manual de practicas reacciones y enlace quimico

UNIVERSIDAD AUTNOMA METROPOLITANA UNIDAD AZCAPOTZALCO

Divisin de Ciencias Bsicas e Ingeniera

Departamento de Ciencias Bsicas

Manual de Laboratorio Reacciones y Enlace Qumico

Grupo de Investigacin en la Enseanza de la Qumica

Julio, 2008.

ii

RELACIN DE AUTORES ACTIVIDAD PROPUESTA

Presentacin del curso Ma. del Carmen Gonzlez Corts

Introduccin Ma. del Carmen Gonzlez Corts

Principio de conservacin de la materia, ley de las proporciones

constantes y concepto de mol

Lilia Fernndez Snchez

Seminario de preparacin de soluciones acuosas

Miguel vila Jimnez

Reacciones de precipitacin Ma. Tula Luna Rojas

Soluciones cidas y bsicas.

Reacciones de neutralizacin

Ma. de la Luz Soto Tllez

Reacciones de doble sustitucin mediante resinas de intercambio

inico

Hugo Eduardo Sols Correa

Seminario de reacciones de xido-

reduccin

Lilia Fernndez Snchez

Reacciones de xido-reduccin y titulacin con agentes oxidantes

Ma. Isabel Raygoza Maceda

Reacciones de xido-reduccin y

titulacin con agentes reductores

Ma. del Carmen Gonzlez Corts

Celdas electroqumicas, fuentes de poder y electrolticas

Hugo Eduardo Sols Correa

RELACIN DE ACTIVIDADES DESARROLLADAS POR LOS INTEGRANTES DEL GRUPO DE ENSEANZA DE LA QUMICA,

PARA LA REALIZACIN DE ESTE MANUAL

ACTIVIDAD PROPUESTA Y/O

ELABORACIN

PRUEBA EN

LABORATORIO

PRESENTACIN

AL GRUPO

PRESENTACIN

EN SEMINARIO APOYO TCNICO

Prlogo y agradecimientos Carlos Roa Carlos Roa

Presentacin del curso Carmen Gonzlez Carmen Gonzlez

Introduccin Carmen Gonzlez Carmen Gonzlez

Principio de conservacin de la

materia, ley de las proporciones

constantes y concepto de mol

Lilia Fernndez Lilia Fernndez Lilia Fernndez Lilia Fernndez Rita Valladares, Javier

Saldvar

Seminario de preparacin de

soluciones acuosas Miguel vila Miguel vila Miguel vila

Reacciones de precipitacin Ma. Tula Luna Hugo Sols Hugo Sols Hugo Sols lvaro Melgar

Soluciones cidas y bsicas.

Reacciones de neutralizacin

Ma. Luz Soto

Ma. Luz Soto

Alicia Cid

Ma. Luz Soto

Alicia Cid

Ma. Luz Soto

Lilia Fernndez Jorge Eligio, Toms Peralta

Reacciones de doble sustitucin

mediante resinas de intercambio

inico

Hugo Sols

Miguel vila

Leonardo

Hernndez

Miguel vila

Leonardo

Hernndez

Miguel vila

Rita Valladares, Javier

Saldvar, Rodolfo Ceja,

Toms Peralta, Pilar Esparza

Seminario de reacciones de xido-

reduccin Lilia Fernndez Lilia Fernndez


Saldvar


titulacin con agentes oxidantes Isabel Raygoza

Miguel vila

Leonardo

Hernndez

Miguel vila

Leonardo

Hernndez

Luca Coxtinica


Saldvar, Rodolfo Ceja,

Toms Peralta, Pilar Esparza


titulacin con agentes reductores Carmen Gonzlez Ma. Luz Soto Carmen Gonzlez Lilia Fernndez

Pilar Esparza, lvaro

Melgar,

Jorge Eligio Melchor

Celdas electroqumicas, fuentes de

poder y electrolticas Hugo Sols

Lilia Fernndez

Ma. Luz Soto Lilia Fernndez

Lilia Fernndez

Hugo Sols Toms Peralta

1

Prlogo y agradecimientos

Inmersa en el proceso formativo de los estudiantes de las diversas ingenieras en esta

Unidad Azcapotzalco de la Universidad Autnoma Metropolitana, se encuentra la

necesidad de contar con planes y programas de estudio que permanentemente se

sometan a una revisin que cubra aspectos pedaggicos que apoyen al proceso

enseanza aprendizaje, y por supuesto a una tarea de actualizacin de sus contenidos

programticos. La vigencia de estos lineamientos normativos contribuir

trascendentemente en el desarrollo acadmico de nuestros alumnos, les promover

mayor inters y les permitir una mayor utilizacin de lo aprendido en su vida

profesional futura, pero cercana.

Acordes con estos planteamientos, los profesores integrantes del Grupo de Investigacin

en Enseanza de la Qumica, bajo la coordinacin del Jefe del Departamento de

Ciencias Bsicas, M. en C. Hugo Eduardo Sols Correa, nos propusimos generar este

Manual de Laboratorio de Reacciones y Enlace Qumico.

Las nuevas prcticas y los experimentos que las conforman se discutieron, seleccionaron

y corrigieron por los integrantes de este grupo de trabajo y ante la necesidad de ensayar,

con su respectiva comprobacin, el desarrollo y resultados de estas actividades

experimentales, as como de sus posibles adaptaciones y adecuaciones, se constituyeron

subgrupos de trabajo que atendieron cada prctica experimental.

Al respecto, la colaboracin y apoyo de los Tcnicos especializados participantes que laboran en los laboratorios de Qumica fue muy importante, as como la intervencin de

algunos de los estudiantes que se desempean como ayudantes de la misma rea. Por

supuesto que el documento tuvo que recibir un formato y estructuracin para su

posterior edicin, actividad que se realiz con la valiosa contribucin de Hilda Rojo

Zabaleta, secretaria del rea de Qumica y finalmente externamos nuestra gratitud y

reconocimiento a la Profesora Irma Delfn Alcal.

Hacemos patente nuestra gratitud y reconocimiento por su ayuda y alto sentido de

responsabilidad a Rodolfo Ceja Aladro, Pedro Delgado Morales, Pilar Esparza Jurez,

Jorge Eligio Melchor Velzquez, lvaro Melgar Cruz, Toms Peralta Rojas, Javier

Saldvar Gonzlez y Ma. Rita Valladares Rodrguez, quienes contribuyeron eficazmente

en las actividades previas, al desarrollo y comprobacin de los experimentos de las

distintas prcticas.

En su calidad de documento perfectible, es probable que surja la necesidad de realizar

modificaciones o ajustes que enriquezcan los experimentos propuestos as como el

contenido del texto; por ello, esperamos vernos favorecidos con toda aquella

contribucin que mejore este Manual, misma que se ver reflejada en las prximas

ediciones.

2

Por lo expuesto, reiteramos nuestra amplia gratitud a todas las personas que directa o

indirectamente contribuyeron para la realizacin de este trabajo y anticipadamente

reconocemos la valiosa utilidad de aquellas aportaciones, ideas y propuestas que

recibamos para ediciones subsecuentes.

ATENTAMENTE

GRUPO DE INVESTIGACIN EN ENSEANZA DE LA QUMICA

vila Jimnez Miguel

Cid Reborido Alicia

Coxtinica Aguilar Luca

Elorza Guerrero Mara Eugenia

Fernndez Snchez Lilia

Gonzlez Corts Mara del Carmen

Hernndez Martnez Leonardo

Luna Rojas Mara Tula Alicia

Raygoza Maceda Mara Isabel

Roa Limas Jos Carlos

Sols Correa Hugo Eduardo

Soto Tllez Mara de la Luz

3

C o n t e n i d o

Pgina

Prlogo y agradecimientos 1

Contenido 3

Presentacin del curso de laboratorio 5

Introduccin 15

Principio de conservacin de la materia, ley de las proporciones constantes y concepto de mol

19

Seminario de preparacin de soluciones acuosas 29

Reacciones de precipitacin 41

Soluciones cidas y bsicas. Reacciones de neutralizacin 49

Reacciones de doble sustitucin mediante resinas de intercambio inico 61

Seminario de reacciones de xido-reduccin 65

Reacciones de xido-reduccin y titulacin con agentes oxidantes

Reacciones de xido-reduccin y titulacin con agentes reductores A

79

89

Reacciones de xido-reduccin y titulacin con agentes reductores B 95

Celdas electroqumicas, fuentes de poder y electrolticas 103

Apndice 111

5

Presentacin del curso de laboratorio

En esta primera sesin se har la presentacin de la asignatura y de las personas que

apoyarn en el desarrollo de la misma: profesor, ayudante y tcnico de laboratorio;

indicando el grado de participacin de cada una de ellas, su experiencia, sus actividades

dentro del curso y su horario y lugar de estancia en la Universidad para dar asesoras a

los alumnos o recibir material de reposicin (en el caso de los tcnicos del laboratorio).

Se hablar adems de los siguientes puntos:

Objetivos del curso

Material y equipo

Medidas de seguridad

Reglamento interno

Formas de trabajo y evaluacin

Calendario de actividades

Objetivos

Que al terminar el curso, el alumno sea capaz de:

1. Identificar, seleccionar y utilizar el material, equipo y reactivos qumicos adecuados y/o necesarios para obtener datos confiables al realizar un experimento qumico.

2. Lograr el aprendizaje significativo de las diferentes reacciones qumicas. Reconocer los diferentes tipos de reacciones qumicas, que puede encontrar a lo largo de su

actividad profesional como ingeniero, a partir de actividades experimentales.

3. Comprobar mediante la experimentacin, que en toda reaccin qumica se cumplen las leyes de: a) conservacin de la materia y b) proporciones constantes.

4. Conocer y aplicar las normas de higiene y seguridad pertinentes, que minimicen las situaciones de riesgo en el laboratorio y garanticen el respeto al ambiente.

