgBr); esta
reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación balanceada:
)
Las reacciones químicas se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios,
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
80
Por el Mecanismo de la Reacción: • Reacciones de Combinación, Adición o Síntesis: Son reacciones donde dos o
más sustancias se combinan para formar un compuesto. Incluye la
combinación de dos elementos, de un elemento y un compuesto, o de dos
compuestos para formar un nuevo compuesto.
2 Na(s) + Cl2(g) 2 NaCl(s)
P4(s) + 6 Cl2(g) 4 PCl3(l)
PCl3(l) + Cl2(g) PCl5(s)
CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s)
• Reacciones de Descomposición: Son aquellas donde un compuesto se
descompone para producir: dos elementos, uno o más elementos y uno o más
compuestos, o dos o más compuestos.
2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g)
2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3 O2(g)
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
• Reacciones de Sustitución o Desplazamiento Simple: Son aquellas donde un
elemento desplaza a otro en un compuesto, quedando el elemento desplazado
en forma libre.
Cu(s) + 2 AgNO3(ac) Cu(NO3)2(ac) + 2 Ag(s) Zn(s) + H2SO4(ac) ZnSO4(ac) + H2(g)
Cl2(g) + 2 NaBr(ac) 2 NaCl(ac) + Br2(l)
Una forma sencilla de predecir si ocurriría una reacción de sustitución, tanto
en el caso de sustitución de hidrógeno como de metal, es referirse a una serie
de actividad metálica (ver Figura 5.1). De acuerdo con esta serie cualquier
metal ubicado arriba del hidrógeno lo sustituiría del agua o de un acido. De
hecho, cualquier especia de la lista reaccionara con cualquier otra especie que
se encuentre debajo de ella y no al contrario.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
81
• Reacciones de Metátesis o Desplazamiento Doble: Son aquellas en las cuales
dos compuestos reaccionan para formar otros dos nuevos compuestos, sin que
se produzca un cambio en el número de oxidación de los átomos. Los ejemplos
más comunes de esta clase de reacción son las reacciones de precipitación y
las reacciones de neutralización.
Pb(NO3)2(ac) + K2CrO4(ac) PbCrO4(s) + 2 KNO3(ac)
HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(ac)
Por Intercambio de Energía:
• Reacciones Exotérmicas: Son aquellas en donde existen una liberación de
energía a su entorno.
CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) + energia
2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l ) + energia
• Reacciones Endotérmicas: Son aquellas en donde existen una absorción de
energía de su entorno.
2 HgO(s) + energia 2 Hg(l ) + O2(g)
2 H2O(l ) + energia 2 H2(g) + O2(g)
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
82
Por el Sentido de la Reacción:
• Reacciones Reversibles: Son reacciones que no terminan y se producen tanto
en sentido hacia la derecha como en sentido contrario. Se les representa por
una doble flecha ( ) que significa reversibilidad.
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
• Reacciones Irreversibles: Son reacciones que terminan y se producen en un
solo sentido hacia la derecha.
2 Al(s) + 6 HCl(ac) 2 AlCl3(ac) + 3 H2(g)
Por Transferencia de Electrones:
• Reacciones Sin Transferencia de Electrones: Son reacciones donde no se
produce cambios en el número de oxidación de los átomos.
AgNO3(ac) + NaCl(ac) AgCl(s) + NaNO3(ac)
• Reacciones de Oxido − Reducción (redox): Son aquellas en las cuales algunos
átomos experimentan cambios en su número de oxidación.
4 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s)
2 KMnO4(ac) + 18 H2SO4(ac) + 5 C2H4(l)
12 MnSO4(ac) + 10 CO2(g) + 6 K2SO4(ac) + 28 H2O(l)
El estudio de las reacciones químicas es de vital importancia, no solo como
ciencia sino, por su amplia aplicación en la industria y en muchas disciplinas
relacionadas con la química, biología, diferentes ramas de la ingeniería,
medicina, etc. En la naturaleza y en el laboratorio ocurren diferentes
reacciones químicas, hoy en día existen muchos métodos instrumentales
confiables y sensibles que permiten detectar fenómenos o cambios químicos
que indiquen posibles reacciones químicas, sin embargo, es frecuente que
muchas de las reacciones que ocurren en medio acuoso produzcan evidencias
que puedan ser detectadas a simple vista por el observador, como son:
� Formación de precipitados
� Cambios de coloración de las soluciones
� Desprendimiento de gases
� Cambios de temperatura, etc.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
83
Ecuaciones Iónicas Son ecuaciones que describen la disolución (formación de
iones) de sustancias solubles en agua
KCl(ac) + AgNO3(ac) KNO3(ac) + AgCl(s)
En estas ecuaciones se indican los iones y moléculas en solución, así como
también las sustancias sólidas, líquidas o gaseosas que no se disuelven.
K+ (ac) + Cl- (ac) + Ag+ (ac) + NO3- (ac) K+ (ac) + NO3- (ac) + AgCl(s)
Los iones que estén tanto del lado de los reactivos como del lado de los
productos, se llaman iones espectadores.
K+ (ac) + Cl- (ac) + Ag+ (ac) + NO3- (ac) K+ (ac) + NO3- (ac) + AgCl(s)
Una ecuación iónica en la que se eliminan los iones espectadores se llama
ecuación iónica neta.
Cl- (ac) + Ag+ (ac) AgCl(s)
Molecular
2AgNO3 (ac) + K2SO4 (ac) → Ag2SO4 (s) + 2KNO3 (ac)
Iónica
2Ag+ + 2NO3- + 2K+ + SO42- → Ag2SO4 (s) + 2K+ + 2NO3-
Iónica neta
2Ag+ + 2NO3- + 2K+ + SO42- → Ag2SO4 (s) + 2K+ + 2NO3-
2Ag+ + SO42- → Ag2SO4 (s)
7.3. PARTE EXPERIMENTAL
7.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Tubos de ensayo - Zn
- Gradilla para tubos - Solución de HCl (1 M)
- Pipetas - Solución de NaHCO3 (1 M)
- Pizeta - Solución de Pb(NO3)2 (0.1 M)
- Solución de KI (0.1 M)
- Fenolftaleína
- Vinagre
- Tableta efervescente
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
84
7.3.2. Procedimiento Experimental.
Experimento Nº 1. 1. En un tubo de ensayo, colocar una granalla de Zinc metálico (Zn), agregar 1
ml de solución de HCl y agitar.
2. Observar la formación de gas, producto de la reacción.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada de la
reacción.
Experimento Nº 2.
1. En un tubo de ensayo, colocar 1ml de solución de Pb (NO3)2, agregar gota a
gota solución de KI, hasta que se forme un precipitado.
2. Observar las características del precipitado.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada de la
reacción.
Experimento Nº 3.
1. En un tubo de ensayo, colocar 2 ml de solución de HCl, agregar lentamente
0,5 g carbonato de sodio.
2. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada de la
reacción.
Experimento Nº 4.
1. Observen en forma separada las características iníciales del agua y la
tableta efervescente. Registra lo observado.
2. El alumno encargado, mezcla en un tubo de ensayo 5 ml de agua y 1/4
pastilla efervescente.
3. Después de realizada la mezcla, registrar las características finales de cada
sustancia.
Sistema Agua Tableta efervescente
Características iníciales
de cada sustancia
Características de lo que
pasa al mezclar
Características finales
de cada sustancia
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
85
7.4. REPORTE DE RESULTADOS
Para cada uno de los experimentos realice lo siguiente:
1. Escriba todas las observaciones del experimento.
2. Escriba la ecuación química balanceada correspondiente a la reacción.
Incluya en la ecuación el estado físico de reactivos y productos.
3. De acuerdo a la clasificación de las reacciones por su mecanismo, indique
que tipo de reacción química se produjo.
4. ¿Hubo transferencia de electrones en la reacción? Si la respuesta es
afirmativa, ¿Cuántos electrones estuvieron en juego?
5. ¿Qué productos se formaron, indique fórmula y nombre, y cuál era el
estado físico de esos productos?
6. ¿Qué observaron al mezclar la tableta efervescente con el agua?
7. ¿Cuál es el componente de la Alka Seltzer que reacciona con efervescencia
frente a los ácidos?
8. ¿Qué observaron al mezclar el vinagre con el bicarbonato?
7.5. CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la diferencia entre reacción química y ecuación química?
2. ¿Por qué se debe balancear una ecuación química?
3. Represente con ecuaciones químicas balanceadas las reacciones que se
indican a continuación:
a) El nitrógeno se combina con el hidrógeno para formar amoniaco
a) El calentamiento del carbonato de calcio libera dióxido de carbono y deja
un residuo sólido de óxido de calcio.
