Laboratorio N° 01:
“EQUILIBRIO QUÍMICO” (DETERMINACIÓN DE LA CTE. DE EQUILIBRIO POR EL MÉTODO COLORIMÉTRICO)
I. OBJETIVOS:
Determinar cuantitativamente las concentraciones de las especies presentes en un sistema en equilibrio. Búsqueda de una expresión matemática que relacione la concentración de cada especie a partir de eso !allar el " c.
II. FUNDA FUNDAMEN MENTO TO TEÓRI TEÓRICO: CO: Equilibri qu!"i# #s la denominación que se !ace a cualquier reacción reversible cuando se observa que las cantidades relativas de dos o más sustancias permanecen constantes$ es decir$ el equilibrio qu%mico se da cuando la concentración de las especies participantes no cambia$ de i&ual manera$ en estado de equilibrio no se observan cambios '%sicos a medida que transcurre el tiempo. ( pesar pesar de que un sistem sistemaa qu%mi qu%mico co en equ equili ilibri brioo parece parece que no se modi'i modi'ica ca con el tiempo$ esto no si&ni'ica que no está ocurriendo nin&ún cambio. )nicialmente$ los reactivos se combinan para 'ormar los productos$ pero lle&a un momento en que la cantidad de producto es los su'icientemente &rande que estos productos reaccionen entre s% volviendo a 'ormar los reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones: directa e inversa. #l equilibrio se alcan*a cuando los reactivos se trans'orman en productos con la misma veloci velocidad dad que los product productos os vuelven vuelven a trans'o trans'orma rmarse rse en reacti reactivos vos +veloci +velocidad dad de reacción directa i&ual a velocidad de reacción inversa,.
C$%i#i$&' •
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-n sistema en equilibrio debe cumplir los si&uientes requisitos: ólo puede existir equilibrio en un sistema aislado: un sistema en el que ni la ener&%a ni las sustancias entren o sal&an continuamente.
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/uando se alcan*a el estado de equilibrio$ las propiedades observables del sistema +color$ masa del reactivo sin reaccionar$ temperatura$ etc.,$ no var%an con el tiempo. oda situación de equilibrio se altera cuando se modi'ica la T&"(&r)*ur)$ pero se restablece cuando el sistema vuelve a la temperatura ori&inal. ambin puede !aber modi'icaciones en el equilibrio con variaciones en la (r&'i+$, -lu"&$ con variaciones en la concentración de las sustancias participantes en la reacción.
Cu)$*ii#)#i+$ %&l &quilibri qu!"i# /uando se alcan*a el estado de equilibrio$ las concentraciones de los reactivos los productos se encuentran en una relación numrica constante. #xperimentalmente se comprueba que las concentraciones de las sustancias implicadas en un sistema en equilibrio se encuentran relacionadas por la si&uiente expresión matemática:
)A / bB 0#C / %D Las letras a$ b$ c d son los coe'icientes estequiomtricos de las especies reactivas ($ B$ / D. 2ara la reacción a una temperatura dada:
#n donde 3 es la constante de equilibrio. La ecuación es la expresión matemática de la le de acción de masas$ propuesta por los qu%micos norue&os /ato 4ulder& peter 5aa&e en 1678. #sta le establece que para una reacción reversible en equilibrio a una temperatura constante$ la relación determinada de concentraciones de reactivos productos tiene una valor constante " +la constante de equilibrio,.9bserve que aunque las concentraciones pueden variar$ el valor de " para una reacción determinada permanece constante$ siempre cuando la reacción este en equilibrio la temperatura no cambie. La valide* de esta ecuación de la le de acción de masas quedo establecida al estudiar muc!as reacciones reversibles. #n consecuencia$ la constante de equilibrio se de'ine por un cociente$ cuo numerador se obtiene multiplicando las concentraciones en equilibrio de los productos$ cada una de las cuales esta elevada a una potencia i&ual a su coe'iciente estequiomtrico en la ecuación balanceada. #l denominador se obtiene aplicando el mismo procedimiento para las concentraciones de equilibrio de los reactivos. La ma&nitud de la constante de equilibrio indica si una reacción en equilibrio es 'avorable a los productos o a los reactivos. i " es muc!o maor que 1 +esto es$ "1,$ el equilibrio se despla*ara !acia la derec!a$ 'avorecerá a los productos. 2or el contrario$ si la constante de equilibrio es muc!o menor que 1 +es decir$ ";1,$ el equilibrio se despla*ara a la i*quierda 'avorecerá a los reactivos.
1&r*urb)#i+$ %&l &quilibri qu!"i#2 (ri$#i(i %& L)*&li&r
#l rendimiento de una reacción qu%mica se ve disminuido por la tendencia a alcan*ar el estado de equilibrio$ a que los reactivos no se trans'orman al cien por ciento en productos. 2ara conse&uir que el equilibrio se rompa despla*ándose en el sentido que nos interesa$ es necesario saber qu 'actores se puede modi'icar. Los cambios de cualquiera de los 'actores: presión$ temperatura o concentración de las sustancias resultantes$ pueden !acer que una reacción qu%mica evolucione en uno u otro sentido !asta alcan*ar un nuevo estado. odos los cambios que a'ectan el estado de equilibrio son predecibles se&ún el principio de Le /!enr Le /!