5. Adquirir el conocimiento, destrezas y habilidades necesarias para la correcta preparacin de soluciones qumicas.

6. Describir oralmente y por escrito los fenmenos que ocurren durante un procedimiento experimental.

6

Material y equipo de laboratorio

MATERIAL

DE VIDRIO METALICO

Vaso de precipitados

Matraz de destilacin

Matraz Erlenmeyer

Matraz volumtrico

Matraz kitazato

Matraz baln

Matraz de fondo plano

Probeta

Pipeta graduada

Pipeta volumtrica

Bureta

Embudo de tallo corto o largo

Embudo de seguridad

Embudo de separacin

Tubo de ensaye

Vidrio de reloj

Refrigerante recto

Refrigerante de rosario

Refrigerante de gusano

Agitador de vidrio

Gendarme

Termmetro de mercurio

Tubera de vidrio

Desecador

Pinzas para bureta

Pinzas para tubos de ensaye

Pinzas para vasos de precipitados

Pinzas para cpsula de porcelana

Pinzas de tres dedos

Nueces

Esptula

Bao mara

Anillo

Soporte universal

Tripi

Tela de alambre con asbesto

Gradilla

DE PORCELANA DE HULE O PLSTICO

Cpsulas

Crisol

Mortero y pistilo

Tringulo

Agitador magntico

Gradilla

Piseta

Tapones

Perillas de succin

Mangueras

*La mayora del material de vidrio tambin se produce en

plstico, con la ventaja de que es irrompible.

DE MADERA

Gradilla

EQUIPO

Mufla

Estufa

Centrfuga

Balanza granataria

Balanza analtica

Balanza digital

Parrilla elctrica con agitador magntico

Mechero Bunsen

Mechero Fisher

Bomba de vaco

Multmetro

pH-metro

7

Medidas de seguridad en el laboratorio

Las medidas generales de higiene y seguridad tienen por objetivo evitar percances o

accidentes que pongan en riesgo la seguridad personal de quien trabaja en un laboratorio

o la de sus compaeros, as como evitar daos a equipos o materiales de trabajo.

Las medidas mnimas de higiene y seguridad para un laboratorio qumico son las

siguientes:

1. Respetar las seales incluidas en el laboratorio. 2. No desatender un experimento, en ningn momento 3. Conocer las propiedades y efectos de las sustancias que se estn utilizando en un

experimento qumico, para lo cual es indispensable revisar al menos la etiqueta del

envase del reactivo qumico. Si es posible, buscar sus propiedades fsicas y qumicas

en un manual adecuado.

4. Mantener las puertas de acceso al laboratorio libres de obstculos y abiertas mientras se est trabajando dentro del mismo.

5. Mantener las zonas de trabajo limpias. En caso de derrame o cualquier incidente, limpiar y reacondicionar adecuadamente el espacio de trabajo.

6. Evitar arrojar residuos slidos en el drenaje. La disposicin de desechos slidos depende del riesgo qumico (solamente las sustancias inocuas se depositan en el bote

de basura).

7. Los residuos lquidos solubles no orgnicos se neutralizan y diluyen con agua antes de desecharlos al drenaje. Para desecharlos es necesario mantener una corriente de

agua limpia que arrastre estos residuos, y asegurarse de que contine corriendo agua

algunos minutos ms.

8. No desechar al drenaje residuos lquidos insolubles, disolventes orgnicos, residuos radiactivos, ni disolventes voltiles; estos residuos se deben almacenar

adecuadamente para su posterior tratamiento, evitando almacenar volmenes

grandes de ellos.

9. Utilizar solamente material de vidrio en buenas condiciones. 10. Se debe procurar almacenar los reactivos en envases pequeos y sin llenarlos

totalmente, dejando espacio para contener vapores en caso de que desprendan.

11. Desde la primera sesin de laboratorio, localizar los equipos de primeros auxilios y de seguridad, como son: extintores, arena, regaderas, lavaojos, botiquines, vlvulas

de control de agua, gas y aire, interruptor de corriente elctrica y dems puntos de

riesgo o ayuda

12. Conocer la ubicacin del servicio mdico y/o proteccin civil, as como su nmero telefnico.

8

Reglas de seguridad bsicas que se deben seguir dentro de un laboratorio

1. No consumir alimentos, de ningn tipo, en el interior de un laboratorio qumico. 2. No fumar. 3. No jugar dentro del laboratorio o realizar cualquier actividad que cause riesgos. 4. Utilizar el equipo bsico: batas, guantes y lentes de seguridad. 5. Evitar el uso del cabello largo suelto o no recogido. 6. Se recomienda el uso de zapato cerrado. 7. Usar la bata siempre abrochada o abotonada. 8. Mantener etiquetados correctamente todos los reactivos qumicos. 9. Evitar colocar material de vidrio caliente sobre superficies fras; en cualquier caso se

sugiere el uso de bases aislantes, de preferencia, de asbesto.

10. Utilizar, de preferencia, la campana de extraccin, sobre todo cuando las sustancias de trabajo desprendan vapores o cuando exista peligro de explosin.

11. Revisar que las llaves del agua y gas estn cerradas cuando no estn en uso y al finalizar cada prctica.

12. No utilizar reactivos que carezcan de etiqueta. 13. Jams probar o llevarse a la boca, ni aspirar en forma directa o tocar reactivos,

vapores, lquidos, slidos o cualquier otro tipo de sustancias existentes o que se

generen en el laboratorio.

14. Cerrar el envase inmediatamente despus de tomar la cantidad de reactivo requerida para evitar que se contamine. Para tomar el reactivo, se debe de emplear una pipeta,

gotero, esptula, cucharilla o cualquier otro accesorio limpio y seco.

15. Nunca calentar sistemas cerrados ni exponerlos a fuentes de energa que propicien riesgo.

16. Evitar el contacto de las sustancias qumicas con piel, ojos y mucosas. En caso de contacto, lavar inmediatamente con una cantidad abundante de agua fra.

17. En caso de que la ropa se impregne de alguna sustancia qumica, quitarse esa indumentaria y lavarla.

18. En caso de accidente o de sentirse mal dentro de un laboratorio, salir del mismo, buscar asesoramiento inmediato del responsable del laboratorio y en seguida recurrir

al servicio mdico.

Seales

Como parte de la informacin reglamentaria en un laboratorio existen seales

universales que es necesario conocer. Las seales pueden ser de 5 tipos y las ms

comunes en los laboratorios qumicos son:

a) Seales de prohibicin:

Prohibido fumar Prohibido fumar y Prohibido pasar Prohibido apagar Agua no potable Entrada prohibida No tocar

encender fuego a las personas con agua a personas no

autorizadas

9

b) Seales de obligacin

Proteccin obligatoria Proteccin obligatoria Proteccin obligatoria Proteccin obligatoria Proteccin obligatoria Proteccin obligatoria

de la vista de la cabeza del odo de las vas respiratorias de los pies de las manos

c) Seales de salvamento:

Direccin que debe seguirse Primeros auxilios Camilla Ducha de seguridad Lavado de ojos

d) Seales de advertencia:

Materias Materias Materias Materias Materias

inflamables explosivas txicas corrosivas radiactivas

Riesgo Peligro Radiaciones Materiales

elctrico en general lser comburentes

Riesgo biolgico Baja temperatura Materias nocivas o irritantes

e) Seales de proteccin contra incendios:

Manguera contra Escalera Extintor Telfono de

incendios de mano emergencia

10

Servicio Mdico y Proteccin Civil.

Localizacin del Servicio Mdico: Edificio E planta baja (E-10).

Telfonos: 5383-6295

Extensin tel. (uso interno de la UAM): 9280

Localizacin de Proteccin Civil: Edificio C primer piso, personal

Extensin tel. (uso interno de la UAM): 2004

Manipulacin de los reactivos qumicos.

Para manipular los productos qumicos correctamente, es necesario disponer de

informacin adecuada acerca de los mismos, tal como la identificacin del producto, su

composicin, identificacin de la industria responsable de la comercializacin,

propiedades fsicas qumicas y biolgicas de la sustancia, identificacin de peligros

potenciales, efectos sobre la salud y medidas preventivas. Esta informacin se encuentra

en la etiqueta del envase en que viene contenida la sustancia, por eso se recomienda leer

las etiquetas antes de utilizar las sustancias.

Contenido de una etiqueta:

a. Identificacin del producto b. Composicin del producto o especificaciones del lote c. Propiedades del producto 1. Clave numrica de riesgo o smbolo de advertencia. 2. Equipo de proteccin para laboratorio 3. Cdigo de colores para almacenaje o tipo de sustancia:

Naranja = Almacenamiento general

Blanco = Almacenamiento en un rea a prueba de corrosin

Azul = Almacenamiento en un rea con suficiente ventilacin

Rojo = Almacenamiento para materiales inflamables

Amarillo = Almacenamiento de materiales combustibles y/o inflamables.

4. Clave de control para derrames 5. Sistema SIRE (Riesgos a la Salud, Inflamabilidad, Reactividad y Especiales) 6. Informacin de riesgos

11

Reglamento interno del laboratorio

En las u.e.a.s experimentales de qumica se tiene el siguiente reglamento.

1. Los alumnos debern llegar dentro de los primeros 15 minutos de inicio de la sesin; si el alumno acude al laboratorio despus de este tiempo, no podr ingresar en

ningn caso.

2. El alumno, al entrar al laboratorio, debe traer su bata puesta y abrochada.

3. El alumno deber acudir a cada sesin de laboratorio con el siguiente material:

Manual de laboratorio Bitcora Material de limpieza: etiquetas o masking tape, franela, papel absorbente y

jabn.

4. El alumno tendr la obligacin de estudiar con antelacin la prctica a realizar, as como desarrollar todas las actividades pre-laboratorio (actividades que deben de

realizar antes de acudir a la sesin de laboratorio) que se indiquen en la misma.

5. Los alumnos formarn equipos de trabajo para realizar las prcticas. El nmero de integrantes de cada equipo, lo definir el profesor, en funcin del nmero de

alumnos en el grupo.

6. Los alumnos tendrn la obligacin de entregar el reporte de la prctica, ya sea por equipo o de forma individual, despus de realizar la parte experimental de dicha

prctica.

7. Cada equipo de alumnos entregar una credencial de la Universidad a la persona que le entregue el material con el que va a realizar la prctica, como garanta del

material que va a utilizar en cada sesin. Al regresar todo el material, en buen estado

y limpio, se le devolver la credencial.

8. El equipo de alumnos que por alguna razn dae algn material deber reponerlo en la siguiente sesin de la asignatura y no se le entregar la credencial dejada en

garanta al inicio de la sesin, sino que le ser devuelta en el momento que entregue

el material de repuesto, el cual deber tener las mismas caractersticas que el que

sufri el dao. En caso de que no entregue el material de reposicin en corto tiempo,

se enviara el reporte a Sistemas Escolares, de donde a su vez, se generar otro que

ser anexado al kardex de todos los integrantes del equipo. Ser necesario que se

entregue el material antes del siguiente periodo de reinscripcin, para eliminar ese

reporte y que se puedan inscribir sin ningn problema. Adems de que todos los

alumnos integrantes de ese equipo de trabajo tendrn una calificacin no aprobatoria

en curso.

