MARCO REFERENCIAL

Los conocimientos modernos de los ácidos y las bases parten de 1834, cuando el físico inglés Michael Faraday descubrió que los ácidos, las bases y las sales eran electrolitos, por lo que, disueltos en agua, se disocian en partículas con carga (o iones) que pueden conducir la corriente eléctrica. En 1884, el químico sueco Svante Arrhenius (como más tarde el químico alemán Wilhelm Ostwald) definió los ácidos como sustancias químicas que contenían hidrógeno y que, disueltas en agua, producían una concentración de iones hidrógeno (o protones) mayor que la existente en el agua pura. Del mismo modo, Arrhenius definió una base como una sustancia que, disuelta en agua, producía un exceso de iones hidroxilo (OH-). La reacción de neutralización sería:

H+ + OH- = H2O

MARCO TEORICO

Los electrolitos son solutos que forman iones cuando se disuelven en agua o en ciertos disolventes, y conducen la electricidad. Los electrolitos fuertes se ionizan casi completamente en un disolvente, mientras que los electrolitos débiles se ionizan sólo parcialmente, por ello los electrolitos débiles conducen la electricidad en menor grado que los fuertes entonces podemos decir que la conductividad se debe a la presencia de iones libres en solución.

Los electrolitos que se disocian1 completamente se llaman electrolitos fuertes ,en sus soluciones no existen moléculas neutras,sino sòlo cationes y aniones.

Son electrolitos fuertes:

-casi todas las sales;por ejemplo. NaCl,KNO3

-algunos ácidos inorgánicos;por ejemplo HCl,HBr,HI,HNO3,H2SO4

-los hidróxidos de los metales alcalinos y alcalino-terreos, NaOH,Ba(OH)2

Los electrolitos que se disocian sòlo parcialmente se llaman electrolitos débiles,en sus soluciones hay moléculas no disociadas en sus iones correspondientes.

Son electrolitos débiles:

-muchos ácidos inorgánicos, por ejemplo;H2CO3,H2S,H2SO3

-muchos hidróxidos,por ejemplo; NH4OH

-casi todos los ácidos orgánicos,por ejemplo; CH3COOH

-casi todas las bases orgánicas

La disolución de los electrolitos en solución es una reacción de equilibrio.

1 Separar los distintos componentes de una sustancia

1

En las soluciones de los electrolitos débiles las moléculas no disociadas están en equilibrio con los iones provenientes de las moléculas disociadas y el equilibrio mismo està caracterizado por una constante de equilibrio que en este caso toma el nombre de constante de disociación iónica(Araneo 1972)

La solubilidad de un precipitado iónico aumenta cuando se añaden electrolitos al agua en la que está suspendido el sólido. Este efecto tiene su origen en la atracción electrostática que ocurre entre los iones de los electrolitos y los iones con carga opuesta de los precipitados. Debido a que las fuerzas electrostáticas asociadas a todos los iones que tienen una sola carga son aproximadamente iguales.

Las soluciones de electrolitos son eléctricamente neutras, porque en una solución de electrolitos, la concentración molar de las cargas positivas siempre es igual a la concentración molar de las cargas negativas. Esto es, para cualquier solución que contenga electrolitos. (SKOOG-DOUGLAS).

El efecto del ion común también esta presente en los electrolitos entonces esto lo podemos explicar de la siguiente manera:

Si a una disolución saturada2 de un electrolito poco soluble añadimos otra sustancia que aporta uno de los iones, la concentración de éste aumentará.

Lógicamente, la concentración del otro ion deberá disminuir para que el producto de las concentraciones de ambos permanezca constante,como el equilibrio se desplaza a la izquierda la solubilidad, que mide la máxima concentración de soluto disuelto, disminuirá en consecuencia.

Otro efecto que podemos mencionar es el de ion salino. Este tiene origen en las fuerzas electrostáticas de atracción y de repulsión que existen entre los iones del electrolito y los iones de las especies que participan en un equilibrio. Estas fuerzas provocan que cada ion de la especie disociada se rodee de una capa de solución que contiene un pequeño exceso de iones de electrolito con carga opuesta. Por ejemplo cuando un precipitado de sulfato de bario esta en equilibrio con una solución de cloruro de sodio, cada uno de los iones de bario en solución se rodea de una atmosfera iónica que, por atracción y repulsión electrostáticas, lleva una pequeña carga neta negativa debida a la repulsión de los iones de sodio y a la atracción de los iones cloruro, del mismo modo pasa con el ion sulfato, estas capa de carga hacen que los iones de bario sean un poco menos positivos y los iones sulfato un poco menos negativos de lo que serian en ausencia del electrolito, como consecuencia disminuye la atracción global entre los iones bario y sulfato y aumenta la solubilidad , la cual es mayor a medida que crece el número de iones del electrolito en solución. En resumen,la concentración efectiva de los iones bario y sulfato se hace menor al aumentar la fuerza iónica del medio

2 tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión dadas. En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.

