CARRERA QUMICO MATERIA: QUMICA AALTICA III Profesor de teora: Dr. Alain QUERE T.

SEMESTRE 2012/II

TAREA 1 (entregar el 23/02/12)

Realizacin obligatoria de los grficos con la plantilla de hoja de clculo. La redaccin del trabajo se realiza en forma manuscrita Se justifican las respuestas

Imprimir este texto e incluirlo como parte del informe de trabajo

CLCULO Y REPRESETACI GRFICA DE LA COSTATE CODICIOAL DE DE FORMACI DEL COMPLEJO Cu/Tetren

La Tetren (1,4,7,10,13-pentazatridecano: (NH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2)2NH, agente quelatante molecular

pentadentado se simbolizar como T) es una poliamina pentaprtica que forma complejos estables en medio

poco cido hasta alcalino con varios cationes metlicos, como Cu2+, Cd

2+, Hg

2+, Ni

2+, Zn

2+ ...

Se proporciona la siguiente informacin relativa a la reaccin de formacin del complejo Cu(II) con la Tetren y a

las reacciones parsitas que afectan los reactivos y productos (se omiten las cargas inicas):

Cu2+ +

T CuT2+ LgKCuT = 22.8

Cu + jOH Cu(OH)j T + iH HiT CuT + mH CuHmT log1M/OH log2M/OH log3M/OH log4M/OH pKa1H/t pKa2H/T pKa3H/T PKa4H/T pKa5H/T log1MT/H log2MT/H Y/H

5.5 10 13.6 15.6 9.7 9.1 8.1 4.7 3.0 5.2 9.0 Pb/CN'

Gua para la preparacin y presentacin del informe de trabajo A. Desarrollo del clculo de la constante condicional de la reaccin - La reaccin de formacin

del complejo CuT2+ se considera como reaccin principal. Nota: Pueden revisarse los conceptos sobre clculo de constante condicional en el libro de trabajo Excel proporcionado por

el profesor. (Debe considerarse esta gua de presentacin como gua de estudio del tema)

1. Reacciones y equilibrios considerados. Presentar esquemticamente la ecuacin qumica de la reaccin principal y las reacciones parsitas que afectan los reactivos y productos.

2. Anlisis de la hidrlisis del in Cu2+. a) Informacin proporcionada. Escribir los cuatro equilibrios acumulativos de formacin de los complejos hidrxido mononucleares del in Cu(II) y sus respectivas constantes de equilibrio.

b) Clculo de las constantes de acidez del cobre. Escribir los cuatro equilibrios sucesivos de disociacin cido-base del in Cu(II) hidratado. Con base en los valores de las constantes acumulativas de formacin de

los complejos Cu(OH)i2-i y del valor de la constante de autodisociacin del agua, desarrollar el clculo de las

cuatro constantes de acidez del in Cu(II) hidratado.

c) Predominio de especies. Representar la escala de predominio de las especies Cu(OH)i2-i (0

este valor de pH? Corroborar los resultados con los datos y grfico apropiados de la hoja HidrlisisM2+

en el archivo Excel HWK1_12_II_plantillas.xls.

3. Anlisis de la protonacin de la Tetren. a) Informacin proporcionada Predominio de especies. Presentar la escala de predominio de las

especies protonadas de la Tetren.

b) Clculo de constantes acumulativas de protonacin. Escribir las cinco constantes acumulativas (o globales) de protonacin de la Tetren y establecer su relacin con las constantes de disociacin cido-

base proporcionadas. Calcular su valor respectivo. Calcular el pH en que el 50% de la Tetren que no

reacciona con cobre(II) se encuentra protonada. (Se escribir un balance de materia y se explicitarn las

aproximaciones aceptables que deben conducir a una ecuacin de segundo grado en |H+| , cuya

resolucin permitir obtener el pH buscado).

c) Balances de materia. Escribir el balance de materia CT y el balance |T|. Establecer la relacin algebraica que existe entre estas dos cantidades.

d) Coeficiente de reaccin parsita. De acuerdo con la definicin de coeficiente de reaccin parsita, establecer la expresin T(H) = f(|H

+|). Calcular manualmente logT(H) a pH = 4, 8, 12. Expresar los

resultados con la precisin apropiada. Calcular el pH cuando logT(H) = 0.1. Cul es la especie protonada de la Tetren que predomina en este valor de pH? Corroborar los resultados con los datos y

grfico apropiados de la hoja Hidrlisis_de_L en el archivo Excel HWK1_12_II_plantillas.xls.

4. Reaccin parsita sobre el producto de la reaccin principal. a) Comportamiento de CuT. Con base en la informacin proporcionada, analizar qu papel desempea el

producto de la reaccin principal, CuT , desde el punto de vista cido-base. Establecer la escala de

predominio de especies en funcin del pH.

b) Coeficiente de reaccin parsita. Escribir el balance de materia |CuT|. Establecer la expresin CuT(H) = f(|H

+|). Calcular el valor de pH en que logCuT(H) = 0.1. Calcular manualmente logCuT(H) a pH = 4, 8,

12.

5. Clculo de la constante condicional. Con base en las definiciones de los coeficientes de equilibrios parsitos que afectan el equilibrio principal, establecer la expresin de la constante condicional de formacin

de CuT. Calcular manualmente logKCuT

a pH = 4, 8, 12. Presentar los resultados en forma tabulada.