9. El alumno deber seguir en todo momento, dentro del laboratorio, las medidas de higiene y seguridad generales y las indicadas en cada prctica.

12

10. El alumno deber mantener limpio su lugar de trabajo, en todo momento.

11. El alumno recibir su calificacin final personalmente en el lugar, horario y da que el profesor indique. Solamente en esa ocasin tendr oportunidad de aclarar dudas o

inconformidades.

12. La calificacin mnima aprobatoria ser de 6.0, por consiguiente, calificaciones iguales o menores a 5.99 sern no aprobatorias.

13. Para asignar una calificacin, el profesor considerar los siguientes puntos: calidad de la bitcora, calidad de cada uno de los reportes, calificacin obtenida en cada uno

de los exmenes y grado de participacin del alumno en el desarrollo de las

prcticas.

14. Para asignar la calificacin que se utiliza por parte de la Universidad, se seguir la siguiente tabla de equivalencias de nmero a letra:

Calificacin en nmero Calificacin en letra

0.0-5.99

6.0-7.49

7.5-8.99

9.0-10.0

NA

S

B

MB

15. Solamente se realizarn prcticas de reposicin en caso de que todo el grupo no haya realizado alguna prctica durante el trimestre, independientemente de la causa.

No se realizaran prcticas de reposicin por alumno.

16. El profesor no har exmenes a alumnos que no llegaron a tiempo, as como tampoco aceptar bitcoras o reportes entregados posteriormente a la fecha y hora

indicados.

17. Un profesor podr pedirle a un alumno que salga del laboratorio, slo en los siguientes casos: i) cuando al alumno se le sorprenda copiando o hablando durante

la realizacin de un examen, ii) cuando el alumno, debido a su mal comportamiento

genere un riesgo potencial hacia sus compaeros, personal o a las instalaciones de la

Universidad o iii) cuando le falte al respeto a alguno de sus compaeros o al

personal (tcnico, ayudante o profesor titular) de la Universidad.

18. No se admiten personas en calidad de alumno-oyente.

19. Al final de cada sesin, cada equipo de alumnos tiene la obligacin de dejar limpia su mesa, apagados y limpios los instrumentos de laboratorio utilizados, asegurarse

de que los equipos elctricos (como las parrillas elctricas) han sido desconectados y

todas las llaves de agua y gas han sido cerradas, que los bancos estn sobre la mesa

y que las tarjas estn despejadas de basura y que no tengan residuos qumicos que

puedan ocasionar un accidente o perjuicio a las mismas.

13

Forma de trabajo y de evaluacin

Trabajo

El tiempo en cada sesin se distribuir segn lo designe el profesor, considerando:

- Presentacin de los fundamentos tericos que respaldan el tema de esa sesin, el equipo a utilizar, normas de higiene y seguridad especficas, en forma de un

seminario, con una duracin al menos de una hora.

- Realizacin del examen correspondiente a la prctica anterior o actual. - Realizacin de la prctica.

Evaluacin.

El profesor considerar los siguientes puntos para formular la calificacin final del

alumno: asistencia, calidad de la bitcora, calidad del reporte, puntuacin obtenida en

los exmenes de las prcticas y/o seminarios y grado de participacin del alumno en el

desarrollo de las mismas.

El profesor y el ayudante, de comn acuerdo indicarn el porcentaje de peso de cada

uno de los puntos anteriores, as como la forma en que se calificarn: individual o por

equipo.

Es necesario que el profesor indique, a los alumnos, en esta sesin, qu comprende cada

uno de los siguientes puntos:

- Asistencia o retardos - Calidad de la bitcora - Calidad del reporte. Incluye: calidad del trabajo, presentacin, tiempo de entrega - Exmenes

Tambin se deben aclarar los siguientes puntos, que pueden o no afectar la calificacin

del alumno:

- Comportamiento dentro del laboratorio. - Salida del laboratorio sin autorizacin.

Bitcora o libreta de laboratorio

La bitcora es un cuaderno donde se registran todos los datos necesarios para realizar

una prctica y todas las actividades realizadas en el laboratorio.

Este cuaderno tiene caractersticas especiales: es un cuaderno de pasta gruesa, sin

14

espiral y con hojas foliadas. Estas caractersticas responden a las siguientes necesidades: los datos al registrarse en un cuaderno especial para el laboratorio, no se perdern ni se transferirn incorrectamente, ya que fueron anotados en el momento de obtencin de los mismos; al no tener espiral es difcil que se arranquen hojas, por lo

tanto, no ser fcil que se pierda informacin en ningn momento; el que sea de pasta

gruesa, es debido a que si por alguna razn hay algn derrame de un lquido sobre la

mesa, la pasta dura evitar que el lquido llegue a las pginas de la bitcora, evitando un

distorsin o eliminacin de lo escrito en ellas.

Forma de utilizar la bitcora:

Hojas con numeracin impar: notas y datos previos de la prctica

Hojas con numeracin par: notas, datos, observaciones y recomendaciones durante el experimento.

Puntos que deben estar contenidos en las hojas con numeracin impar.

- Nombre de la prctica - Fecha de realizacin de la prctica - Objetivos de la prctica - Resumen terico del tema correspondiente al desarrollo de la prctica - Lista de materiales, equipo y reactivos a utilizar en el desarrollo de la prctica - Propiedades fsicas y qumicas e informacin de riesgos y precauciones de manejo

de cada una de las sustancias qumicas que se utilizarn en esa prctica

- Bibliografa utilizada para generar el resumen terico y obtener los datos del punto anterior.

- Procedimiento que se indica en el manual de laboratorio del curso, en forma de diagrama de bloques (secuencia de instrucciones)

- Cuestionario

Puntos que deben estar contenidos en las hojas con numeracin par.

Consideraciones tericas expuestas por el profesor durante el seminario de la prctica

Recomendaciones dadas por el profesor antes de cada experimento

Notas, datos y observaciones que se obtengan durante el desarrollo experimental

Calendario de actividades

Se indicar al alumno las fechas para cada una de las sesiones, de acuerdo con el

calendario proporcionado por la Coordinacin de u.e.a.s experimentales de Qumica.

15

Introduccin

La qumica es la ciencia que estudia la composicin de la materia y sus transformaciones. El desear conocer la composicin de la materia ha conducido a la

produccin de nuevos materiales, equipos y tecnologas novedosas.

La qumica es indispensable para comprender fenmenos que ocurren en otras

disciplinas como son la ingeniera, en todas sus ramas, la agricultura, la biologa, la

ciencia de los materiales, la medicina, etc.; as como, diversos fenmenos cotidianos,

como son: los colores que presentan las cosas, los olores, la textura, la fotosntesis, etc.

Mediante la qumica es posible interpretar los fenmenos naturales, la composicin y

estructura de las sustancias que ha hecho posible sintetizar sustancias desconocidas en la

naturaleza como son los nuevos materiales, medicamentos, etc.

Las transformaciones que sufre la materia, se rigen por las leyes de la qumica,

manifestados a travs de reacciones qumicas.

Las reacciones qumicas son procesos en los cuales una o varias sustancias cambian

para formar una o ms sustancias diferentes. A las sustancias con las que se inicia una

reaccin qumica se les denomina reactivos y a las que se obtienen de esas reacciones

qumicas se les denominan productos. Estas reacciones qumicas se describen

simblicamente mediante ecuaciones qumicas.

En una ecuacin qumica se emplean smbolos y frmulas qumicas de las sustancias

que intervienen en una reaccin qumica. Una ecuacin qumica consta de:

1. Reactivos. Smbolos o frmulas de las especies, separadas por un signo positivo (+) si son varias especies; y precedidos por un coeficiente, que indica la cantidad

con la cual cada especie interviene en la reaccin qumica.

2. Flecha. La flecha ( ) se utiliza para diferenciar productos de reactivos, y su punta indica la direccin de la reaccin. Por lo general, los reactivos se

escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha. Si el smbolo

(flecha) utilizado es una doble flecha ( ), indica que la reaccin es

bidireccional, esto es, la cantidad de reactivos que se utilizan para generar

productos, es la misma cantidad que se obtiene de la reaccin entre los productos

para obtener los reactivos.

3. Productos. Smbolos o frmulas de las especies formadas.

4. Para dar mayor informacin relativa al estado fsico de las especies se usan los smbolos que se muestran en la tabla:

Smbolo Significado

g gas

l lquido

16

s slido

ac acuoso

desprendimiento en forma de gas

formacin de un precipitado

5. A veces es necesario indicar las condiciones en las que se efecta una reaccin, y esto se indica, colocando encima y/o debajo de la flecha de reaccin el o los

smbolos que representen esas condiciones. Ejemplo: si se tiene la reaccin:

reactivos productos

esta simbologa indica que se agrega calor a la reaccin, para que sta se lleve a

cabo.

Existen varios tipos de reacciones qumicas:

Reacciones de precipitacin. Son reacciones en las cuales uno de los productos se obtiene en forma de un precipitado (slido) insoluble. Dentro de este tipo de

reacciones, se ha contemplado a:

Las reacciones de combinacin o de sntesis. Son reacciones donde dos reactivos se combinan para forman un solo producto. La ecuacin general de este tipo de

reacciones es:

Am + Bn AmBn

donde A y B son elementos, AmBn es un compuesto; n y m indican el nmero

de tomos presentes en el compuesto.

Ejemplo de este tipo de reaccin es la formacin del xido de aluminio a partir

de aluminio metlico y oxgeno gaseoso:

4Al(s) + 3 O2(g) 2Al2O3(s)

Reacciones de descomposicin. Son reacciones en donde una sustancia se descompone o se rompe produciendo dos o ms sustancias distintas. La forma

general de estas ecuaciones es:

AmBn Am + Bn

donde AmBn es un compuesto y A y B son elementos o compuestos.