2

INTRODUCCIÒN

El trabajo realizado que a continuación se presenta, fue elaborado por medio de la experimentación, asi como la investigación de ciertos conceptos para el mejor entendimiento de la investigación.

Se pretende hacer un análisis cualitativo lo màs posible acorde y paralelo a lo que nos indicó el manual de laboratorio para la realización de este problema 3.

El objetivo de este proyecto es demostrar el equilibrio químico de disolución de un electrolito poco soluble, por esto mostraremos paso a paso si los resultados que obtuvimos fueron falsos o verídicos de acuerdo a nuestras hipótesis establecidas.

Se ha tratado de aclarar lo màs posible, todo lo que obtuvimos mediante la experimentación e investigación para poder dar una mejor explicación de cómo es que llegamos a las conclusiones presentadas al final del contenido.

En el procedimiento adoptado se pretende contemporizar las cualidades del metòdo adoptado y evitar en cuanto sea posible los defectos.

Esperamos que al lector le sea de utilidad este diseño experimental, asi como si surge alguna inquietud en cuanto a la elaboración agradeceremos aporten ideas o correcciones al mismo, esperando que no se olvide el objetivo principal de el trabajo.

3

PLANEACIÒN

ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO QUÌMICO DE DISOLUCIÒN DE UN ELECTROLITO POCO SOLUBLE

PROBLEMA:

Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio quìmico de disolución de un electrolito poco soluble.

OBJETIVOS GENERALES

Estudiar experimentalmente el desplazamiento del equilibrio químico de un electrolito poco soluble y algunos factores que lo afectan.

OBJETIVOS PARTICULARES

a) Preparar disoluciones molares en base en las propiedades de los reactivos.b) Escribir y balancear la ecuación química del sistema.c) Describir las propiedades fisicoquímicas de los componentes del sistema.d) Describir el sistema química y físicamente.e) Establecer la ley de acción de masas para el sistema y determinar la

solubilidad molar para el electrolito poco soluble.f) Estudiar el desplazamiento del Equilibrio Químico del electrolito poco

soluble en función de la cantidad de disolvente.g) Estudiar el desplazamiento del Equilibrio Químico del electrolito poco

soluble en función de la cantidad de disolvente y la temperatura.h) Estudiar el desplazamiento del Equilibrio Químico del electrolito poco

soluble en función del ion salino disperso.i) Estudiar el desplazamiento del Equilibrio Químico del electrolito poco

soluble en función del ion común.

Fenómeno

Desplazamiento del equilibrio químico de una disolución de un electrolito poco soluble

Objeto de Estudio:

Electrolito Poco Soluble

Variables Experimentales

Desplazamiento del equilibrio químico

Temperatura, disolvente, ion salino e ion común.

Identificación de variables

4

Variables independientes

Temperatura, cantidad de disolvente, ion salino e ion común.

Variables dependientes

Desplazamiento del equilibrio químico

PbCl2 (sol)↔Pb(ac)2+¿+2Cl(ac)¿

K=[Pb2 ] [Cl]2

[PbCl2 (s ) ]

HIPOTESIS

a) Desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del volumen de disolvente a temperatura y presión constante.

b) Desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del volumen de disolvente y temperatura a presión constante

c) Desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del ion salino y volumen de disolvente, a temperatura y presión constante

d) Desplazamiento del equilibrio químico del electrolito poco soluble en función del ion común y volumen de disolvente, a temperatura y presión constante

Método

Tabla 1

Propiedades Fisicoquímicas de los Reactivos Analíticos

Nombre Formula Masa MOLAR

(g)

Ensayo (%)

Solubilidad Forma de los

cristales

Color de los cristal

es

KPS

CLORURO DE SODIO

NaCl 58.44 99.0 Soluble en agua

Cristalino

NITRATO DE PLOMO

Pb ¿ 331.21 99.5 49% soluble sólido cristalino

CLORURO DE PLOMO

PbC l2 278.0 99.5 Agua cristales 4.79

5

Reactivos Analíticos

NaCl

Pb ¿

PbC l2

Disoluciones de reactivos analíticos en 100 mL de disolución 1.0 M de NaCl M de Pb(NO3)2

MaterialesCANTIDAD NOMBRE CAPACIDAD PRESICIÒN

1 Balanza granataria

1 EspátulaAgua destilada

12 Frascos 100-150 mL1 piseta1 Termómetro1 Mechero de

bunsen1 Probeta graduada 100 mL 1/104 Agitador de vidrio1 Pipeta Graduada

1 Tripie1 Tela de asbesto1 Pinzas para crisol1 Recipiente para

baño maría

Procedimiento Experimental

Preparación de Disoluciones

Realizar cálculos químicos para preparar

6

g NaCl R.A. =100 ml Disol.