4. Escriba ecuaciones químicas balanceadas para representar las reacciones
descritas en cada uno de los siguientes casos:
a) Cuando reaccionan el yoduro de potasio y el nitrato de plomo (II) se
produce un precipitado de color amarillo.
b) Cuando la madera se quema quedan cenizas, las cuales están
compuestas principalmente de óxidos metálicos. Uno de estos es el óxido
de potasio que al reaccionar con el agua produce potasa.
c) Las pulseras de cobre usadas hoy en día por la juventud son atacadas
por el oxigeno del aire, reacción que es catalizada por el sudor. Escriba
la reacción del cobre con el oxigeno.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
86
5. Describa con palabras el significado de las siguientes ecuaciones
químicas. Indique que clase de reacciones son.
a) 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)
b) 2 LiBrO3(s) 2 LiBr(s) + 3 O2(g)
c) CuS(s) + 2 HCl(ac) CuCl2(ac) + H2S(g)
d) 2 Al(s) + HCl(ac) 2 AlCl3(ac) + 3 H2(g)
6. Balancee las siguientes ecuaciones químicas. Indique que clase de
reacciones son.
a) Sb + Cl2 SbCl3
b) H2O2 O2 + H2O
c) PH3 + O2 H3PO4
d) NH4NO3 N2O + H2O
7. Complete las siguientes ecuaciones químicas. Indique que clase de
reacciones son:
a. SO2(g) + O2(g) → .............
b. ............ + HCl(g) → AlCl3 ( ) + H2(g)
c. LiBrO3(s) → ............... + O2(g)
8. Prediga los resultados de las reacciones representadas por las siguientes
ecuaciones, y balancee las ecuaciones.
Cu(s) + HCl (ac) →
I2(s) + NaBr (ac) →
Mg(s) + Cu SO4 (ac) →
Cl2(g) + KBr(ac) →
9. ¿Cuál es la diferencia entre los siguientes símbolos de las ecuaciones
químicas: → y ↔?
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
87
PRACTICA Nº 8
REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN
8.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Reconocer los estados de oxidación de los diferentes elementos que
participan en una reacción redox.
� Determinar el elemento que se oxida y se reduce, así como, el agente
oxidante y reductor.
� Formular y balancear las ecuaciones químicas de las reacciones redox en
medio acido y neutro.
8.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
8.2.1. Reacciones de Oxido − Reducción o Redox.
Son reacciones que implican cambios en los estados de oxidación de los
elementos, debido a procesos de transferencia de electrones. Las reacciones,
vistas anteriormente, de sustitución así como las de combinación y
descomposición, en las que participan elementos libres, como reactivos o
productos, siempre son reacciones redox; mientras que, las reacciones de
metátesis nunca son redox.
En toda reacción de oxido − reducción o redox ocurren, simultáneamente, un
proceso de oxidación (aumento del número de oxidación) y un proceso de
reducción (disminución del número de oxidación). Un elemento se oxida, si
aumenta su número de oxidación (dona electrones); y un elemento se reduce,
si su número de oxidación disminuye (acepta electrones). A las sustancias
cuyos átomos donan electrones y reducen a otras sustancias se les denominan
agentes reductores, ellas siempre se oxidan; mientras que, los agentes
oxidantes son sustancias cuyos átomos aceptan electrones y oxidan a otras
sustancias, ellas siempre se reducen. Sin embargo, en los compuestos
orgánicos esta transferencia de electrones no suele ser completa y el proceso
redox se produce como consecuencia de un cambio en los enlaces covalentes
entre átomos de distinta electronegatividad. Por tanto, la oxidación se
manifiesta mediante la ganancia de oxigeno o perdida de hidrógeno, y la
reducción mediante la ganancia de hidrógeno o perdida de oxigeno.
Por lo general, las sustancias que se oxidan y reducen son diferentes, sin
embargo existe un tipo especial de reacciones redox que se llaman reacciones
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
88
de desproporción o dismutación, en las cuales un mismo elemento, de una
sustancia, en un estado de oxidación se oxida y se reduce simultáneamente.
Entre los elementos más idóneos para llevar a cabo una dismutación están: N,
P, O, S, Cl, Br, I, Mn, Cu, Au y Hg. Un ejemplo de este tipo de reacción es la
dismutación del cloro en medio alcalino.
Cl2(g) + 2 NaOH(ac) NaClO(ac) + NaCl(ac) + H2O(l )
8.2.2. Número de Oxidación o Estado de Oxidación.
Se refiere al número de cargas que tendría un átomo en una molécula o en un
compuesto iónico, si los electrones fueran transferidos completamente. A
continuación, se dan algunas reglas, las cuales ayudaran en la asignación de
los números de oxidación de los elementos en un compuesto.
1. En los elementos libres (en estado no combinado), cada átomo tiene número
de oxidación de cero. Así, cada átomo en H2, Br2, Na, Be, K, O2, P4, S8, etc.
tiene el mismo número de oxidación, cero.
2. Para los iones, compuestos de un solo átomo, el número de oxidación es
igual a la carga del ion. Todos los metales alcalinos tienen un número de
oxidación de +1 y todos los metales alcalinotérreos tienen un número de
oxidación de +2 en sus compuestos. El aluminio siempre tiene un número de
oxidación de +3 en todos sus compuestos.
3. El numero de oxidación del oxigeno en la mayoría de los compuestos es −2,
pero en el peróxido de hidrógeno (H2O2) y en el ion peróxido (O2−2) su número
de oxidación es −1.
4. El número de oxidación del hidrógeno es +1, excepto cuando está enlazado
con metales en compuestos binarios (hidruros metálicos), en estos compuestos
su número de oxidación es −1.
5. El Flúor tiene un número de oxidación de −1 en todos sus compuestos. Los
otros halógenos (Cl, Br y I) tienen números de oxidación negativos cuando se
presentan como iones haluro en los compuestos. Cuando se combinan con el
oxigeno (oxácidos y oxoaniones), tiene números de oxidación positivos.
6. En una molécula neutra, la suma de los números de oxidación de todos los
átomos debe ser cero. En un ion poli atómico, la suma de los números de
oxidación de todos sus elementos debe igualar la carga neta del ion.
7. Para asignar el número de oxidación al carbono, en las moléculas
orgánicas, se sigue las siguientes reglas:
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
89
� El número de oxidación del C varía en −1 por cada enlace que presenta
con el átomo de H.
� El número de oxidación del C varía en +1 por cada enlace que presenta
con un átomo más electronegativo que el.
� Los dobles y triples enlaces con un heteroátomo, se cuentan como +2 y
+3, respectivamente.
� Los enlaces existentes entre átomos de C, no se tienen en cuenta al
determinar el número de oxidación.
� El número de oxidación total de la molécula, es la suma de los números
de oxidación de los C.
8.2.3. Balanceo de Ecuaciones Redox.
Método del cambio del Número de Oxidación:
El método del cambio del número de oxidación se basa en el incremento total y
disminución total igual de números de oxidación, es decir, en el cambio del
número de oxidación de las especies que reaccionan. Las siguientes reglas
ayudaran a aplicar este método, en el balanceo de las ecuaciones redox.
1. Determinar el número de oxidación de cada uno de los elementos que
intervienen en la reacción redox.
2. Identificar los elementos que cambian su estado de oxidación. Escribir las
semireacciones correspondientes al proceso de oxidación y reducción, no
importa el orden de escritura de las semireacciones.
3. Balancear los átomos de cada una de las semireacciones por separado, debe
haber el mismo número de especies químicas en ambos lados de la flecha de
semireacción.
4. Balancear la carga de cada una de las semireacciones por separado, debe
haber igual número de cargas en ambos lados de las flechas de la
semireacción. Lo único que puede utilizarse para el balance de carga son los
electrones (e−) que se pierden o se ganan en el proceso redox. El balance de
carga siempre debe hacerse después del balance de átomos, nunca antes.
5. Multiplicar, en forma cruzada, los electrones perdidos y ganados en las
semireacciones redox balanceadas, de tal forma que, el numero de electrones
que se intercambian en las semireacciones redox sea el mismo.
6. Sumar las dos semireacciones que resultan de las multiplicaciones.
Simplificar los términos comunes en ambos lados de la ecuación iónica
resultante.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
90
7. Introducir los coeficientes obtenidos, en el paso anterior, en la ecuación
molecular. Este paso corresponden únicamente a las especies químicas que
intervinieron en el proceso redox y se colocan como coeficientes de los
compuestos correspondientes en la reacción completa.
8. Finalmente, balancear los demás átomos por inspección, respetando los
coeficientes ya obtenidos. Comprobar la ecuación final, el número de átomos
de cada elemento en ambos lados de la ecuación debe ser igual.
Método del Ion − Electrón:
El método del ion − electrón se basa en el concepto de que la oxidación
consiste en la pérdida de uno o más electrones, en cambio, la reducción es la
ganancia de uno o más electrones. Por tanto, la reacción global se divide en
dos semireacciones, una para la oxidación y la otra para la reducción. Las
ecuaciones de las dos semireacciones se balancean por separado (elementos y
carga). A continuación, se iguala el número de electrones que se gana y se
pierde en ambas. Por último, se suman las semireacciones resultantes para
obtener la ecuación total balanceada. Las siguientes reglas ayudaran a aplicar
este método, en el balanceo de las ecuaciones redox.