Ejemplos de este tipo de reaccin son:

2PbO2 (s) 2PbO (s) + O2 (g)

CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g)

Reacciones de desplazamiento simple. En este tipo de reacciones, un elemento reacciona con un compuesto y toma el lugar de uno de los elementos del

compuesto, dejando libre al elemento que se hallaba combinado ms un

compuesto diferente. La forma general de estas ecuaciones es:

17

Am + BnCp Bn + AmCp o bien Am + BnCp Cp+ BnAm

Ejemplos de este tipo de reaccin son:

Zn (s) +2HCl (ac) H2 (g) + ZnCl2 (ac)

Cl2 (g) + 2NaBr (ac) Br2 (l) + 2NaCl (ac)

Reacciones de doble desplazamiento. En este tipo de reacciones, dos compuestos intercambian elementos entre s, para producir dos compuestos

distintos. Dentro de este grupo de reacciones, se incluye a las reacciones cido -

base, donde uno de los reactivos es un cido y el otro es una base, para dar como

productos de reaccin una sal. La forma general de esta ecuacin es:

AmBn+ CpDq AmDq + BnCp

Ejemplos de este tipo de reaccin, son:

HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l)

2HCl (ac) + ZnS (s) ZnCl2 (ac) + H2S (g)

Reacciones de xido - reduccin. Estas reacciones se llevan a cabo mediante la transferencia de electrones de un elemento (dentro de un compuesto) a otro

elemento (del mismo o de otro compuesto). Un ejemplo de este tipo de

reacciones son las de combustin. Este tipo de reacciones se estudiar

exhaustivamente en este manual.

En este curso, se han contemplado algunos experimentos, donde se realicen reacciones

de precipitacin, de doble sustitucin y de xido - reduccin.

19

Principio de Conservacin de la Materia, Ley de las Proporciones

Constantes y Concepto de Mol

Objetivos especficos

Enunciar la ley de la conservacin de la materia, de las proporciones definidas y mltiples

Describir el concepto de mol

Definir el concepto de masa molar

Definir y aplicar el concepto de estequiometra

Obtener yoduro de cobre a partir de cobre con vapores de yodo

Calcular la proporcin entre la masa del yodo y la de cobre experimentalmente en el yoduro de cobre formado

Con base en los datos experimentales, inferir si el yoduro de cobre formado es cprico (Cu

2+) o cuproso (Cu

+)

Calcular la cantidad de yoduro de cobre esperado a partir de los gramos de yodo y cobre que reaccionaron

Determinar la frmula mnima de un compuesto

Identificar el reactivo limitante

Consideraciones tericas

Antonio Lorenzo Lavoisier fue el primero en introducir la metodologa de pesar las

sustancias en los procesos qumicos, fue as como surge la estequiometra del griego stoicheion, que significa elemento y metron que significa medir.

La estequiometra estudia la relacin de masas de reactivos y productos en una reaccin

qumica o entre ellos mismos.

En 1774, Lavoisier propuso que en una reaccin qumica, la suma de los pesos de las sustancias reaccionantes, es igual, a la suma de los pesos de los productos que es una expresin de la Ley de la Conservacin de la Materia, la materia no se crea ni se destruye, solamente se transforma. Por ejemplo, si reaccionan 20 gramos de materia, en los productos deben de quedar 20 gramos (si la reaccin es al 100% de conversin).

La Ley de conservacin de la materia tambin establece que los mismos elementos que

reaccionan deben formar a los productos, no se pueden transformar unos elementos en

otros, pero s se pueden unir qumicamente. Por ejemplo, el plomo no se puede convertir

qumicamente en oro, pero s puede combinarse con el oxgeno para producir un nuevo

compuesto llamado xido de plomo.

Pb + O2 PbO

La Ley de las proporciones definidas, propuesta en 1801 por Joseph Louis Proust, pone

de manifiesto que en la formacin de un mismo compuesto, los elementos que lo forman siempre guardan la misma proporcin o relacin en peso. Por ejemplo, el agua est formada por hidrgeno y oxgeno en una relacin de masas de 1 a 8.

Hidrgeno + Oxgeno = Agua

AdministradorResaltado

20

Relacin de masas 1 8

Ejemplo 2g + 16g = 18g

John Dalton es autor de la Ley de las proporciones mltiples, cuando dos elementos se combinan en relaciones de masa diferente para formar compuestos diferentes, si el peso

de uno de los elementos permanece constante, los pesos del otro guardan una relacin

de nmeros enteros sencillos. Por ejemplo, la relacin de pesos entre el oxgeno y el hidrgeno, en el agua y el agua oxigenada es de 1 a 2 respectivamente.

Ejemplo

Compuesto

Nombre

Relacin de

combinacin en gramos

H O

Cantidad de oxgeno que

se combina por gramo de

hidrgeno

Relacin en peso entre

el oxgeno y el

hidrgeno entre un

compuesto y otro

H2O

Agua

2 16

8

8/8= 1

H2O2

Agua

oxigenada

2 32

16

16/8 = 2

Concepto de mol

Mol significa gran pila. Es el trmino usado en qumica para conectar el mundo microscpico con el macroscpico.

Qumica macroscpica mol Qumica microscpica

El mol es una cantidad muy grande de partculas, a su valor se le llama constante de

Avogadro NA = 6.022X1023

partculas por mol. Estas partculas pueden ser electrones,

tomos, iones, molculas o ncleos. Sera difcil contar tal nmero de partculas.

Si hubiera empezado el conteo de partculas cada segundo desde que se origin la

Tierra, hace aproximadamente 5 000 millones de aos, aun no terminara el conteo para

llegar a 6.022 x 1023

. Sin embargo, en la prctica de la qumica es fcil trabajar con

moles de especies qumicas ya que:

El peso o masa atmica de los elementos, compuestos o frmulas inicas expresados en

gramos, contienen un mol de partculas y se les conoce como masa molar M.

Notas : El peso molecular de los compuesto es la suma de las masas atmicas promedio,

expresadas en umas, de los tomos que forman a la molcula, si se expresan en

gramos se obtiene la masa molar.

uma: unidad de masa atmica equivalente a 1.66 x 10-24

g

En el sistema SI, internacional de unidades la constante de Avogadro se donota

con el smbolo L

21

Elemento Peso o masa

atmica

[umas]

Masa molar

[g mol-1

]

Cantidad de partculas en la masa molar.

NA

Hidrgeno 1 1 g/mol 6.022 x 1023

tomos de Hidrgeno

Oxgeno 16 16 g/mol 6.022 x 1023

tomos de Oxgeno

Frmula Peso frmula

[umas] Masa molar

[g mol-1

]

Cantidad de partculas en la masa molar.

NA

H2O 18 18 6.022X1023

molculas de H2O

CO2 44 44 6.022X1023

molculas de CO2

NaCl 58.5 58.5 6.022X1023

unidades frmula de Na+Cl

-

Cu 63.54 63.54 6.022X1023

molculas monoatmicas de Cu

H2 2 2 6.022X1023

molculas de H2

La conversin de masa a cantidad de moles est dada por la ecuacin

n = m

M

donde:

n = cantidad de moles [mol]

M = masa molar [g mol-1

]

m = masa en gramos [g]

Nota: el recproco del Nmero de Avogadro es el valor en gramos, de un uma 1

= 1.66X10-24

g = 1 uma 6.022 x 10

23

El conocimiento de las masas molares de una sustancia facilita la determinacin de la

cantidad de moles y de las cantidades de tomos individuales en los clculos qumicos.

Ejemplos

1. Calcular la cantidad de moles en 55 g de agua

Datos

m = 55 g de agua

M = 18 g / mol de agua

Clculos

n = 55 g de agua / (18 g / mol de agua)

Resultado

n = 3.05 moles de agua

22

2. Calcular el nmero de tomos de hidrgeno en un mol de agua

Datos

n = 1 mol de agua.

1 mol de agua = 6.022 x 1023

molculas de agua.

1 molcula de agua tiene 2 tomos de hidrgeno.

Clculos

tomos de hidrgeno = (6.022 x 1023

molculas de agua / 1 mol de agua) x (2 tomos de

hidrgeno / molcula de agua).

Resultado

12.044 x 1023

tomos de hidrgeno por mol de agua .

En una reaccin qumica, la Ley de la conservacin de la materia se cumple, lo que

significa que, la masa de los productos formados es igual a la masa de los reactivos que los formaron.

Ejemplo 2H2 + O2 2H2O

2 x 2 g de H2 32 g de O2 2 x 18 g de H2O

36 g de reactivos = 36 g de productos

4 tomos de hidrgeno + 2 tomos de oxgeno = 4 tomos de hidrgeno y 2

tomos de oxgeno

Con los datos estequiomtricos anteriores es posible calcular los gramos de producto

formado para cualquier cantidad de reactivos o calcular los gramos de reactivo para una

cantidad requerida de producto.

Reactivo limitante

En el caso de tener diversas cantidades no estequiomtricas de los reactivos es necesario

conocer el reactivo limitante que es el que se consume cuando se efecta una reaccin,

quedando en la mezcla de reaccin el reactivo que no se consumi completamente y que

se conoce como reactivo en exceso. Una vez que uno de los reactivos se agota (reactivo limitante), se detiene la reaccin. Ejemplo 1. Cuntos gramos de agua se formarn con un gramo de hidrgeno y 32 g de oxgeno?

Respuesta

De acuerdo a la estequiometra del agua cada molcula de agua requiere de 2 tomos de

hidrgeno y 1 de oxgeno, es decir, 18 g de agua requieren 2 g de hidrgeno y 16g de

oxgeno por lo que el reactivo limitante es el hidrgeno y el oxgeno es el reactivo en

exceso, los clculos son

23

[Factor de conversin.] x 1g de hidrgeno

[18 g de agua / 2 g de hidrgeno] x 1 g de hidrgeno = 9 g de agua

2. Cul es la proporcin en peso en que se combina el hidrgeno con el oxgeno?

Respuesta

1 g de H2 / 8 g de O2 = 2 g de H2 / 16g de O2 = 4 g de H2 / 32 g de O2 = 0.125

Proporcin = 0.125

3. Cul es la proporcin en peso en que se combina el oxgeno con el hidrgeno?

Respuesta

Proporcin = 8

Frmula mnima

La frmula mnima de un compuesto expresa la mnima relacin que guardan sus

tomos entre s. La frmula mnima del benceno es CH, la frmula molecular C6H6.