Discutir los valores obtenidos con base en los equilibrios parsitos involucrados dependiendo del pH de la

disolucin.

B. Clculos por realizar con la plantilla preparada para la tarea #1. Nota: El trabajo con las plantillas de hoja de clculo debe realizarse despus de completar el trabajo de la seccin A. Se

imprimir la hoja de clculo y la de grficos y se incluir como parte del informe.

Observaciones:

a. Al abrir el archivo Excel puede aparecer un cuadro de advertencia que dice que dicho

archivo contiene macros. En tal caso hacer clic en la opcin Habilitar macros. Si

aparece un mensaje que dice que se han deshabilitado las macros porque el nivel de

seguridad est configurado en Alto, proceder como lo indica la ayuda accesible con el

mismo mensaje y establecer el nivel de seguridad en medio.

b. Para empezar a trabajar con la plantilla Tarea#1, el alumno debe poner su nombre

completo en el rango de celdas A3:A5. Finalmente, es necesario hacer clic en el botn

Validar Usuario ubicado en la celda A6. Con ello se permite el acceso a las celdas de

trabajo para llenar la plantilla con las series de datos necesarios. Despus de validar el

usuario, el nombre del alumno queda registrado en la plantilla y no podr ser cambiado.

c. Al abrir el archivo con Excel 2007 o 2010, y despus de activar las macros, ser necesario

pulsar la tecla Escape(Esc) para que la pantalla se actualice.

1. Leer con atencin la hoja de introduccin al libro de trabajo Excel y observar las recomendaciones.

2. En la plantilla de hoja de clculo preparada por el profesor (Hoja Tarea#1), introducir los datos necesarios,

con base en los datos de la tabla anterior. Introducir las frmulas apropiadas con la sintaxis Excel para

obtener los valores de logCu(OH), logT(H) y logCuT(H) y logKCuT

, siguiendo las instrucciones indicadas en

la hoja de clculo. En el informe se presentarn las frmulas escritas con la sintaxis Excel, tal como fueron introducidas en cada celda del rango B16:G16.

3. Con base en los datos de la plantilla, obtener las grficas de variacin del logaritmo de los coeficientes de

reacciones parsitas relevantes (en una misma grfica colocada en la hoja T#1-GrficosAlumno) y de la constante condicional de formacin del complejo CuT

2+ como funcin del pH de la disolucin. Comparar los

valores calculados manualmente con los que se obtienen mediante la hoja de clculo (presentar los datos en

forma tabulada). Concluir.

4. Completar la Tabla de clculo de cuantitatividad de reaccin en el punto de equivalencia en la hoja T#1-GrficosAlumno. Esta tabla se utilizar en los clculos solicitados en la seccin C.

5. Comparar los resultados proporcionados por la hoja de clculo con los calculados manualmente.

6. Examinar la grfica de la hoja HidrlisisM2+ (ubicada antes de la hoja Tarea#1), relativa a la hidrlisis

del ion Cu2+. Con base en la grfica y en la tabla de fracciones de especies calculadas, evaluar el valor de la

fraccin de cada especie del cobre en el valor de pH calculado en la pregunta A.2.e (esto es, cuando

logCu(OH) = 0.1). De ser necesario, utilizar la tcnica de clculo por interpolacin o emplear la herramienta de Excel Buscar objetivo.

C. Aplicaciones del clculo de constante condicional ota: Todos los clculos deben presentarse en la forma de desarrollos lgicos justificados.

1. Una disolucin se prepara con CCu = CTetren = 210-4 M a pH = 3.68. Calcular la cuantitatividad de la

reaccin. Comparar los resultados de clculos manuales con los de la hoja de clculo.

2. En qu intervalo terico de pH la cuantitatividad de la reaccin entre el in cobre(II) y la Tetren en

condiciones tales que CCu = CTetren = 210-4 M, es mayor que el 99%? (se recomienda emplear la herramienta

Buscar Objetivo de la hoja de clculo para obtener los valores lmite de dicho intervalo)

3. Misma pregunta que la anterior con CCu = CTetren = 210-3 M.

4. A qu pH el valor de la cuantitatividad de la formacin de CuT es igual al 0.1% cuando CCu = CTetren =

210-3 M?

5. La disolucin de la pregunta 1 de esta seccin B se diluye con una disolucin amortiguadora de pH = 3.68.

Para qu concentracin CCu la cuantitatividad de la reaccin entre el cobre(II) y la Tetren ser menor que el

5%?

D. Conclusin La conclusin debe contrastar los objetivos de aprendizaje que se pretendan lograr con la tarea y el aprendizaje

que el alumno considera haber logrado.

E. Bibliografa Consultada

Poner las referencias completas o los documentos efectivamente consultados en relacin con el desarrollo de este

trabajo.

Consultas adicionales: Informacin sobre la TETRE: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01545a001

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac60005a013

http://www.inchem.org/documents/sids/sids/Tetraethylenepentamine.pdf

http://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB9715701.htm

http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=8197#x27

http://www.chemspider.com/Chemical-Structure.7905.html

http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C112572&Mask=200

http://www.chemicalbook.com/CASEN_112-57-2.htm

http://www.dow.com/amines/apps/