1. Establecer una ecuación iónica que incluya aquellos reactivos y productos
que contengan los elementos, que sufren una variación del número de
oxidación.
2. Escribir una ecuación para la semireacción de reducción, con el elemento
que sufre una disminución en su número de oxidación; y una para la
semireacción de oxidación, con el elemento que sufre un aumento en su
número de oxidación. Las especies deben ser escritas en forma iónica o
molecular. Los compuestos iónicos se separan en sus iones componentes,
señalando con toda claridad sus cargas correspondientes. Los óxidos y los
compuestos covalentes no se separan en iones.
3. Balancear los átomos de cada una de las semireacción por separado,
teniendo en cuenta el medio de la reacción.
� Para reacciones en medio acido o neutro agregar H2O para balancear los
átomos de O, y H+ para balancear los átomos de H. Por cada átomo de oxigeno
en exceso en un lado de la ecuación, agregar una molécula de H2O al otro
lado; y por cada átomo de hidrógeno en exceso en un lado, agregar H+ al otro
lado.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
91
� Para reacciones en medio básico agregar H2O y OH− para balancear los
átomos de H y O. Por cada átomo de oxigeno en exceso en un lado de la
ecuación, agregar una molécula de H2O al mismo lado y dos OH− al otro
lado; y por cada átomo de hidrógeno en exceso en un lado, agregar un OH−
al mismo lado y una molécula de H2O al otro lado.
4. Balancear las cargas de cada una de las semireacciones por separado,
añadir electrones (e−) en forma de reactivos (semireacción de reducción) o
productos (semireacción de oxidación) de tal manera que la ecuación tenga
carga cero. El balance de carga siempre debe hacerse después del balance de
átomos, nunca antes.
5. Multiplicar cada semireacción por un número apropiado, de modo que el
número total de electrones perdidos seria el agente reductor sea igual al
número de electrones ganados por el agente oxidante.
6. Sumar las dos semireacciones que resultan de estas multiplicaciones. En la
ecuación iónica resultante anular todos los términos comunes en ambos
lados. Todos los electrones se anulan automáticamente.
7. Transformar la ecuación iónica obtenida en una ecuación molecular, esto se
realiza añadiendo a cada lado de la ecuación, números iguales de iones que no
sufren transferencia de electrones. Balancear estas especies, respetando los
coeficientes ya obtenidos.
8. Finalmente, comprobar la ecuación final, contando el número de átomos de
cada elemento en ambos lados de la ecuación y calculando la carga neta en
cada uno de ellos.
8.3. PARTE EXPERIMENTAL
8.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Tubos de ensayo - Solución de K2Cr2O7 (0.1 M)
- Solución de H2SO4
- Etanol
- Na2SO3 (sólido)
- Solución de CuSO4 (0.1 M)
- Zn
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
92
8.3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Experimento Nº 1.
1. En un tubo de ensayo, colocar 1 ml de solución de K2Cr2O7, acidificar con
unas gotas de solución de H2SO4. Observar.
2. Añadir 0.1 g de Na2SO3, agitar hasta cambio en la coloración de la solución.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
Experimento Nº 2.
1. En un tubo de ensayo, colocar 1 ml de solución de K2Cr2O7, acidificar con
0.5 ml de solución de H2SO4. Observar.
2. Añadir 1 ml de Etanol Observar
3. Proceder a un calentamiento suave, hasta ver un cambio de color (de ser
necesario)
4. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
Experimento Nº 3.
1. En un tubo de ensayo, colocar 1 ml de solución de CuSO4,
2. Añadir una granalla de Zinc agitar hasta cambio en la coloración de la
solución.
3. Reportar sus observaciones y la ecuación química balanceada
correspondiente.
8.4. REPORTE DE RESULTADOS
Para cada uno de los experimentos realice lo siguiente:
1. Escriba todas las observaciones del experimento.
2. Balancee la ecuación molecular correspondiente a la reacción redox.
Experimento Nº 1:
K2Cr2O7 + H2SO4 + Na2SO3 Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
Experimento Nº 2:
K2Cr2O7+H2SO4+CH3CH2OH CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3+ H2O
Experimento Nº 3:
CuSO4+ Zn Cu + ZnSO4
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
93
3. Indique cual es el medio de la reacción.
4. Indique cual y de qué color es el agente oxidante.
5. Indique cual y de qué color es el agente reductor.
6. Indique a que número de oxidación pasa la sustancia reducida.
7. Indique a que número de oxidación pasa la sustancia oxidada.
8. Escriba la semireacción balanceada correspondiente a la oxidación.
9. Escriba la semireacción balanceada correspondiente a la reducción
8.5. CUESTIONARIO
1. Identifique el elemento que se oxida y el que se reduce, asignándole el
número de oxidación a cada átomo, en cada una de las siguientes reacciones.
a) 2 B + 3 H2 B2H6
b) N2 + 3 H2 2 NH3
c) 2 Na + O2 Na2O2
d) Fe + H2SO4 FeSO4 + H2
2. Balancee las siguientes ecuaciones moleculares redox. En cada caso,
indique el medio de la reacción, el agente oxidante y el agente reductor.
a. C6H6 + O2 CO2 + H2O
b. Bi(OH)3 + Na2SnO2 Bi + Na2SnO3 + H2O
c. C6H5O2N + HCl + Fe C6H5NH2 + FeCl3 + H2O
d. MnSO4 + KOH + KMnO4 MnO2 + K2SO4 + H2O
e. CuSO4 + NaOH + CH3CHO Cu2O + CH3COOH + Na2SO4 + H2O
f. K2Cr2O7 + H2SO4 + CH3OH Cr2(SO4)3 +HCOOH +K2SO4 +H2O
g. K2Cr2O7 + H2SO4 + CH3OH Cr2(SO4)3 + HCHO + K2SO4 + H2O
h. KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
i. CaC2O4 + KMnO4 + H2SO4 → CaSO4 + MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O
j. K2Cr2O7 + CH3CH2OH + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + CH3COOH + K2SO4 + H2O
4. Indica el significado de los términos:
a) Oxidante b) Anodo c) Reductor
d) Electrolito e) Cátodo f) Ionización
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
94
PRÁCTICA Nº 9
SOLUCIONES QUÍMICAS
9.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Adquirir destreza en la realización de cálculos para la correcta preparación
de soluciones, utilizando distintas expresiones de concentración.
� Preparar soluciones de diferentes unidades de concentración: porcentaje en
peso, molaridad y normalidad.
9.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
9.2.1. Soluciones.
Una solución es una mezcla homogénea (uniforme) de dos o más sustancias
puras, en la cual no hay precipitación. Las soluciones verdaderas constan de
un disolvente y uno o más solutos, cuyas proporciones varían de una a otra
solución. La sustancia que se disuelve y se encuentra en menor proporción
recibe el nombre de soluto, mientras que el solvente o disolvente es el medio
en el cual los solutos se disuelven y se encuentra en mayor proporción.
9.2.2. Clasificación de Soluciones.
Las soluciones pueden clasificarse de a cuerdo a dos criterios:
Por el Estado Físico de la Solución:
• Soluciones Líquidas: Cuando el disolvente es un líquido y según sea el tipo de
soluto pueden ser:
Sólido en Líquido: Cuando el soluto es un sólido, por ejemplo: azúcar en
agua.
Líquido en Líquido: Cuando el soluto es un líquido, por ejemplo: etanol en
agua.
Gas en Líquido: Cuando el soluto es un gas, por ejemplo: cloro en agua.
• Soluciones Sólidas: Cuando el disolvente es un sólido y pueden ser:
Sólido en Sólido: Cuando el soluto es un sólido, por ejemplo: el latón, el cual
contiene cobre y zinc (aleación).
Líquido en Sólido: Cuando el soluto es un líquido, por ejemplo: empaste
dental.
Gas en Sólido: Cuando el soluto es un gas, por ejemplo: H2 gaseoso en
paladio.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
95
• Soluciones Gaseosas: Cuando el disolvente es un gas y pueden ser:
Sólido en Gas: Cuando el soluto es un sólido, por ejemplo: polvo
atmosférico.
Líquido en Gas: Cuando el soluto es un líquido, por ejemplo: la niebla.
Gas en Gas: Cuando el soluto es un gas, por ejemplo: el aire.
Por la Cantidad de Soluto en la Solución:
• Soluciones Diluidas: Son soluciones que contienen poca cantidad de soluto.
Generalmente su concentración es menor que 5 Molar, por ejemplo: NaOH
0.5M.
• Soluciones Concentradas: Son soluciones que contienen razonable cantidad
de soluto. Su concentración es mayor que 5 Molar, por ejemplo: NaOH 8M.
• Soluciones Saturadas: Son soluciones que contienen la máxima cantidad de
soluto que pueda disolverse, a una temperatura dada. En este tipo de
soluciones existe un equilibrio entre el soluto disuelto y el soluto sin
disolverse.