La frmula mnima se calcula de la siguiente manera, a partir de los porcentajes de los

elementos en el compuesto

Se toma una base de clculo adecuada, a partir de la cual se obtienen los gramos de cada elemento en el compuesto

Se calculan los tomos-gramo o moles de cada uno de los elementos al dividir su masa entre su masa molar

Las moles de cada elemento se dividen entre el menor nmero de moles, en caso de nmeros fraccionarios se multiplican las relaciones molares por un nmero tal que se

aproximen a un entero o si la fraccin decimal es cercana a 0.9 se aproxima al

siguiente nmero, pero si es cercana a 0.1 se aproxima al nmero anterior, estos

nmeros sern los subndices en la frmula mnima

Si se conoce la masa molar del compuesto se inspecciona cuantas veces contiene a la frmula mnima, de tal manera que la frmula molecular es este mltiplo de la

frmula mnima

Ejemplos

1. Un compuesto contiene 39.32% de sodio, 60.68% de cloro. Calcular la frmula

mnima

Base de clculo 100 g del compuesto

Clculo de las moles de sodio y cloro

moles de sodio nNa = 39.32 g de Na / 23 g mol-1

de Na

24

nNa = 1.71 moles de Na

moles de cloro nCl = 60.68 g de Cl / 35.5 g mol-1

de Cl

nCl = 1.71 moles de Cl

Subndices en la frmula mnima

nNa / nCl = 1

nNa / nNa = 1

La frmula mnima del cloruro de sodio es Na Cl

2. Un compuesto de masa molar 78 g mol-1 contiene 92.3% de carbono y 7.7% de hidrgeno. Calcular la frmula mnima y la frmula molecular

Base de clculo 78 g del compuesto

Clculo de las masas de hidrgeno y carbono

masa de carbono mC = 78 g x 0.923

mC = 71.76 g de C

masa de hidrgeno = 78 g x 0.077

mH = 6 g de H

Clculo de las moles de hidrgeno y carbono

moles de carbono nC = 71.76 g de C / 12 g mol-1

nC = 5.98 moles de C

moles de hidrgeno nH = 6 g de H / 1g mol-1

nH = 6 moles de H

subndices en la frmula mnima

moles de hidrgeno por mol de carbono, nH / nC = 1

mol de carbono por mol de carbono, nC / nC = 1

La frmula mnima del compuesto es CH

Peso frmula del CH = 13

Masa molar entre Peso frmula = 78 / 13 = 6

Por tanto la frmula molecular del compuesto es C6H6

25

Medidas de higiene y seguridad

Yodo (I2): Sustancia txica que se absorbe a travs de piel y mucosas, evite su contacto.

Sus vapores pueden causar ceguera permanente, afecta la tiroides. Utilizar la campana

de extraccin. Usar bata, guantes y lentes de seguridad como equipo de proteccin

personal.

Acetona (CH3COCH3): Lquido inflamable, evite acercarla a flamas abiertas. Irritante

de la piel, ojos y mucosas, afecta al sistema nervioso. Utilizar la campana de extraccin

y usar bata, guantes y lentes de seguridad.

Desarrollo experimental

MATERIAL y EQUIPO REACTIVOS

25 cm de alambre de cobre (Cu 99%), calibre 13 sin recubrimiento

Solucin 0.1M de tiosulfato de sodio (Na2S2O3) en frasco de boca ancha

Pinzas de plstico

Varilla de vidrio

Acetona (CH3COCH3) vaso de 100 mL

cido ntrico (HNO3) 1:1, en vaso

Cmara de yodo con tapa de vidrio

Vidrio de reloj

Agua destilada en vaso de 500 mL

Guantes

Lentes de seguridad

Papel absorbente

Balanza analtica

Lija de agua nmero cero

Procedimiento realizado por el tcnico 1. Limpiar el alambre de cobre de su revestimiento, con una lija. 2. enrollarlo en una varilla de vidrio para hacer un resorte, sacarlo de la varilla. 3. con ayuda de unas pinzas de plstico (propileno) sumergirlo en cido ntrico 1:1

mantenerlo as unos segundos. Esta operacin debe ser llevada a cabo en la campana

de extraccin.

4. enjuagar con agua destilada y sacudir el alambre 5. sumergirlo en acetona, la cual servir para eliminar el agua, volver a sacudir el

alambre en el aire para acelerar el secado o sobre papel absorbente.

Obtencin del yoduro de cobre realizado por los alumnos

Usar las pinzas, los guantes y lentes de seguridad durante todo el experimento.

1. Pesar el alambre limpio y seco, registrar el peso como P1 2. introducir el alambre a la cmara (Figura 1) taparla y observar la formacin de un

recubrimiento blanco-crema, sobre el alambre, despus de quince a veinte minutos

26

Figura 1. Cmara de yodo con el alambre de cobre

3. sacar el alambre de la cmara, colocarlo en un vidrio de reloj, esperar 2 ms minutos hasta que pierda el color morado del yodo adsorbido y recupere el color

crema. Pesarlo, registrar este peso como P2 Usar lentes de seguridad.

4. sumergir el alambre en la solucin de tiosulfato de sodio aproximadamente un minuto o hasta que el recubrimiento de yoduro de cobre se desprenda totalmente,

sacar y sacudir (o colocar sobre papel absorbente) el alambre para eliminar el

exceso de solucin de tiosulfato, antes del siguiente enjuague

5. sumergir el alambre en el agua destilada del recipiente B y sacudirlo para quitar el exceso de agua

6. por ltimo sumergirlo en acetona del recipiente 2 y sacudirlo al aire para secarlo 7. volver a pesar el alambre y registrar este peso como P3 en la Tabla 1. Si es necesario repetir el experimento.

Datos

Masa molar del Cu: 63.54 g mol1

Masa molar del I: 126.9 g mol1

Tabla 1 Peso del alambre de cobre en gramos

limpio

P1

revestido

P2

limpio

P3

1er. Experimento

2do. Experimento

opcional

Clculos

1. Calcular por diferencia de peso las cantidades de cobre y de yodo que reaccionaron y la cantidad de yoduro de cobre formado, registrar en la Tabla 2

P2-P1= gramos de yodo que reaccionaron = P1-P3= gramos de cobre que reaccionaron =

P2-P3= gramos de yoduro de cobre que se formaron =

2. Calcular la proporcin en gramos en que reaccionan el yodo y el cobre para saber cul de las siguientes reacciones es la que se llev a cabo

Cristales de yodo

Alambre de cobre

27

yoduro cprico Cu + I2 CuI2 g I / g Cu = 4.0

yoduro cuproso 2Cu + I2 CuI g I / g Cu = 2.0

Resultados

Tabla 2 Cantidades de los componentes en

gramos

Proporcin en gramos

en que se combina el yodo

con el cobre

Cu

P1-P3

I

P2-P1

CuIx

P2-P3 g I / g Cu

Yoduro cprico

o cuproso

formado

1er. Experimento

2do. Experimento

opcional

3. Transformar las cantidades obtenidas en gramos a moles, para cada uno de los

componentes de la reaccin. Registrar en la Tabla 3

Tabla 3 Cantidad de los componentes en moles

nCu nI nCuIx

1er. Experimento

2do. Experimento

opcional

4. Con la cantidad de moles de yodo (nI) y cobre (nCu), determinar la frmula mnima del yoduro de cobre formado en el experimento, cada cantidad de mol se divide entre

el menor valor. Estos son los subndices de la frmula

5. Con los gramos de yodo y cobre experimentales calcular los gramos de yoduro de cobre esperados (calculado estequiomtricamente)

6. Comparar la masa de yoduro de cobre que se obtuvo experimentalmente (punto 1) con los esperados (punto 5). Este clculo es el rendimiento de la reaccin en yoduro

de cobre: Rendimiento = [yoduro de cobre experimental / yoduro de cobre estequiomtrico] x 100

7. A qu tipo de reaccin corresponde la sntesis del yoduro de cobre a partir de cobre y

vapores de yodo ( )

A) Sntesis B) Descomposicin C) Doble sustitucin D) Precipitacin

28

Cuestionario

1. Qu edad en aos tendr la Tierra cuando se cumplan 6.022x1023 segundos?

2. Cuntas moles hay en 250 g de cada una de las siguientes substancias?

a) SO2 b) Fe2 O3 c) O2

3. Cul es la masa en gramos de un tomo de plomo?

4. Cuntas molculas hay en 0.75 moles de CO2?

5. Cuntos tomos gramo (moles) hay en 100 g de azufre?

6. Cuntos gramos hay en 2.75 tomos gramo (moles) de azufre?

7. Si en un gramo de hidrgeno hay 6.022x1023 tomos a) Cul es la masa en gramos de un tomo de hidrgeno?

b) Cul es su masa en umas?

8. Cuntos gramos de sulfuro de hierro (FeS) se formarn con 10 g de azufre y 10 g de hierro?

9. Cuntos gramos de anilina se formarn al reducir 500 mL de nitrobenceno conforme a la siguiente reaccin?

Densidad del nitrobenceno = 1.203 g/mL

C6 H5 NO2 + 3H2 C6 H5 NH2 + 2H2O

Lecturas recomendadas

Brescia, F.; Arents, J., Meislich, H.; Turk, A. Fundamentos de Qumica. 4. Impresin

CECSA, 1986

Chang, R. Qumica. 6. Edicin McGraw-Hill, 1999

Ebbing, D. D. Qumica. 5. Edicin McGraw-Hill, 1997

Mortimer, Ch. E. Qumica. Grupo Editorial Iberoamrica, 1983

HCl + Sn

Nitrobenceno Anilina

29

Seminario de preparacin de soluciones acuosas


Identificar los componentes de una solucin acuosa.

Expresar la concentracin de una solucin en diferentes unidades: porcentual, molar y normal.

Calcular la cantidad de soluto necesario para preparar una solucin a una concentracin dada, considerando la pureza y estado de agregacin del soluto.


Cuando una sustancia se disuelve en un lquido, la mezcla resultante es una solucin. A

la sustancia disuelta se le llama soluto y al lquido que lo disolvi se le denomina

disolvente. Si el lquido es agua (H2O), entonces se trata de una solucin acuosa. El

soluto puede ser gas, por ejemplo, amoniaco (NH3) o cloruro de hidrgeno (HCl);

lquido, como el etanol (C2H5OH) o el cido actico (CH3COOH) o slido como el

cloruro de sodio (NaCl) o el hidrxido de potasio (KOH).

La concentracin de una solucin, independientemente de las unidades que se usen,

expresa la cantidad de soluto que se encuentra disuelto en una determinada cantidad de

solucin o de disolvente, esto es:

Concentracin = Cantidad de soluto

Cantidad de solucin o de disolvente

Dependiendo de la forma en la cual se exprese la cantidad de soluto y de solucin o de

disolvente se pueden tener diferentes unidades de concentracin para una solucin. Las

formas ms comnmente usadas para escribir la concentracin de una solucin son:

porcentual ( % ), molal ( m ), molar ( M ), fraccin mol ( X ) y normal ( N ). La

conveniencia de usar una u otra forma depende en gran parte del uso que se le d a la

solucin. Sin embargo, es importante reconocer que si se tiene la concentracin de una

solucin expresada en alguna unidad de concentracin se puede conocer la

concentracin de esa solucin en cualquier otra unidad.

Porcentual ( % )

Como su nombre lo indica son las partes de soluto que hay en 100 partes de solucin.