NaCl( (0.1mol|NaCl )1000mLdisol .NaCl )( 58.44 gNaCl R . A .1MolNaCl )( 100 gNaCl R . A99 g NaClR . A . )=5.9030g

NaCl R.A

g Pb ¿R.A. =100 ml Disol. Pb¿=3.3287 g Pb ¿ R.AA

Pesar alrededor de .5g en la balanza granataria con ayuda de un frasco y la espátula.

Agregar agua destilada al frasco Etiquetar Almacenar

NOTA: Este procedimiento se desarrolla para cada uno de los reactivo

Tabla 2

Datos de los reactivos analíticos para preparar disoluciones

Formula Vol.(mL) Concentración (mol/L)

M.M.8(g) E.(g/100g) MRA.(gRA)

M. Real

(g. RA)NaCl 100 ml 0.1 58.44 99.0 5.9030Pb ¿ 100 ml 0.1 331.21 99.5 3.3287

RESULTADOS:

CUADRO 1

DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO QUÍMICO EN FUNCIÓN DEL VOLÚMEN DE DISOLVENTE A TEMPERATURA Y PRESIÒN CONSTANTE

FRASCO1 F2 F3 F4MASA (g) 0.5 0.5 0.5 0.5

VOLÚMEN DISOLUCI

ÓN(mL)

20 40 60 80

A Precipitado blanco

Sobrenadante Muy turbio

Poco Precipitado

SobrenadantePoco turbio

Poco Precipitado

SobrenadanteTurbio

Muy poco precipitado

Sobrenadante Casi

transparente

7

B Precipitado blanco

abundanteSobrenadante

Muy turbio

Poco Precipitado

SobrenadantePoco turbio

Poco Precipitado

SobrenadanteTurbio

Muy poco precipitado

Sobrenadante Casi

transparente

C Precipitado blanco

abundanteSobrenadante

Muy turbio

Poco Precipitado

SobrenadantePoco turbio

Poco Precipitado

SobrenadanteTurbio

Muy poco precipitado

Sobrenadante Casi

transparenteTEMPERATURA AFECTADA

B Mucho Precipitado blanco pero menos que sin calentar

Sobrenadante turbio

Sobrenadante cristalinoMuy poco

Precipitado blanco

Sobrenadante cristalinoMuy poco

precipitado blanco

24 hrs despuésB mucho

PrecipitadoSuspendido

Sobrenadante turbio

PocoPrecipitadoSuspendido

Sobrenadante turbio

Poco precipitado

blancoSobrenadante

cristalino

Muy poco precipitado

blanco y sobrenadante

cristalinoTIEMPO DE AGITACIÒN = 10 MINUTOS

TEMPERATURA ANTES DE AGITAR= 19-20ºC

TEMPERATURA A LOS 10 MINUTOS DE AGITACIÒN= 23-24ºC

CUADRO 2

FRASCO1 F2 F3 F4MASA(g) 0.5 0.5 0.5 0.5VOLÚMENDISOLUCIÓN(ml)

20 40 60 80

TIEMPO DE AGITACIÓN(10min)A Mucho

precipitadoPoco precipitado

Poco precipitado

Muy poco precipitado

8

Sobrenadante turbio

Sobrenadante turbio

Sobrenadante turbio

enSobrenadantecristalino

BCDESPUES DE 24 HRSA Mucho

precipitadoSobrenadante cristalino

poco precipitadoSobrenadante cristalino

poco precipitadoSobrenadante cristalino

Muy poco precipitadoSobrenadante cristalino

B Precipitado abundanteSobrenadante turbio

Precipitado suspendido y en el fondoSobrenadante cristalino

Poco precipitadoSobrenadante cristalino

Muy poco precipitadoSobrenadante cristalino

AGREGANDO NaCl4 mL 8 mL 10 mL 12 mL

C Màs precipitado que en A1

Menos precipitado que en A2

Màs precipitado que en A3

Màs precipitado que en A4

AGREGANDO Pb(NO3)2

D 5 mL 5 mL 5 mL 5 mLAGITACIÒN (10 min)24 hrs despuésD Mucha

cantidad de soluto suspendido Transparente

Mucha cantidad de solutoSuspendido transparente

poco soluto suspendidoTransparente

Poco solutoNo suspendidoTransparente

ELABORACIÒN DE RESULTADOS

PbCl2 (sol)↔Pb(ac)2+¿+2Cl(ac)¿ Ionizaciòn global

K=[Pb2 ] [Cl]2

[PbCl2 (s ) ] Ec.1

K=[Pb2 ] [Cl]2

K ……………(2)

K k=¿

9

K s=¿ …….(3)