• Soluciones Sobresaturadas: Son soluciones que contienen más cantidad de
soluto disuelto del que normalmente pueda disolverse, a una temperatura
dada. Este tipo de soluciones se preparan con ayuda del aumento de
temperatura para favorecer la disolución.
9.2.3. Concentración de Soluciones.
La concentración de una solución es la cantidad de soluto presente en una
cantidad dada de solución. La forma de expresar la concentración de una
solución, pueden ser en unidades físicas o unidades químicas
Unidades Físicas:
• Porcentaje Peso − Peso o Porcentaje en Peso: Expresa la masa del soluto por
cien unidades de masa de solución.
100*)(
100*%SolventeSolutoPeso
SolutoPeso
SolucionPeso
SolutoPeso
w
w
+
==
• Porcentaje Peso − Volumen: Expresa la masa del soluto por cien unidades de
volumen de solución.
100*%mililitrosensoluciónVolumen
gramosenSolutoPeso
V
w=
• Porcentaje Volumen − Volumen o Porcentaje en Volumen: Expresa el volumen
del soluto por cien unidades de volumen de solución.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
96
100*%SoluciónVolumen
SolutoVolumen
V
V=
Unidades Químicas:
• Molalidad (m): Es el numero de moles de soluto disueltos en 1 Kilogramo
(Kg.) de disolvente.
solventederamoski
molecularMasasolutoPeso
solventederamoski
solutodemolesdeNúmerom
log
/
log==
• Molaridad (M): Es el numero de moles de soluto disueltos en 1 litro (l) de
solución.
solucióndelitro
molecularMasasolutoPeso
solucióndelitro
solutodemolesdeNúmeroM
/==
• Normalidad (N): Es el número de equivalentes (eq) de soluto disuelto en 1
litro (l) de solución
eqP
masaeqden
uciónLitrodesol
solutodeesequivalentdeNúmeroN
..º ===
El peso equivalente (P. eq.) depende del tipo de sustancia química. Así
tenemos:
Peso Equivalente de un Acido:
protonesN
MPeqP
º
.. =
Peso Equivalente de una Base:
oxidrilosN
MPeqP
º
.. =
Peso Equivalente de una Sal:
indicelmetalxSubValenciade
MPeqP
.. =
Peso Equivalente de un Agente Oxidante:
esganadosdeelectronN
MPeqP
º
.. =
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
97
Peso Equivalente de un Agente Reductor:
oxidrilosN
MPeqP
º
.. =
Calculo de la Molaridad y Normalidad a partir del % en peso y de la densidad
de la solución:
9.2.4. Dilución de Soluciones.
Es el proceso que consiste en preparar una solución menos concentrada a
partir de una solución concentrada. Cuando se diluye una solución al agregar
más disolvente, la cantidad de soluto no experimenta cambio alguno, pero el
volumen y la concentración si varían. La siguiente expresión, conocida como
la ecuación de dilución, puede ser utilizada para preparar soluciones diluidas.
Las concentraciones deberán ser molares o normales.
V1 × C1 = V2 × C2
Precaución: La dilución de una solución concentrada, especialmente ácidos o
bases fuertes, por lo general liberan gran cantidad de calor. Este puede
vaporizar gotas de agua cuando caen en la solución concentrada y provocar
salpicaduras peligrosas. Como medida de seguridad, las soluciones
concentradas siempre se deben verterse lentamente en el agua, permitiendo
que el calor sea absorbido por la mayor cantidad de agua.
9.3. PARTE EXPERIMENTAL
9.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Balanza analítica - NaCl (s)
- Luna de reloj - Agua destilada
- Espátula
- Vaso de precipitado
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
98
- Bagueta
- Fiolas
- Pipetas
- Pizeta
9.3.2. Procedimiento Experimental
Experimento Nº 1: Preparación de una Solución de NaCl 0.5 M.
1. Realizar los cálculos para preparar 50 ml de una solución al 0.5 M
2. Pesar, en una luna de reloj, la masa de NaCl calculada.
3. En un vaso de precipitados colocar aproximadamente 20 ml de agua
destilada y disolver el soluto pesado con una Bagueta.
4. Trasvasar la solución a una fiola de 50 ml de capacidad, previamente lavada
y enjuagada con agua destilada.
5. Completar con agua destilada hasta el aforo de la fiola (enrasar
correctamente el menisco con la línea de aforo), tapar y homogenizar.
6. Finalmente, guardar la solución obtenida en un frasco de vidrio rotulado y
destinado para ese fin.
7. Reportar los cálculos correspondientes.
Experimento Nº 2. Prepare una solución de NaCl al 0.5 % en un volumen de
50 mL
1. Reportar los cálculos correspondientes para realizar la preparación de la
solución.
2. Proceda a preparar la solución
9.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Realice los cálculos correspondientes para cada uno de los experimentos.
2. Explique cómo se hace para enrasar correctamente el menisco con la línea
de aforo.
3. La concentración de una solución varía si esta no es aforada correctamente.
¿Una solución será más concentrada o más diluida, si en el momento de
aforar se pasa de la línea de aforo? Justifique su respuesta.
4. Porqué se tiene que estandarizar una solución recién preparada. Explique
5. Se puede preparar una solución de mayor concentración a partir de una de
menor concentración
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
99
9.5. CUESTIONARIO
1. Determine el peso molecular (PM) y el peso equivalente (Peq) de las
siguientes sustancias:
a) H2SO4 b) HCl c) HNO3
d) NaOH e) SbCl3 f) AgNO3
g) Al2(SO4)3 h) (NH4)2CO3 i) Co(NO3)2.6H2O
2. Calcula el número de gramos de soluto presentes en cada una de las
siguientes disoluciones:
a. 350 mL de 0.105 M de dicromato de potasio
b. 50 mL de 1 M del tricloruro de hierro hexahidratado
c. 0,3 L de 1,7 m de Cloruro de potasio
3. Se disuelve 2 g de KCl en 50 ml de solución. ¿Cuál será la concentración
expresa do en % p/v?
4. Una solución de KOH concentrado es 15 M si la densidad de la solución
es 1,38 g/ml. ¿Cuál es el porcentaje p/p del KOH?
5. ¿Calcula la concentración molar de soluto presente en cada una de las
siguientes disoluciones:
a. 120 mL que contiene 4,5 g de cloruro de sodio
b. 0,25 L que contienen 1,3 g de cloruro de amonio
c. 1,3 L que contiene 1,85 g de nitrato de plata
6. El ácido clorhídrico concentrado disponible tiene una concentración de
37,7% en masa. ¿Cuál es su concentración molar? (la densidad de la
disolución es 1,19 g/mL).
7. Describa brevemente los pasos necesarios para la conversión entre
molaridad, molalidad y porcentaje en masa.
8. Calcule la cantidad de agua (en gramos) que se debe agregar a:
a. 5 g de urea (NH2)2CO para preparar una disolución al 16,2% en masa
b. 26,2 g de MgCl2 para prepara una disolución al 1,5% en masa.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
100
PRÁCTICA Nº 10
SUSPENSIONES, COLOIDES Y DISOLUCIONES
10.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Distinguir algunas de las propiedades de los diferentes tipos de
Dispersiones.
� Clasificar algunas mezclas como suspensiones, coloides o disoluciones
Apreciar el efecto Tyndall.
� Distinguir entre disoluciones y coloides, aprovechando el efecto Tyndall
10.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
Las mezclas o dispersiones se pueden clasificar, según el tamaño de las
partículas de la fase dispersa, en: disoluciones, coloides y suspensiones.
En una disolución verdadera hay partículas de líquido, sólido o gas (fase
dispersa) disueltas en otro líquido, sólido o gas (fase dispersante), pero las
partículas no se alcanzan a distinguir a simple vista porque son muy
pequeñas.
En una suspensión las partículas se logran apreciar a simple vista o con un
microscopio, y las partículas son tan grandes que, si se dejan reposar,
sedimentan.
Las partículas de un coloide se encuentran entre los tamaños de estas dos
primeras. No se logran distinguir a simple vista, pero tienen propiedades que
nos permiten diferenciarlas de las soluciones.
Los coloides tienen una propiedad óptica exclusiva, que se conoce como el
efecto Tyndall: debido al tamaño de las partículas, éstas funcionan como
espejitos que reflejan la luz, lo que nos permite ver la trayectoria de un rayo de
luz que pasa a través del recipiente en el que se encuentra el coloide, en tanto
que las soluciones son completamente transparentes (no se observa el rayo de
luz en el recipiente), y las suspensiones, debido al gran tamaño de las
partículas, suelen ser opacas.