La cantidad de soluto y de solucin se pueden expresar en trminos de masa o volumen.

De esta manera, se tiene que el porcentaje puede ser masa-masa (% p/p), volumen-

volumen (% v/v) o masa-volumen (% p/v). Debido a lo anterior es importante indicar a

qu tipo de porcentaje se refiere la concentracin de una solucin para evitar

confusiones o interpretaciones errneas.

30

En una solucin porcentual masa-masa (% p/p) ambas cantidades, de soluto y de

solucin de la ecuacin 1, estn expresadas en unidades de masa. Para este tipo de

soluciones porcentuales masa-masa se puede usar cualquier unidad de masa (g, Kg, mg,

lb, etc), siempre y cuando se usen las mismas unidades en el numerador y en el

denominador. El resultado de esta relacin no tiene unidades.

Porcentaje (% p/p) = masa de soluto

x 100 ec. 1 masa de solucin

Considerando que los gramos (g) son unidades de masa de uso cotidiano, la ecuacin 1

queda:

La frmula anterior (ec. 2) puede ser usada para calcular el porcentaje de una solucin

que resulta cuando se conoce, tanto la masa del soluto y como la de la solucin

(ejercicio 1) o tambin se pueden calcular los gramos de soluto que son necesarios para

preparar una cantidad de solucin a un porcentaje dado (ejercicio 2).

Ejercicio 1. Cul es la concentracin de una solucin que se prepar disolviendo 25

gramos de cloruro de potasio (KCl) en 175 gramos de agua (H2O)?

Datos: 25 gramos de KCl

175 gramos de agua

200 gramos de solucin (la solucin est compuesta por la mezcla

del soluto y el disolvente)

sustituyendo los datos en la ecuacin 2 se tiene:

Porcentaje (% p/p) = 25 gramos de KCl

x 100 200 gramos de solucin

12.5 % p/p

=

Ejercicio 2. Se requiere preparar 450 g de una solucin de carbonato de sodio (Na2 CO3)

al 5.0 %. Diga las cantidades en gramos de soluto y disolvente que se necesitan mezclar

para preparar esta solucin.

Datos: cantidad de solucin = 450 g

concentracin = 5 %

Sustituyendo los datos en la ecuacin 2 se obtienen los gramos de soluto.

gramos de soluto = Porcentaje x gramos de solucin

100

= 5 x 450

100

Porcentaje (% p/p) = gramos de soluto

x 100 ec. 2 gramos de solucin

31

= 22.5 g de soluto

Estos son los gramos de Na2CO3 que deben estar presentes en 450 g de solucin. Para

calcular la cantidad de disolvente conviene recordar que la solucin se forma por la

combinacin del soluto y disolvente.

Solucin = soluto + disolvente

De acuerdo a la relacin anterior la cantidad de disolvente que se necesita es de 427.5 g.

Una ventaja de usar agua como disolvente es que un gramo de agua es prcticamente

igual a un mL. Para preparar la solucin del ejercicio se procede de la siguiente forma:

se mide la cantidad de soluto (22.5 g) y se mezcla con la cantidad de agua (427.5 g =

427.5 mL) y as se obtienen 450 g de solucin de Na2CO3 al 5 % p/p.

El porcentaje masa-masa se usa para indicar la concentracin de los reactivos qumicos.

Por ejemplo, el cido sulfrico (H2SO4) se encuentra al 98 %. Esto significa que de 100

g del reactivo comercial 98 g son de cido sulfrico.

El porcentaje volumen-volumen (% v/v) se usa cuando el soluto es un lquido y se

disuelve o diluye para formar una solucin. De la misma forma que en el porcentaje

masa-masa, no importan las unidades que se usen para medir el volumen siempre y

cuando sean las mismas para el soluto y la solucin. Si se considera que las unidades de

volumen que normalmente se usan son mililitros (mL), la ecuacin para calcular el

porcentaje volumen-volumen (% v/v) ser:

Porcentaje (% v/v) = mililitros de soluto

x 100 ec. 3 mililitros de solucin

Con la frmula anterior se puede calcular el volumen de soluto necesario para preparar

una cantidad de solucin a una concentracin dada (ejercicio 3) o calcular la

concentracin que resulta cuando se obtiene un volumen de solucin disolviendo un

volumen de soluto.

Ejercicio 3. Qu cantidad de alcohol absoluto se necesita medir para preparar 500 mL

de una solucin al 60 % v/v?

Datos: volumen de solucin = 500 mL

concentracin = 60 % v/v

Sustituyendo los datos en la ecuacin 3, tenemos:

mililitros de soluto = porcentaje (% v/v) x mililitros de solucin

100

= 60 x 500

100

32

= 300 mL de soluto

De acuerdo a estos resultados se necesita mezclar 300 mL de alcohol absoluto en

suficiente agua hasta tener un volumen final de 500 mL de solucin para obtener una

concentracin de alcohol del 60% v/v.

Cuando las concentraciones porcentuales son masa-volumen (% p/v), la masa del soluto

se compara con el volumen de la solucin. Para este caso, la masa se expresa en gramos

(g) y el volumen en mililitros (mL). Considerando lo anterior la ecuacin para calcular

el porcentaje masa volumen (% p/v) queda:

Porcentaje (% p/v) = gramos de soluto

x 100 ec. 4 mililitros de solucin

La forma en la que se preparan estas soluciones porcentuales, volumen-volumen y masa

volumen, es midiendo la cantidad de soluto necesario y agregando suficiente disolvente

hasta obtener el volumen deseado.

Molalidad ( m )

La molalidad de una solucin est dada por la cantidad de moles de soluto que se

encuentran disueltos en un kilogramo (kg) de disolvente (ec. 5). Las unidades que

resultan de esta relacin son molkg-1

.

Molalidad (m) = moles de soluto

ec. 5 kg de disolvente

De acuerdo a la definicin de molalidad, para preparar una solucin 0.1 m (molal) de

NaNO3 (nitrato de sodio) debemos disolver 0.1 moles de la sal en un kilogramo de agua.

Debido a que en el laboratorio normalmente medimos g o mL, segn se trate de un

slido o de un lquido, se hace uso de la siguiente relacin para determinar a cuntos

gramos equivalen 0.1 moles de NaNO3.

n = m/M ec. 6

En donde; n es la cantidad de moles, m es la masa en gramos y M es la masa molar

(g/mol). Como la masa molar de un compuesto es la suma de los pesos atmicos de

todos los tomos que forman el compuesto, para el NaNO3 se tiene:

Na: 1 tomo x 22.990 = 22.990 g/mol

N: 1 tomo x 14.010 = 14.010 g/mol

O: 3 tomos x 15.999 = 47.997 g/mol

masa molar 84.997 g/mol

Sustituyendo en la ecuacin 6 la masa molar y los moles de soluto requeridos se

obtienen los gramos de NaNO3 que se deben medir para preparar la solucin.

33

m = n x M

m = 0.1 mol x 84.997 g/mol

= 8.4997 g/mol de NaNO3

Estos son los gramos que se deben disolver en 1000 g de agua para obtener una solucin

0.1 molal de NaNO3. La masa final de la solucin ser 1008.5 g.

Diferentes soluciones acuosas 0.1 m de diferentes solutos, tendrn cada una 0.1 moles

de soluto disueltos en 1000 g de agua. Sin embargo, la cantidad total (en gramos) de

cada solucin ser diferente porque la masa en gramos de un mol de cada soluto es

diferente, y muy probablemente el volumen tambin ser diferente. Esta forma de

expresar la concentracin se usa principalmente para estudiar algunas propiedades

fsicas de dichas soluciones.

Molaridad ( M )

La molaridad de una solucin se define como la cantidad en moles de soluto que est

contenida en un litro de dicha solucin (ec. 7). Esta forma de expresar la concentracin

tiene como unidades molL-1

.

Molaridad (M) = moles de soluto

ec. 7 litro de solucin

Con base en la definicin anterior, una solucin 1 M (molar) ser aquella que contiene

un mol de soluto disuelto en un litro de solucin. Para preparar una solucin 2.5, 0.1 o

0.05 molar se necesitar disolver, respectivamente, 2.5, 0.1 y 0.05 moles de soluto en un

litro de solucin.

Ejercicio 4. Se desea preparar 500 mL de solucin de hidrxido de sodio NaOH, 2.5 M.

Para conocer la cantidad de soluto que es necesaria disolver en el volumen requerido, se

sustituye esta informacin en la ecuacin 7, resuelta para moles de soluto.

Datos:

volumen de solucin = 500 mL = 0.5 L

concentracin = 2.5 M

Moles de soluto = molaridad x litros de solucin

= 2.5 mol/L x 0.5 L

= 1.25 moles de soluto

1.25 moles de soluto es la cantidad en moles de hidrxido de sodio que se necesita

agregar en suficiente disolvente hasta obtener 0.5 L de solucin. As, la solucin

resultante tendr una concentracin 2.5 M.

Para preparar esta solucin se debe conocer a cuntos gramos equivalen 1.25 moles de

NaOH. Se sustituye en la ecuacin 6 la masa molar y los moles calculados para obtener

34

la masa en gramos de NaOH que se deben disolver en suficiente agua hasta obtener un

volumen de 0.5 L.

m = n x M

m = 1.25 mol x 39.997 g/mol

= 49.996 g de NaOH

Una consideracin ms que se debe tomar en cuenta es que los reactivos disponibles no

se encuentran totalmente puros. Esto significa que al medir una cantidad del reactivo

slo una parte corresponder a la sustancia que nos interesa.

El NaOH se adquiere comercialmente al 99% de pureza. Para conocer qu cantidad del

reactivo comercial contiene 49.996 g de NaOH se usa la ecuacin 2.

Datos: gramos de soluto = 49.996 g de NaOH

porcentaje = 99 % (pureza)

gramos de reactivo = gramos de soluto

x 100 porcentaje (% p/p)

= 49.996 g de NaOH

x 100 99

= 50.501 g de NaOH al 99%

El procedimiento anterior muestra los clculos que se deben realizar para conocer la

cantidad en gramos de un soluto slido que se necesitan para preparar una solucin

molar a partir de un reactivo comercial. El siguiente esquema muestra un resumen de las

operaciones que se realizaron para convertir moles de soluto a gramos de reactivo.