Keq=[¿ ]molL

Ks=|1S||2S|2

Ks=|1S||4 S2|

Ks=4 S3

1.6 x10−5=4 s3

S3=√ 1.6 x10−5

4

s=0−015874 M→g

eUbicarlo:

< = >

___________________________________________

No precipita KPS si precipita

(disol.concentrada) (heterogénea)

Estimar la solubilidad del plomo en gr/mL

Xg PbCl2 R . A=1ml( 0.015874mmol PbCl21ml )( 278mg PbCl2R . P1mmol PbCl2 )( 100mg PbCl2R . A99.5mgPbCl2R .P )( 1 g PbCl2R . A

103mg PbCl2R . A )=4.43 x10−3g

PbCl2R . A

Xg PbCl2 R . A=20ml PbCl2( 4.43 x 10−3g PbCl2 R . A

1ml PbCl2 )=0.0886 g PbCl2 R . A

Xg PbCl2 R . A=40ml PbCl2( 4.43 x10−3 g PbCl2R . A

1ml PbCl2 )=0.1772g PbCl2 R . A

10

Xg PbCl2 R . A=60ml PbCl2( 4.43 x 10−3g PbCl2 R . A

1ml PbCl2 )=0.2658 g PbCl2R . A

Xg PbCl2 R . A=80ml PbCl2( 4.43 x 10−3g PbCl2R . A

1ml PbCl2 )=0.3544 gPbCl2R . A

VOL (mL) g. iniciales(g) g. disueltos(g) g. no disueltos(g)20 .5 0.0886 0.411440 .5 0.1772 0.322860 .5 0.2658 0.234280 .5 0.3544 0.1456

ANÀLISIS Y DISCUSIÒN:

Se resolvió un problema de tipo cualitativo en donde el fenómeno que se estudia es el desplazamiento del equilibrio químico de disolución de un electrolito poco soluble en medio acuoso.

Las variables que se tomaron en cuenta para resolver el problema son las que presentamos en las hipótesis y objetivos establecidos anteriormente (4,5)

El equilibrio de ionización se encuentra en la ecuación que está en la página ( 9)

Interpretando los resultados de las tablas se observó un precipitado blanco sobrenadante (muy turbio, poco turbio, turbio y casi transparente). En las muestras con cambio de temperatura En la muestra B1 se observa cualitativamente más precipitado sobrenadante que A1, por lo que la mezcla es heterogénea. En B2 se observa más igual de precipitado, por lo que la mezcla sigue siendo heterogénea. En B3 Poco precipitado blanco sobrenadante cristalino, parecido a A3 En B4 Muy poco precipitado blanco y sobrenadante cristalino, parecido a B3, poco parecido a A4 por lo que podemos inferir que si las distintas muestras precipitan la mezcla será heterogénea y si no precipitan la disolución es concentrada así como también si la solubilidad de PbCl2 es igual al producto de solubilidad (KPS) la mezcla será saturada.

En la serie C se agregó NaCl, muestra C1 se muestra cualitativamente que hay más precipitado que en A1, parecido a B1 por lo que es heterogéneo. En C3 Menos precipitado que en A2 parecido a B2. En C3 Más precipitado que en A3 parecido a B3. C4 Más precipitado que en A4 parecido a B4 en esta serie podemos inferir que las muestras varían dependiendo de la concentración.

En la serie D se agregó Pb (NO3)2, en la muestra D1 Mucha cantidad de soluto suspendido transparente, parecido a C1 poco parecido a A1. En D2 Mucha

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cantidad de soluto suspendido transparente nada parecida a C2 ni a A2. En D3 Poco soluto suspendido poco parecido a C3, parecido a A3. En D4 Poco soluto no suspendido transparente poco parecido a C4, muy parecido a A4, podemos mostrar que la mayoría de estas muestras coinciden con las de la seré A .

CONCLUSIÒN:

En conclusión comenzando por el planteamiento del problema que se resolvió estudiamos el equilibrio quìmico de disolución de un electrolito poco soluble el cual alteramos con distintos factores como la temperatura,el volumen, ion común, iòn salino,esto nos dio como resultado concluir que los factores antes mencionados si influyen en su equilibrio. Se observó cualitativamente el comportamiento del equilibrio químico mediante la cantidad de sedimento disperso en el fondo del recipiente y el sobrenadante como se muestra en el cuadro 1 y 2 de resultados.

En la elaboración de resultados presentamos la ecuación de ionización global con la cual obtuvimos la K de equilibrio y asi mismo la solubilidad de PbCl2 basado en esto nos pudimos dar cuenta si nuestra mezcla estuvo saturada o no en los distintos casos (volúmenes) que presentamos.

Todos nuestros objetivos fueron alcanzados asi como también la confirmación de las hipótesis planteadas anteriormente (pàg 5) las cuales confirmamos mediante la experimentación y observación como lo establece el principio de Le Chatelier

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