El efecto Tyndall se puede apreciar cuando entra un rayo de sol por la ventana
en un cuarto que está oscuro, pues se pueden ver partículas de polvo
suspendidas en el aire, que forman un sistema coloidal.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
101
10.3. PARTE EXPERIMENTAL
10.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Caja pequeña - Agua destilada
- Linterna - Etanol
- Pipetas - Azúcar de mesa
- Pizeta - Leche
- Tubos de ensayo - Detergente
- Arena fina
10.3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Experimento Nº 1:
1. etiqueta los tubos de ensayo en la parte superior, del 1 al 6, y llénalos de
la siguiente forma:
TUBO CONTENIDO
1 6 mL de agua
2 6 mL de agua + 0,3 g de azúcar
3 6 mL de agua + 5 gotas de leche
4 6 mL de agua + 0,3 g arena
5 6 mL de agua + 0,3 g detergente
6 6 mL de agua + 5 gotas de alcohol
2. Agita suavemente cada uno de los tubos durante un minuto y después
déjalos reposar unos minutos. Clasifica los tubos que sedimentan como
suspensiones.
3. Los que no sedimentan, somételos a la siguiente prueba.
a. Recorta en la caja de cartón los siguientes orificios (Figura 1).
b. Introduce por los orificios de la parte superior de la caja: el tubo 1, que
contiene agua, y el tubo 2, que contiene una disolución. Ilumina los
tubos con la linterna de mano, a través del orificio indicado para ello.
Por la ventana del costado, mirando en forma perpendicular al rayo de
luz, observa la diferencia entre ambos.
c. Compara el tubo 3, que contiene un coloide, con el 2 y con el 1. Observa
la diferencia entre ellos y describe en qué consiste el efecto Tyndall.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
102
d. Introduce de uno en uno todos los demás tubos para que puedas
clasificar a las dispersiones como coloides o como disoluciones
verdaderas.
10.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. ¿Qué pruebas necesitarías hacer para clasificar una mezcla como coloide,
suspensión, o solución?
2. En las pruebas que realizaste, ¿cuáles mezclas resultaron ser soluciones,
cuales coloides y cuales suspensiones? ¿Cómo realizaste tu clasificación?
3. Escribe un ejemplo de cada tipo de dispersión e indica qué características
de ésta te permite clasificarla como tal.
10.5 CUESTIONARIO
Defina:
a) fase dispersa
b) fase dispersante
c) disolución
d) disolvente
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
103
e) soluto
f) emulsión
g) suspensión
2. ¿Qué es un coloide?
3. ¿Cómo se clasifican los coloides? Mencione algunos ejemplos.
4. Explique en qué consiste el Efecto de Tyndall
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
104
PRÁCTICA 11
EQUILIBRIO QUÍMICO
11.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Evaluar cualitativamente el efecto de la naturaleza de los reactivos y de la
temperatura en la velocidad de reacción.
� Establecer cualitativamente el efecto de la concentración en el equilibrio de
una reacción reversible, homogénea.
11.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
11.2.5. Equilibrio Químico.
El equilibrio químico es un estado dinámico, en una reacción reversible, en la
cual la velocidad de reacción hacia la derecha y hacia la izquierda son iguales.
Mientras un sistema se encuentra en equilibrio, no se produce cambio neto en
las concentraciones de los reactivos o productos
11.2.6. Ley de Equilibrio Químico.
La expresión de la constante de equilibrio constituye la ley de equilibrio
químico. La constante de equilibrio (Ke), a una temperatura dada, se define
como el producto de las concentraciones en equilibrio (moles/litro) de los
productos, elevada cada una a la potencia que corresponde a su coeficiente en
la ecuación química balanceada, dividido entre el producto de las
concentraciones en equilibrio de los reactivos, elevada cada una a la potencia
que corresponde a su coeficiente en la ecuación balanceada.
En la determinación del valor de Ke de una reacción dada, cuando los
reactivos y/o productos se encuentran en sólidos y/o líquido puro, la
concentración de estos se puede considerar como constante y omitirla en la
ecuación de la constante de equilibrio. Por tanto, solo se considera las
concentraciones de los reactivos y/o productos, cuando estos se encuentran
en estado gaseoso o acuoso. En general, las concentraciones de reactivos y
productos deben estar expresadas en moles/litro. Sin embargo, las
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
105
concentraciones de reactivos y productos en las reacciones en fase gaseosa se
pueden expresar también en términos de sus presiones parciales. Por otra
parte, Ke no tiene unidades. Por otra parte, el valor de la constante de
equilibrio depende de la naturaleza de la reacción y de la temperatura. A una
temperatura constante, se encuentra que la magnitud de Ke varía mucho de
una reacción a otra. Es de gran importancia práctica el conocimiento del valor
de Ke, la magnitud de esta constante mide hasta qué grado se produce la
reacción (predicción de la dirección de la reacción), cuando Ke > 1 indica que
en el equilibrio la mayoría de los reactivos se convierte en productos, mientras
que, cuando Ke < 1 indica que el equilibrio se establece cuando la mayoría de
los reactivos permanece sin reaccionar y se forma tan solo pequeñas
cantidades de productos
11.2.7. Tipos de Equilibrio Químico
Equilibrio Químico Homogéneo: Este término se aplica a reacciones reversibles
en donde todas las especies (reactivos y productos) están en la misma fase.
Un ejemplo de equilibrio homogéneo en fase gaseosa es la disociación del
N2O4.
Otro ejemplo de equilibrio homogéneo, pero, en fase acuosa es la ionización del
CH3COOH en agua.
Equilibrio Químico Heterogéneo: Este término se aplica a reacciones reversibles
en la que intervienen reactivos y productos en fases diferentes.
Un ejemplo de equilibrio heterogéneo es la descomposición de CaCO3, este se
calienta en un recipiente cerrado.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
106
Otro ejemplo de equilibrio heterogéneo es solubilidad del AgCl en una solución
saturada del mismo, es decir, una solución saturada de AgCl que se encuentra
en contactos con AgCl sólido.
AgCl(s) Ag+(ac) + Cl−(ac)
Ke = [Ag+] [Cl−]
11.2.8. Factores que Afectan el Equilibrio Químico.
El equilibrio químico representa un balance entre las reacciones directa e
inversa. En la mayor parte de los casos, este balance es bastante delicado. Los
cambios en las condiciones experimentales pueden perturbar el balance y
desplazar la posición del equilibrio de modo que se forme más o menos del
producto deseado. Las variables disponibles que se pueden controlar
experimentalmente son: concentración, volumen, presión y temperatura. Por
otra parte, el principio de Le Chatelier ayuda a predecir cambios en
condiciones de equilibrio; este principio establece que “si un sistema químico
en equilibrio se somete a una tensión (cambios en la concentración, volumen,
presión o temperatura), el equilibrio se desplaza (reaccionando químicamente)
en sentido de que se contrarreste la tensión producida”.
Efecto de la Concentración: Si se añade más cantidad de cualquier reactivo o
producto al sistema, la tensión se aliviara desplazando el equilibrio en la
dirección en que se consuma parte de la sustancia adicional. Por otro lado, si
se remueve un reactivo o producto de un sistema en equilibrio, la reacción que
produce esa sustancia se efectúa en mayor grado que la reacción inversa.
Efecto del Volumen y la Presión: Los cambios de presión afectan muy poco a
las concentraciones de sólidos o líquidos porque son ligeramente
compresibles. Sin embargo, las concentraciones de los gases varían mucho
con los cambios en la presión. En general, un aumento de presión
(disminución de volumen) hace que el sistema se desplace en la dirección que
produzca menor número de moles de gases, y una disminución de presión
(aumento de volumen) hace que se desplace en la dirección que produzca
mayor número de moles de gases. Para las reacciones en las que no cambia el
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
107
número de moles de gases, un cambio en la presión (o en el volumen) no tiene
efecto sobre la posición del equilibrio.
Efecto de la Temperatura: Un aumento de temperatura favorece las reacciones
endotérmicas, y una disminución de temperatura favorece las reacciones
exotérmicas. Por otro lado, un cambio en la concentración, presión o volumen
puede alterar la posición del equilibrio, pero no cambia el valor de la constante
de equilibrio. Sólo un cambio de temperatura altera el equilibrio y hace variar
el valor de la constante.
Efecto de un Catalizador: Un catalizador aumenta la velocidad de reacción
porque disminuye su energía de activación, sin embargo, la energía de
activación de la reacción directa disminuye en igual magnitud que la de la
reacción inversa. Esto significa que se afectan las velocidades directa e inversa
en la misma medida. Por lo tanto, la presencia de un catalizador no afecta la
constante de equilibrio ni desplaza la posición de un sistema en equilibrio.
11.3. PARTE EXPERIMENTAL
11.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Tubos de ensayo - Solución de K2Cr2O7 (0.1 M)
- Gradilla para tubos - Solución de K2CrO4 (0.1 M)
- Pipetas - Solución de HCl (1 M)
- Pizeta - Solución de NaOH (1 M)
- CoCl2
- Alcohol isopropilico
11.3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Experimento Nº 1: Evaluación Cualitativa de una Reacción Química
Reversible.