Moles de soluto g de soluto g de reactivo = g de reactivo

1 mol de soluto g de soluto

Moles de soluto

necesarios para

preparar la solucin

Conversin de moles

a gramos de soluto

Pureza del reactivo

comercial

Cantidad de reactivo

necesario para

preparar la solucin

2.5 moles de NaOH 39.997 g de NaOH 100 g de reactivo = 50.501 g

1 mol de NaOH 99 g de NaOH

El procedimiento de clculos que se sigue cuando el soluto es un lquido, prcticamente

es el mismo que para un slido con la diferencia de que en lugar de medir la masa de un

lquido es mas conveniente medir un volumen. Para esto se toma en cuenta la densidad

del reactivo ( ).

Ejercicio 5. Se requiere preparar 600 mL de una solucin de cido ntrico (HNO3) 0.035

M. Cul es la cantidad de cido en mililitros que necesita medir para preparar la

solucin?

NOTA: los envases, que contienen a los reactivos, tienen etiquetas en donde se indica

35

informacin importante referente al contenido. De esta etiqueta, normalmente se puede

obtener la informacin necesaria para hacer los clculos; como son: pureza del reactivo

(algunas veces se indica como ensayo), masa molar del compuesto (normalmente se

indica como peso molecular) y en el caso de reactivos lquidos la densidad ( ) que

algunas veces se indica como gravedad especfica.

Del texto del ejercicio 5 y de la revisin de la etiqueta que contiene al reactivo

obtenemos la siguiente informacin:

Datos: volumen de la solucin = 600 mL = 0.60 L

concentracin = 0.035 M

pureza del cido = 70 %

masa molar = 63.01 g / mol

densidad = 1.34 g / mL

Siguiendo el mismo procedimiento del ejercicio 4 primero se calcula (con la ecuacin 7)

la cantidad en moles de cido y despus los gramos de reactivo que contienen esa

cantidad.

Moles de soluto = molaridad x litros de solucin

= 0.035 mol/L x 0.6 L

= 0.021 moles de HNO3

0.021 moles de HNO3 63.01 g de HNO3 100 g de reactivo = 1.89 g

1 mol de HNO3 70 g de HNO3

Estos son los gramos de cido ntrico que se necesita medir para preparar la solucin.

Puesto que se trata de un lquido su manejo se facilita si se mide el volumen en lugar de

la masa. Para conocer el volumen se hace uso de la siguiente relacin:

= m / v ec. 8

en donde es la densidad del reactivo, m es la masa y v es el volumen. Sustituyendo la

informacin que se conoce y resolviendo para el volumen se tiene:

v = m /

v = 1.89 g / 1.34 g/ mL

v = 1.41 mL

La solucin requerida se preparar disolviendo 1.41 mL de cido al 70% en suficiente

agua para completar 600 mL de solucin.

Normalidad ( N )

Otra forma de expresar la concentracin de una solucin es la normalidad. Esta se

define como el nmero de equivalentes qumicos (o simplemente equivalentes) de

soluto que contiene un litro de solucin (ec. 9).

Normalidad (N) = Equivalentes de soluto

ec. 9 litro de solucin

36

La principal aplicacin de las soluciones normales es su uso en tcnicas analticas

volumtricas para determinar la concentracin de una solucin o la cantidad de soluto

que se encuentra en una muestra. Una cantidad conocida de muestra se hace reaccionar

con la solucin normal (agregndola poco a poco) hasta el punto en el cual las

cantidades de los reactantes son equivalentes. Esta aplicacin se tratar con ms detalle

durante el curso.

Para preparar las soluciones normales se debe tomar en cuenta cmo reacciona el soluto

y el tipo de reaccin que se llevar a cabo. Debido a que las reacciones cido-base y de

oxidacin-reduccin son las reacciones ms comunes en las que se usa la normalidad,

como forma de expresar la concentracin de una solucin, estos sern los tipos de

reacciones que se detallarn en esta seccin.

Para preparar una solucin normal se debe disolver la cantidad de equivalentes de soluto

requerida en un litro de solucin. Si se desea preparar 3 litros de solucin de cido

clorhdrico HCl 0.5 N se deben disolver 0.5 equivalentes de HCl por cada litro de

solucin. El nmero de equivalentes se obtiene sustituyendo la informacin que se tiene

en la ecuacin 9 y se resuelve.

Datos: volumen de solucin = 3 L

Concentracin = 0.5 N

Equivalentes de soluto = normalidad x litros de solucin

= 0.5 eq / L x 3 L

= 1.5 eq

Para conocer a cuntos gramos de HCl es igual un equivalente qumico se utilizan las

siguientes relaciones:

Eq = m / Peq ec. 10

Peq = M / H+ o e

- ec. 11

En donde; Eq son los equivalentes qumicos, m es la masa en gramos, Peq es el peso

equivalente, M es la masa molar, H+ es un trmino que aplica para las reacciones cido

base y es el nmero de protones que transfiere el soluto (ya sea que ceda o acepte) y e-

es el nmero de electrones que transfiere el soluto en una reaccin de oxidacin

reduccin.

En nuestro caso, el HCl en una reaccin cido base cede un protn. Por lo tanto, H+

ser igual a 1.

De la ec. 11 Peq = M

Por lo tanto, Eq = m / M

Despejando m = Eq x M

Sustituyendo los datos = 1.5 x 36.46

= 54.69 g de HCl

37

Esta es la masa en gramos que corresponde a 1.5 equivalentes de HCl. Como el reactivo

disponible no se encuentra puro y adems es lquido se debe tomar en cuenta la pureza y

la densidad del reactivo para conocer el volumen que es necesario medir.

Datos:

pureza del reactivo = 36 %

Densidad = 1.14 g/ mL

54.69 gramos de HCl 100 g de reactivo 1 mL reactivo = 133.26 mL

36 g de HCl 1.14 g reactivo

De acuerdo a estos clculos se necesita disolver 133.26 mL del reactivo de HCl al 36%

en suficiente agua hasta completar 3L de solucin para obtener una concentracin de

0.05N.

NOTA: La preparacin de soluciones de cidos a partir de reactivos concentrados

requiere tener una serie de cuidados importantes. Los reactivos concentrados de H2SO4,

HCl y HNO3 emanan vapores que irritan el tracto respiratorio. Su manejo debe hacerse

con equipo de seguridad como bata, lentes, guantes y en una campana de extraccin.

Por otro lado, la reaccin de estos cidos con el agua es violenta y puede provocar

proyecciones.

En nuestro ejemplo hay varios aspectos que es conveniente destacar:

El peso equivalente de un compuesto en una reaccin cido base es la cantidad del

compuesto (en gramos) que es capaz de transferir un mol de protones. Por ejemplo, un

mol de HCl (36.46 g) transfiere un mol de protones cuando reacciona con un mol de

NaOH. Entonces, un mol del cido ser igual a un equivalente. El peso equivalente del

NaOH tambin es igual a su masa molar (en gramos) porque en una reaccin cido base,

un mol de NaOH acepta un mol de protones. Pero, en el caso del cido sulfrico un mol

de cido puede transferir dos moles de protones. Por lo tanto, un equivalente de cido

sulfrico ser igual a la mitad de un mol. Con base en lo anterior se tiene que cuando el

H+ de un compuesto es igual a uno el Peq = M y nos queda la siguiente relacin:

Eq = m / M = n

Esto quiere decir que en este caso (cuando H+ = 1) la normalidad de una solucin es

igual a la molaridad.

Ejercicio 6. Cul es la cantidad de H2SO4 que se debe medir para preparar 500 mL de

una solucin 0.2 N? La informacin adicional requerida, normalmente se obtiene de la

etiqueta del envase que contiene al reactivo.

Datos: volumen de solucin = 500 mL = 0.5 L

concentracin = 0.2 N

densidad = 1.83 g / mL

pureza = 98 %


38

De la ecuacin 9: Eq = 0.2 x 0.5 = 1.0

Como ya se mencion antes el cido sulfrico en una reaccin cido base cede dos

protones; entonces H+ = 2. Sustituyendo la informacin en la ecuacin 11 y despus el

resultado en la ecuacin 10 se obtiene la cantidad de cido necesario, en gramos.

Peq = 98.08 / 2 = 49.04

m = 1.0 x 49.04 = 49.04 g de H2SO4

Considerando la pureza del reactivo disponible y su estado de agregacin se tiene:

49.04 gramos de H2SO4 100 g de reactivo 1 mL de reactivo = 27.34 mL

98 g de H2SO4 1.83 g de reactivo

Para preparar 500 mL de H2SO4 0.2N se necesita disolver 27.34 mL del reactivo

disponible, en suficiente disolvente hasta obtener el volumen requerido.

En las reacciones de oxidacin reduccin, un compuesto sufre cambios debido a la

transferencia de electrones de un elemento a otro. El equivalente qumico de un

compuesto que participa en una reaccin de oxidacin reduccin estar en funcin del

nmero de electrones que transfiera (ya sea que ceda o acepte). El peso equivalente de

un compuesto ser la cantidad de sustancia, en gramos, que transfiere un mol de

electrones.

Ejercicio 7. Qu cantidad de permanganato de potasio (KMnO4) se debe medir para

preparar 250 mL de una solucin 0.08 N? El procedimiento que se sigue para hacer el

clculo, es similar a los dos ejercicios anteriores.

Datos: volumen de solucin = 250 mL = 0.25 L

Concentracin = 0.08 N

pureza = 98 %


El nmero de equivalentes se calcula con la ecuacin 9,

Eq = N x litros de solucin -

Eq = 0.08 x 0.25

= 0.02

Para calcular los gramos de KMnO4 que son iguales a 0.02 equivalentes qumicos es

necesario conocer la reaccin que se lleva a cabo. En este caso el Mn acepta 5

electrones cuando participa en una reaccin de xido reduccin en medio cido ( e-=

5). Esto quiere decir que un mol de KMnO4 acepta 5 electrones.

Peq = M / e-

= 158.04 / 5

= 31.61

39

m = Eq x Peq

= 0.02 x 31.61

= 0.63 g de KMnO4

Como el KMnO4 es slido, slo se considera la pureza del reactivo disponible

0.63 gramos de KMnO4 100 g de reactivo = 0.645 g de reactivo

98 g de KMnO4

De esta forma se tiene que para preparar 250 mL de una solucin 0.08 N de KMnO4

ser necesario disolver 0.645g del reactivo en suficiente agua hasta completar 250 mL

de solucin.

Un inconveniente que se tiene en el uso de equivalentes es que para un compuesto se

puede tener diferentes valores de equivalente para reacciones diferentes, esto depender

del tipo de reaccin en la que interviene cada vez.

Cuestionario

1. Desarrolle los clculos para conocer las cantidades de reactivo que se necesitan para preparar las siguientes soluciones. Considere el estado de agregacin y la pureza del

reactivo disponible. Solicite los envases de los reactivos para obtener la informacin

necesaria.