1. En dos tubos de ensayo, colorar 1 ml de solución de K2CrO4 y en otros dos
tubos adicionar 1 ml de solución de K2Cr2O7, respectivamente. Rotular y
anotar el color de cada solución. Observar
2. Seguidamente colocar 1 ml solución de HCl a la solución de Cromato
(K2CrO4) y Dicromato (K2Cr2O7) simultáneamente, hasta observar cambio
de coloración en una de las soluciones.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
108
3. Posteriormente colocar 1 ml solución de NaOH a la solución de Cromato
(K2CrO4) y Dicromato (K2Cr2O7) simultáneamente, hasta observar cambio
de coloración en una de las soluciones.
4. Reportar sus observaciones y la ecuación iónica balanceada
correspondiente.
Experimento Nº 2: Condiciones que afectan al CoCl2 en disolución.
1. En un matraz erlenmeyer seco de 125 mL se colocan 2 g de CoCl2. 6H2O
sólido. Se añaden 50 mL de alcohol isopropilico y se agita hasta disolver el
sólido.
2. Colocar en cuatro tubos de ensayo 10 mL
3. Añadir lentamente unas pocas gotas de agua a la disolución de Co2+ en uno
de los tubos de ensayo. Agitar bien después de cada adición. Detener la
adición cuando la disolución tenga un color lila. Repetir el procedimiento en
otro de los tubos hasta alcanzar el color lila. Finalmente añadir el mismo
volumen de agua a un tercio del volumen de las disoluciones finalizando por
añadir 2 mL más de agua. Apuntar los colores de las disoluciones en los
cuatro tubos de ensayo.
4. Colocar el tubo con una de las disoluciones azuladas del paso anterior en un
vaso de precipitados con hielo y agua. Colocar otro de los tubos con
disolución de color lila en un baño maría con una temperatura de 80 – 90ºC.
Dejar pasar dos o tres minutos y anotar los colores de las disoluciones.
Quitar los tubos de ensayo de los vasos y dejarlos alcanzar la temperatura
ambiente. Después de dos o tres minutos anotar los colores de las
disoluciones.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
109
11.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. En el experimento Nº 1 reporte sus observaciones y balancee la ecuación
iónica correspondiente a la reversibilidad del sistema.
2. Para el mismo experimento, escriba la expresión de la constante de
equilibrio, Ke, para la reacción directa e inversa. Indique qué relación existe
entre ambas expresiones.
3. En el experimento Nº 2 indique lo siguiente:
a) ¿De qué color es la disolución cuando el CoCl2. 6H2O se disuelve en
agua?
b) ¿De qué color es la disolución a la cual se añade la mayor cantidad de
agua?
c) ¿Qué cambios se observan al calentar y enfriar las disoluciones?
11.5. CUESTIONARIO
1. En un experimento se alcanza el equilibrio con 2X10-2 moles de NO
y 8,3 X10-3 moles de Cl2 y 0,328 moles de NOCl el en un matraz de 2
litros. ¿Cuál es la constante de equilibrio?
NO (g) + Cl2 (g) NOCl (g)
2. Usar el principio de Le chatelier para predecir la dirección de la respuesta
de un sistema en equilibrio a cambios en la concentración de reactivos y
productos.
3. El pH medido de una disolución 0,050 M de ácido acético es 3,02.
Determinar la constante de equilibrio de la reacción.
4. Escriba la expresión de la constante de equilibrio, Ke, para cada una de las
siguientes reacciones reversibles. Indique si el equilibrio es homogéneo o
heterogéneo.
a) PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)
b) 2 HgO(s) 2 Hg(l ) + O2(g)
c) P4(s) + 6 Cl2(g) 4 PCl3(l )
d) Ni(s) + 4 CO(g) Ni(CO)4(g)
e) 2 NO2(g) + 7 H2(g) 2 NH3(g) + 4 H2O(l )
5. La constante de equilibrio, Ke, de la reacción, 2 HCl(g) H2 (g) + Cl2(g), a
25 ºC, es 4.17 × 10−34. ¿Cuál es el valor de Ke para la reacción,
H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g), a la misma temperatura? Justifique su
respuesta.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
110
6. Se coloca yoduro de hidrógeno gaseoso, en un recipiente cerrado a 425 ºC,
donde se descompone parcialmente en hidrógeno y yodo: 2 HI(g) H2(g) +
I2(g). Se determina que las concentraciones en el equilibrio son: [HI] = 3.53 ×
10−3 atm, [H2] = 4.79 × 10−4 atm y [I2] = 4.79 × 10−4 atm. ¿Cuál es el valor
de la constante de equilibrio, Ke, a esa temperatura, para dicha reacción?
7. Para la reacción: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g), indicar la dirección hacia la
cual se desplazara la reacción neta para alcanzar el nuevo equilibrio, en
cada caso:
a) Un aumento en la concentración de SO2.
b) Un aumento en la concentración de SO
8. Explique el principio de Le Chatelier. ¿De qué manera ayuda este principio
a obtener el máximo rendimiento de las reacciones?
9. Mencione cuatro factores que puedan desplazar la posición de un equilibrio.
Sólo uno de estos factores puede modificar el valor de la constante de
equilibrio. ¿Cuál son los factores que modifican la contante de equilibrio?
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
111
PRÁCTICA 12
CINÉTICA QUÍMICA
12.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Evaluar cualitativamente el efecto de la naturaleza de los reactivos y de la
temperatura en la velocidad de reacción.
� Establecer cualitativamente el efecto de la concentración en el equilibrio de
una reacción reversible, homogénea.
12.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
12.2.1. Cinética Química.
La cinética química estudia las velocidades de las reacciones químicas y los
mecanismos por los cuales se producen. La velocidad de reacción es el cambio
en la concentración de los reactivos o productos con respecto al tiempo, y el
mecanismo de reacción es la ruta o serie de pasos por la cual se efectúa dicha
reacción. La velocidad de reacción puede escribirse bastándose en la velocidad
de cambio de concentración de cada especie, y se expresa en M/s.
12.2.2. Ley de Velocidad.
La ley de velocidad es una expresión que relaciona la velocidad de una
reacción con la constante de velocidad (k) y las concentraciones de los
reactivos elevadas a las potencias apropiadas. K para una reacción dada
cambia sólo con la temperatura.
La utilidad de la ley de velocidad radica en que si se conoce los valores de k, x
y Y (los cuales sólo se pueden determinar experimentalmente, no guardan
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
112
ninguna relación necesariamente con los coeficientes de la ecuación química
balanceada de la reacción), se podrá calcular la velocidad de una reacción,
dadas las concentraciones de los reactivos. Por otra parte, la suma de los
exponentes a los que se elevan todas las concentraciones de los reactivos que
aparecen en la ley de velocidad se conoce como orden de reacción
La ley de velocidad es: velocidad = k [A]0 = k. Por tanto, la velocidad de una
reacción de orden cero es una constante, independiente de la concentración de
los reactivos.
12.2.4. Factores que Afectan el Velocidad de Reacción.
La velocidad de una reacción se ve afectada por cuatro factores: naturaleza de
los reactivos, concentración de los reactivos, temperatura y catalizadores.
Efecto de la Naturaleza de los Reactivos: Los estados físicos de las sustancias
que reaccionan son importantes para determinar sus reactividades, también el
estado de subdivisión (área de superficie de contacto) de los sólidos y líquidos
es crucial para determinar la velocidad de reacción. Por otra parte, la
identidad de los elementos y compuestos afecta evidentemente la velocidad de
reacción. Por lo general, las reacciones que no implican reajuste de enlaces
son rápidas a temperatura ambiente, mientras que las reacciones en las que
se producen la ruptura de enlaces tienden a ser lentas a temperatura
ambiente.
Efecto de la Concentración de los Reactivos: En la teoría cinética molecular de
la materia, es lógico aceptar que para que reaccionen dos moléculas, estas
deben estar en contacto. Por tanto, las reacciones químicas dependen de los
choque entre las partículas de los reactivos (átomos, moléculas o iones). Este
modelo sobre las velocidades de reacción se denomina teoría de las colisiones
y proporciona una base para comprender el efecto de la concentración. Por
tanto, un aumento del número de partículas contenidas en un volumen
determinado, aumenta la frecuencia de colisiones, lo que se traduce en una
mayor velocidad de reacción.
Efecto de la Temperatura: La temperatura está directamente relacionada con la
energía cinética promedio y con las velocidades de las moléculas. A cualquier
temperatura (T1) dada, una fracción definida de moléculas de reactivo tiene
suficiente energía de activación (Ea) para reaccionar y formar moléculas de
producto al colisionar. A una temperatura mayor (T2), una fracción mayor de
moléculas posee la energía de activación necesaria y la reacción se efectúa a
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
113
mayor velocidad. La energía de activación es la mínima cantidad de energía
que se requiere para iniciar una reacción. En resumen, la velocidad de
reacción es directamente proporcional a la temperatura.