100 mL Na2S2O3 0.1 M

20 mL BaCl22H2O 0.1M

100 mL Na2SO4 0.1M

50 mL AgNO3 0.01M

30 mL KSCN 0.015M

20 mL FeNH4(SO4)2 3% p/v

10 mL fenolftalena 1% p/v

1.5 mL HCl 0.1M

2.0 mL NH4OH 0.01 M

2.5 mL NaOH 0.025 M

1.0 mL H2SO4 10%

50 mL H2SO4 1M

2. Determine la normalidad y molaridad de los siguientes reactivos: a) H2SO4 concentrado b) HNO3 concentrado c) HCl concentrado d) NH4OH concentrado e) cido actico glacial

3. Una tableta de Alka Seltzer contiene 1.700 g de NaHCO3, 1.000 g de cido ctrico y

40

0.325 g de cido acetil saliclico, cul ser la concentracin % y molar de cada uno

de los ingredientes si se disuelven 2 tabletas en 100 mL de agua?

4. Cul ser la concentracin de azcar, en %, de una taza de caf si se agrega: a) Una cucharada b) Dos cucharadas El volumen de la taza es 200 mL y en cada cucharada se agregan 8 gramos

Lecturas recomendadas

Ayres G. H. Anlisis Qumico Cuantitativo. 2. ed. Harla, 1970.

Chang, R. Qumica. 6. ed. Mc. Graw Hill, 1999.

Rubinson, J. F.; Rubinson, K. A. Qumica analtica contempornea, Pearson Educacin

2000.

Skoog, D. A,; West, D.; Holler. F. J. Qumica Analtica. 6. ed. Mc Graw Hill, 1998.

41

Reacciones de precipitacin


Determinar experimentalmente, mediante una reaccin de precipitacin, la cantidad (%) de algn ion presente en una muestra lquida


Cuando los componentes A y B de un compuesto son especies qumicas lo

suficientemente estables como para existir en forma independiente, la molcula se

puede representar como AB. Al proceso de separacin de las especies A y B del

compuesto AB y, en particular cuando esta separacin ocurre en una solucin acuosa y

las especies resultantes tienen cargas elctricas, se le llama disociacin:

AB A+ + B

-

Un ejemplo de compuesto que experimenta este tipo de disociacin, es el cloruro de

sodio, NaCl en disolucin acuosa, en la cual existen las especies Na+ y Cl

. Es inica

porque las especies resultantes tienen cargas elctricas:

Na Cl Na+ + Cl

-

Si en fase acuosa estuvieran presentes dos compuestos, AB y CD y, ambos pueden

disociarse en forma inica, entonces en la solucin estarn presentes las especies

qumicas AB, CD, A+, B

-, C

+ y D

.

Las substancias presentes en la fase acuosa son entonces las substancias presentes en la

suma de las dos ecuaciones qumicas:

AB A+ + B

-

____________CD C+ + D

.

AB + CD A+ + B

- + C

+ + D

Adems, estando en medio acuoso, las especies qumicas disueltas se encuentran en

continuo movimiento y los iones pueden chocar entre s. El choque de los iones A+ y C

+

o de los iones B y D

, por ser de la misma carga elctrica, son completamente

elsticos, pero los choques de los iones con las cargas contrarias A+ y B

-, C

+ y D

, A

+

y D

y C+ + B

no son elsticos, sino que tienden a formar los compuestos AB, CD,

AD y CB, por lo que la suma de las reacciones qumicas anteriores puede ser dada

tambin como:

AB A+ + B

-

CD C+ + D

.

AB + CD AD + CB

42

En esta ltima ecuacin, los productos AD y CB representan un nuevo arreglo o

distribucin de iones respecto a los compuestos AB y CD originales. Por esta razn a

este tipo de reacciones se les llama de doble sustitucin, intercambio inico o mettesis.

La reaccin de precipitacin es un tipo comn de reaccin en disolucin acuosa, que se

caracteriza por la formacin de un producto insoluble que se separa de la disolucin, al

que se denomina precipitado. En este tipo de reaccin, los reactivos son normalmente sustancias inicas que se disocian al estar en solucin. Los iones, tanto positivos como

negativos, chocan entre s en el seno de la solucin, y cuando entre los iones presentes

hay la posibilidad de una reaccin que d como resultado un compuesto insoluble, ste

se precipita, en tanto que los dems iones quedan disueltos.

Por ejemplo, la reaccin entre el nitrato de plomo y el yoduro de sodio se puede

describir como una secuencia de reacciones:

El nitrato de plomo y el yoduro de sodio se disocian en iones al entrar en solucin:

a) Pb(NO3)2 Pb+2

+ 2 NO3-1

b) NaI Na+1

+ I-1

En la solucin estarn disueltas todas las especies qumicas que participan en las reacciones anteriores: Pb(NO3)2, NaI, Pb

+2, NO3

-1, Na

+1 y I

-1. Las especies cargadas

elctricamente pueden ser mucho mas abundantes que las especies qumicas neutras.

Otras especies que estarn presentes son las que se forman como resultado de las

atracciones entre iones de signos opuestos, como son las sales Pb I2 y Na NO3.

Todos los iones chocan entre s y se separan sin alterar su naturaleza, excepto cuando se aproximan un in Pb

+2 y un in I

-1, ya que estas especies qumicas reaccionan

formando yoduro de plomo, un slido cristalino que es insoluble en agua y, por lo

tanto, se separa de la solucin formando un polvo suspendido que tiende a

depositarse en el fondo del recipiente:

c) Pb+2

+ I-1

PbI2

Los iones Na+1 y NO3-1

se mantienen dispersos en el lquido porque el Na NO3 es

muy soluble y se disocia con mucha facilidad

Es una prctica comn escribir este tipo de reacciones en un solo paso, a continuacin

se muestra la ecuacin que representa la reaccin anterior, expresada en forma

molecular:

d) Pb(NO3)2 + 2 NaI PbI2 + 2 NaNO3

La formacin de precipitados fue durante mucho tiempo una de las tcnicas comunes

para determinar la cantidad presente de un elemento, radical o compuesto, en una

muestra dada. Las tcnicas que se basan en determinar el peso de un precipitado y

43

relacionarlo con el elemento, radical o compuesto que reaccion para formarlo, se

incluyen dentro de las tcnicas analticas gravimtricas.

Los datos experimentales obtenidos en estas tcnicas analticas se procesan con base en

la estequiometra de la reaccin. Por ejemplo, en la reaccin anterior, por cada mol de

yoduro de plomo formado, deben haber reaccionado 1 mol de nitrato de plomo y 2

moles de yoduro de sodio. Esas relaciones en moles pueden ser expresadas en unidades

de peso, por ejemplo, en gramos. Para ello tenemos que:

Masa molar del nitrato de plomo Pb(NO3)2 = 331 g

Masa molar del yoduro de sodio NaI = 150 g , 2 moles = 300 g

Masa molar del yoduro de plomo PbI2 = 461 g

Masa molar del nitrato de sodio NaNO3 = 85 g , 2 moles = 170 g

Lo que significa que por cada 461 g de yoduro de plomo que se forme, deben haber

reaccionado 331 g de nitrato de plomo y 300 g de yoduro de sodio, por lo cual, si

conocemos el peso de yoduro de plomo precipitado, podemos calcular cunto nitrato de

plomo haba en la solucin.

A manera de ejercicio, vamos a suponer que al adicionar un exceso de solucin de

yoduro de sodio a 25 mL de una muestra de agua contaminada con nitrato de plomo, se

form un precipitado amarillo (PbI2) que se filtr. El slido se dej secar en la estufa

hasta que se hubo evaporado toda el agua. El peso del precipitado seco fue de 0.278 g

a) Qu cantidad de nitrato de plomo haba en los 25 mL de la muestra original? b) Qu cantidad de Pb hay en el precipitado formado? c) Cul era la concentracin de nitrato de plomo en la muestra, expresada como %

peso/volumen?

d) Cul era la concentracin de nitrato de plomo en la muestra, expresada como molaridad?

a) Clculo de la cantidad de nitrato de plomo presente en los 25 mL de muestra.

Pb (NO3)2 + 2NaI PbI2 + 2 NaNO3

331 461

0 .278g de PbI2 331g de Pb (NO3)2 = 0.197g de Pb (NO3)2

461 g de PbI2

Haba 0.197 g de nitrato de plomo en la muestra de 25 mL

b) Clculo para determinar la cantidad de plomo en la muestra. A partir del precipitado formado

44

0 .278g de PbI2 207 g de Pb = 0.125 g de Pb

461 g de PbI2

Haba 0.125 g de plomo en la muestra de 25 mL

c) Clculo de la concentracin de nitrato de plomo en la muestra, expresada como porcentaje.

De a) se obtuvo 0.197 g de nitrato de plomo en 25 mL de muestra, entonces:

% = cantidad de nitrato de plomo en la muestra x 100

25 mL de muestra

% = 0.197 g de nitrato de plomo en la muestra x 100

25 mL de muestra

= 0.788 % de nitrato de plomo

La concentracin de la solucin de nitrato de plomo es 0.788 % peso/volumen

Para calcular la concentracin de plomo, en %, en la muestra se procede de la misma

forma que en el ejemplo anterior sustituyendo los gramos de plomo presentes en la

muestra, en lugar de los gramos de nitrato de plomo:

De b) se obtuvo 0.125 g de plomo en 25 mL de muestra, entonces:

% = cantidad de plomo en la muestra x 100

25 mL de muestra

% = 0.125 g de plomo en la muestra x 100

25 mL de muestra

= 0.5 % de plomo

Clculo para conocer la concentracin molar del nitrato de plomo.

Se tiene la siguiente informacin:

i) en 25 mL de muestra hay 0.197 g de nitrato de plomo y ii) la concentracin porcentual de la muestra es de 0.788 p/v lo que indica que en

100 mL de solucin se encuentran 0.788 g de nitrato de plomo.

Para el primer caso:

0.197 g Pb(NO3)2 1 mol 1000 mL = 0.0238 moles/L

25 mL muestra 331 g Pb(NO3)2 1 L

45

Para el segundo caso:

0.788 g Pb(NO3)2 1 mol 1000 mL = 0.0238 moles/L

100 mL muestra 331 g Pb(NO3)2 1 L

La concentracin de la solucin de nitrato de plomo es 0.0238 M

Las siguientes tambin son reacciones de precipitacin. Si en todos los casos se trabaj

con una alcuota de 30 m

manual de practicas reacciones y enlace quimico

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