Efecto de los Catalizadores: Un catalizador es una sustancia que aumenta la
velocidad de una reacción química sin ser consumida en ella; el catalizador
puede reaccionar para formar un intermediario, pero se regenera en un paso
subsecuente de la reacción. Los catalizadores permiten que las reacciones se
efectúen por rutas alternas, es decir, cambian el mecanismo de la reacción, y
por consiguiente, afectan las velocidades de reacción al cambiar las energías
de activación. La energía de activación desciende en la mayoría de las
reacciones catalizadas (ver Figura 10.1). Sin embargo, en el caso de
catalizadores de inhibición (sustancias que disminuye la velocidad de una
reacción), la energía de activación se eleva porque la reacción se ve obligada a
efectuarse por una ruta menos favorable.
Figura 11.1. Diagrama de energía en el que se observa el efecto de un catalizador
12.3. PARTE EXPERIMENTAL
12.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- Tubos de ensayo - Solución de Na2S2O3
- Gradilla para tubos - Solución de H2SO4
- Pipetas - Pastilla de alcazeltzer
- Pizeta - Solución de H2O2
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
114
12.3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Experimento Nº 1: Efecto de la concentración y temperatura en la velocidad de
reacción
1. Para esta reacción se utiliza el tiosulfato de sodio haciéndolo reaccionar con
acido sulfúrico produciendo azufre insoluble el cual se le identifica por la
formación de un sólido de color blanquecino según la siguiente reacción:
S2O3-2 + 2 H+ → H2SO3 + So
2. Tomar 7 tubos y enumerarlos y colocar en cada uno de la solución de
tiosulfato como se indica en el cuadro:
No mL de Na2S2O3
0.1M
mL de
agua
Gotas de
H2SO4
Temperatura
ºC
Tiempo
1 0.5 2.5 1 Ambiente
2 1.0 2.0 1 ¨
3 1.5 1.5 1 ¨
4 2.0 1.0 1 ¨
5 1.0 2.0 2 ¨
6 1.0 1.0 1 30
7 1.0 1.0 1 40
3. Añada a cada tubo la cantidad de agua destilada y acido sulfúrico según
cuadro, teniendo en cuenta que cuando se agrega el acido a cada tubo se
tome el tiempo desde el momento que se agrega las gotas de acido hasta
que aparezca un precipitado blanquecino.
4. Anotar los resultados para cada uno y llenar el cuadro.
5. Los 5 primeros trabajar a temperatura ambiente y los dos últimos con
temperaturas como se indica en el cuadro. Para este caso usar baño maría
y cuando se llegue a la temperatura indicada sacar el vaso de la cocinilla y
agregar las gotas de acido en el tubo, tomar el tiempo hasta que aparezca el
precipitado blanco y anotar.
6. Hacer los cálculos respectivos, graficar y reportar los resultados
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
115
Experimento Nº 2: Efecto del tamaño de partícula
1. Para esta experiencia se necesita dos sobres de alcazeltzer proceda a
triturar una de las pastillas dentro del sobre
2. Tome dos vasos de 250 mL y coloque 50 mL de agua en cada uno.
3. En el primer vaso coloque la pastilla de alcazeltzer completa y mida el
tiempo de disolución
4. En el segundo vaso coloque la pastilla de alcazeltzer previamente triturada y
mida el tiempo de disolución.
Experimento Nº 3: Catalizadores biológicos.
1. Coloque 7 tubos de ensayo en una gradilla y enuméralos.
2. Adiciona en cada tubo fruta rayada aproximadamente 2 cm de altura del
tubo de ensayo.
3. Agregue a cada uno de los tubos 3 ml de peróxido de hidrógeno y deje
reposar por 3 minutos. Observa lo que sucede.
Papa_____________________________________________________________________
Manzana_______________________________________________________________
Zanahoria________________________________________________________________
Tierra _________________________________________________________________
Leche__________________________________________________________________
Plátano _______________________________________________________________
Agua__________________________________________________________________
12.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Hacer los cálculos y complete el cuadro respectivo y hacer la gráfica para la
experiencia Nº 1.
2. ¿Qué efecto tiene la temperatura en la reacción?
3. ¿Qué efecto tiene la concentración del tiosulfato y el acido sulfúrico en la
reacción?
4. En el experimento Nº 2 explique lo observado
5. En el experimento Nº 3 Anote lo que sucede.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
116
Muestra Observaciones
Papa
Manzana
Zanahoria
Tierra
Leche
Plátano
Agua
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
117
PRÁCTICA Nº 13
ACIDOS Y BASES
13.1. OBJETIVOS
Los principales objetivos de esta práctica son:
� Estudiar el comportamiento acido o básico de una sustancia en solución
acuosa, mediante sus propiedades características.
� Diferenciar un acido de una base, mediante indicadores acido − base.
Conocer los cambios de color de los distintos indicadores acido − base
� según el rango de pH.
� Determinar concentraciones de soluciones ácidas o básicas a partir de su
pH.
13.2. FUNDAMENTO TEÓRICO
13.2.1. Definiciones de Ácidos y Bases.
En 1884, Svante Arrhenius formuló una teoría de ácidos y bases que define
un acido como una sustancia que se ioniza en agua para producir iones H+, y
una base como una sustancia que se ioniza en agua para producir iones OH−.
Sin embargo, una definición general de ácidos y bases, propuesta por
Johannes Brønsted en 1923, describe a un ácido como un donador de
protones y una base como un aceptor de protones. Por otra parte, el concepto
de par conjugado acido − base es una extensión de la definición de ácidos y
bases de Brønsted; dicho par se puede definir como un acido y su base
conjugada o como una base y su ácido conjugado. La base conjugada de un
ácido Brønsted es la especie que queda cuando el ácido pierde un protón, y a
la inversa, un ácido conjugado resulta de la adición de un protón a una base
Brønsted.
Otra definición, más general de ácidos y bases, fue formulada por Gilbert
Lewis en 1923, de acuerdo con esta definición, una base es una sustancia que
puede donar un par de electrones y un acido es una sustancia que puede
aceptar un par de electrones. Estos conceptos nos ayudan a entender algunos
procesos, como las reacciones acido − base, las cuales se ubican entre las más
importantes y comunes en los sistemas químicos y biológicos.
13.2.2. Propiedades Características de Soluciones Acuosas de Ácidos y Bases.
Propiedades de Soluciones Acuosas de Ácidos: Las soluciones acuosas de la
mayoría de los ácidos protónicos tienen ciertas propiedades que se debe a los
iones hidrógeno hidratados.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
118
• Poseen un sabor agrio; por ejemplo, el vinagre debe su sabor al acido acético,
y los limones y otros fruto cítricos contiene ácido cítrico.
• Producen cambios en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color
del tornasol de azul a rojo.
• Reaccionan con ciertos metales, como el zinc, magnesio y hierro, para
producir hidrógeno gaseoso.
• Reaccionan con carbonatos y bicarbonatos (por ejemplo, Na2CO3, CaCO3,
NaHCO3), para producir dióxido de carbono gaseoso.
• Reaccionan con óxidos metálicos e hidróxidos, para formar sales y agua.
• Conducen la corriente eléctrica porque están ionizados total o parcialmente.
Cabe resaltar que el acido sulfúrico anhidro y el acido acético glacial (100 %)
son no electrólitos, sin embargo, sus soluciones conducen la electricidad.
Propiedades de Soluciones Acuosas de Bases: Las soluciones acuosas de bases
tienen ciertas propiedades que se debe a los iones hidróxido hidratados.
• Poseen un sabor amargo.
• Poseen una sensación resbalosa; por ejemplo, las soluciones de jabones
comunes, lejía, etc., presentan esta propiedad.
• Producen cambios en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color
del tornasol de rojo a azul.
• Reaccionan con ácidos, para formar sales y agua.
• Conducen la corriente eléctrica porque están ionizadas total o parcialmente.
12.2.3. Auto ionización del Agua y Escala de pH.
Experimentos de conductividad eléctrica han demostrado que el agua pura
sufre ionización en pequeño grado. Por tanto, la ecuación química para la auto
ionización del agua es:
La constante de equilibrio para esta reacción se conoce como constante del
producto iónico, ya que es el producto de las concentraciones molares de los
iones H+ y OH− a una temperatura especifica, y se representa por Kw
Kw = [H+] [OH−]
En el agua pura, a 25 ºC, se encuentra que [H+] = [OH−] = 1.0 × 10−7 M. Por
tanto, a esa temperatura, Kw. = 1.0 × 10−14.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
119
Esta ecuación, también, es válida para soluciones acuosas diluidas a 25 ºC.
Por consiguiente, siempre que [H+)= [OH−], se dice que a solución es neutra; si
[H+] > [OH−], la solución acida; y si [H+] < [OH−], la solución es básica.
Dado que las concentraciones de los iones H+ y OH− son a menudo números
muy pequeños e inconvenientes para trabajar con ellos; Soren Sorense
propuso, en 1909, una medida más práctica llamada pH. El pH de una
solución se define como el logaritmo negativo de la concentración del ion
hidrógeno (en mol/litro).
pH = −log [H+]
[H+] = antilog (−pH)
Una escala análoga a la del pH puede obtenerse usando el logaritmo negativo
de la concentración del ion hidróxido. Entonces, se define el pOH como:
pOH = −log [OH−]
[OH−] = antilog (−pOH)
Finalmente, de las definiciones de pH y pOH se obtiene: pH + pOH = 14
Por consiguiente, las soluciones ácidas y básicas pueden identificarse por sus
valores de pH o pOH (ver Tabla 11.1.), debido a que estos valores son
simplemente una forma de expresar la concentración de los iones H+ y OH−,
respectivamente.
Tabla 13.1. Identificación de soluciones ácidas, neutras y básicas, mediante [H+],
[OH−], pH y pOH.
Esta escala de pH o pOH se encuentra en el rango de 1 a 14, para soluciones
diluidas que se trabajan comúnmente en el laboratorio. Sin embargo, en el
caso de soluciones concentradas, el pH o pOH puede tomar valores negativos,
cero o mayores a 14. Es necesario resaltar, que para el cálculo del pH o pOH
se debe tener en cuenta la ionización del ácido o de la base. Si la ionización es
completa (ácido o base fuerte), la concentración del ácido o base es igual a la
concentración de H+ o OH−, respectivamente. Pero, si la ionización es parcial
(ácido o base débil), la concentración del ácido o base no es igual a la
concentración de H+ o OH− y se debe considerar la constante de ionización del
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
120
ácido, Ka, o de la base, Kb. Por otro parte, en el laboratorio, el pH de una
solución se mide con un pH−metro (ver Figura 12.1.) o mediante indicadores
acido − base (ver Figura 12.2.).
Figura 13.1. pH−metro
13.2.4. Indicadores Acido − Base.
Un indicadores ácido − base, por lo general, es un acido orgánico o base
orgánico débil que tiene colores claramente diferentes en sus formas no
ionizada e ionizada. Estas dos formas están relacionadas con el pH de la
solución, en el que el indicador se encuentra disuelto. No todos los indicadores
cambian de color a los mismos valores de pH (ver Figura 11.2.).
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
121
Figura 13.2. Indicadores ácido - base.
Considérese un ácido débil monoprótico (HIn), que actúa como indicador, en
solución:
Si el indicador está en un medio suficientemente acido, el equilibrio anterior,
de acuerdo con el principio de Le Chatelier, se desplaza hacia la izquierda y el
color predominante del indicador es el de la forma no ionizada (HIn). Por otra
parte, en un medio básico, el equilibrio se desplaza hacia la derecha y
predomina el color de la base conjugada (In−).
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
123
13.3. PARTE EXPERIMENTAL
13.3.1. Material y Reactivos.
Materiales Reactivos
- tubos de ensayo - Solución de HCl (0,1 N)
- Solución de NaOH (0,1 N)
- Indicadores ácido − base
� Anaranjado de Metilo
� Rojo de Metilo
� Rojo Congo
� Fenolftaleína
13.3.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Experimento Nº 1: Identificación de un Ácido o Base mediante Indicadores
Ácido-Base
1. En dos tubos de ensayo colocar 1 ml de solución de HCl y 1 ml de solución
de NaOH, respectivamente. Etiquetar los tubos, como “A” (ácido) y “B”
(base).
2. Añadir 2 gotas del indicador ácido-base a cada uno de los tubos. Observar
y anotar las distintas coloraciones. Diferenciar el carácter ácido o básico
de las soluciones.
3. Repetir el mismo procedimiento con los demás indicadores ácido-base,
disponibles.
4. Reportar los resultados obtenidos.
Experiencia Nº 2: Neutralización
1. En un vaso de precipitados mida exactamente 5 mL de NaOH 0.1M añada
dos gotas de fenolftaleína.
2. Cebar una bureta con una pequeña porción de solución de HCl 0.1 M y
luego elimine.
3. Llene la bureta y enrase a cero con la solución de HCl 0,1 M.
4. Deje caer el ácido clorhídrico gota a gota a la vez que se agita el
contenido del vaso con una bagueta, hasta que la coloración del vaso
cambie de rojo grosella a incoloro, en ese momento cerrar la llave y mida
el volumen de ácido clorhídrico gastado.
5. Anote los resultados proceda a realizar los respectivos cálculos.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
124
13.4. REPORTE DE RESULTADOS
1. Explique en que se basa la clasificación de ácidos y bases como fuertes o
débiles. Cite dos ejemplos de cada uno.
2. Tabule los resultados obtenidos en el experimento Nº 1.
13.5. CUESTIONARIO
1. Calcule el pH y el pOH para cada una de las siguientes soluciones:
a) Solución de HCl 0.05 M
b) Solución de KOH 0.05 M
c) Solución de H2SO4 0.05 M
d) Solución de Ba(OH)2 0.05 M
2. Calcule la concentración de iones H+ y OH− para cada una de las siguientes
soluciones:
a) Una solución cuyo pH es 4.5
b) Una solución cuyo pH es 10.5
c) Una solución cuyo pOH es 3.5
d) Una solución cuyo pOH es 11.5
3. A la temperatura normal del cuerpo, 37 ºC, Kw = 2.4×10−14. Calcule la
concentración de iones H+, a esa temperatura, si [OH−] = 1.5 × 10−10 M
4. ¿Cuántos gramos de hidróxido de potasio (KOH) se requieren para preparar
250 ml de una solución de KOH con pH = 10?
5. Calcule el pH de una solución de ácido fórmico (HCOOH) 0.25 M. La
constante de ionización de HCOOH, Ka, es 1.7 × 10−4, a temperatura
ambiente.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
125
8. Defina el pOH. Escriba la ecuación que relaciona el pH con el pOH.
9. Calcule la concentración de iones OH- en una disolución 1,4 x 10-3 M de
HCl.
10. Calcule la concentración de iones H+ en una disolución 0,62 M de NaOH.
11. Complete con la palabra, ácida, básica o neutra las siguientes
disoluciones:
a) pOH > 7; la disolución es: ________________________
b) pOH = 7; la disolución es: ________________________
c) pOH < 7; la disolución es: ________________________
12. El pOH de una disolución es 9,40. calcule la concentración de iones
hidrógeno de la disolución.
13. Calcule el número de moles de KOH que hay en 5,50 mL de una disolución
0,360 M de KOH. ¿Cuál es el pOH de la disolución?
14. ¿Qué cantidad de NaOH (en gramos) se necesita para preparar 546 mL de
una disolución con un pH de 10,00.
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
126
BIBLIOGRAFIA
1. CHANG RAYMOND, Química Editorial. Mac Graw Hill. México 2000
2. MORTIMER, CH. Química. Editorial Iberoamericana, México 1998
3. BROW, LE MAY BURSTEN Química. Prentice – Hall, México 1997
4. WHITTEN KENNETH Química General. Mc Graw Hill, Madrid España 1998
5. HARRIS DANIEL Análisis Químico Cuantitativo. Grupo Editorial
Iberoamericana, México 1992
6. HAMILTON SIMPSON. Cálculos de Química Analítica. Editorial Mac Crow
1992
7. SALCEDO CUETO. Prácticas de Laboratorio de Química 1991
8. SIENKO Química Experimental. Editorial Mir 1992
9. ALBERTY, R. A. Prudent Practiques for Disposal of Chemicals from
Laboraties, USA, National Academy Press, 1983
10. MALONE, LEO J. Introducción a la Química 2º ED. México ,Editorial
Pearson Educación 2000
11. ZUMDAHL, S. Fundamentos de química México, Mc Graw Hill 1992
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
127
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 1 Reconocimiento del material de laboratorio
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA : _____________CASILLERO: _______________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I PRACTICA Nº 2
Manejo del Material Volumétrico de vidrio
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA : _______________CASILLERO:______________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
129
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I PRACTICA Nº 3
Operaciones Básicas en el Laboratorio
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:____________FECHA : ____________CASILLERO:________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I PRACTICA Nº 4 Tabla Periódica:
Propiedades de los Elementos
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:_________FECHA : _______________CASILLERO:________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 5 Enlace Químico
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:_________FECHA : _____________CASILLERO:__________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
132
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 6 Funciones Químicas
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:__________FECHA : ____________CASILLERO:__________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
133
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 7 Reacciones Químicas
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA : ____________CASILLERO:_________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
134
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 8 Reacciones Redox
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:_________FECHA : _____________CASILLERO:_________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
135
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 9 Soluciones
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO: __________FECHA: ___________CASILLERO:__________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
136
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 10 Suspensiones, Coloides y Disoluciones
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA : ____________CASILLERO:_________________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
137
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I
PRACTICA Nº 11 Equilibrio Químico
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA: ______________CASILLERO:_______________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
138
CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I PRACTICA Nº 12 Cinética Química
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA: ______________CASILLERO:_______________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA
Manual de Prácticas de Química I Ingeniería Industrial
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CONTROL DE PRÁCTICAS DE QUIMICA I PRACTICA Nº 13 Ácidos y bases
APELLIDOS Y NOMBRES _____________________________________________ GRUPO:___________FECHA: ______________CASILLERO:_______________ _____________________________________________________________________________ Coloque en los casilleros solamente el número de la pregunta que se le asignado
NOTA