C)"bi %& #$#&$*r)#i+$: upon&amos el si&uiente sistema en equilibrio: ( C B ó / C D. i se a&re&a al&una de las sustancias reaccionantes$ por eemplo ($ se 'avorece la reacción que tiende a consumir el reactivo aEadido. (l !aber más reactivo ($ la velocidad de reacción !acia los productos aumenta$ como en el estado de equilibrio las velocidades de reacción son i&uales en ambos sentidos$ se producirá un despla*amiento de la reacción !acia los productos. #s decir$ se 'ormará una maor cantidad de / D$ !asta alcan*ar un nuevo estado de equilibrio. De i&ual modo podemos predecir qu e'ectos tendr%a un aumento en la concentración de cualquiera de los productos / o D. (l aumentar /$ por eemplo$ el equilibrio se despla*ar%a !acia los reactivos$ a que la velocidad de reacción aumentar%a en ese sentido !asta alcan*ar un nuevo estado de equilibrio. (l disminuir la concentración de al&uno de los reactivos$ retirando parte de ( o B$ tambin podemos alterar el equilibrio qu%mico. e&ún el 2rincipio de Le /!
C)"bi %& l) *&"(&r)*ur): i en un equilibrio qu%mico se aumenta la temperatura$ el sistema se opone al cambio despla*ándose en el sentido que !aa absorción de calor$ esto es$ 'avoreciendo la reacción endotrmica. 2or el contrario$ al disminuir la temperatura se 'avorece el proceso que &enera calorF es decir$ la reacción exotrmica.
C)"bi %& l) (r&'i+$: La variación de la presión en un equilibrio$ sólo in'lue cuando intervienen sustancias en estado &aseoso se veri'ica una variación en el número de moles entre reactivos productos. -n aumento de presión 'avorecerá la reacción que implique una disminución de volumen. #n cambio$ si se disminue la presión$ se 'avorecerá la reacción en la que los productos ocupen un volumen maor que los reactivos.
C)*)li4)%r&': No modi'ican el sentido del equilibrio$ estos a'ectan la ener&%a de activación tanto a la derec!a como a la i*quierda$ por lo tanto solamente cambian la cantidad de tiempo necesario para alcan*ar el equilibrio
III. 1ROCEDIMIENTO E51ERIMENTAL: ). M)*&ri)l&'
? tubos de ensao 1 probeta de ?0 mL 1 pipeta de 10 mL 1 vaso de precipitado de ?00 mL 1 piseta 1 re&la milimetrada 1 marcador indeleble 1 'luorescente 1 ba&ueta 1 propipeta
b. R&)#*i-'
iocianato de 2otasio 3/N 0$00GH Nitrato de 'errico Ie+N9, 0$GH (&ua destilada
#. 1r#&%i"i&$* 1. e prepara G?J.? ml de solución de 3/N a 0.00GH G0 ml de Ie+N9, a 0.GH.
G. e extrae ? ml de 3/N 0.00GH con la propipeta para a&re&ar en ? tubos de ensaos respectivamente enumerados. . (l tubo numero 1 se le aEade ? ml de Ie+N9, 0.GH$ este será el que se usara como patrón. 8. e prepara la solución a 0.06H de Ie+N9,$ para esto a la probeta que contiene 10 ml de Ie+N9, 0.GH a&re&o a&ua !asta los G? ml$ me*clamos bien de esta nueva solución a&re&amos ? ml al tubo numero G.
?. De los G0 ml de Ie+N9, 0.06H se desec!an 10ml$ con el resto se completa con a&ua !asta los G? ml para as% obtener 0.0GHde Ie+N9,$ se toma ? ml de esta se vierte en el tubo numero .
7. De los G0 ml de Ie+N9, 0.0GH se desec!an 10ml$ con el resto se completa con a&ua !asta los G? ml para as% obtener 0.01G6H de Ie+N9,$ se toma ? ml de esta se vierte en el tubo numero 8.
J. De los G0 ml de Ie+N9, 0.01G6H se desec!an 10ml$ con el resto se completa con a&ua !asta los G? ml para as% obtener 0.0?1GHde Ie+N9,$ se toma ? ml de esta se vierte en el tubo numero ?.
6. -na ve* que tenemos preparadas las ? soluciones se procede a conectar el 'luorescente a la corriente elctrica para comparar el color de la solucion del primer tubo con respecto a los demas.
A.
A. e toma la medida del primer tubo o tubo patrón el cual toma una medida de J.1cm.
10. Los tubos 1 G se envuelven con un papel blanco$ deando el 'ondo de los tubos al descubierto$ se inclinan ambos tubos observándose en el primer tubo que el paso de lu* es menor que en el se&undo tubo$ !aciendo que los colores de ambas soluciones sean di'erentes para lo cual se va extraendo un poco de solución del primer tubo !asta que el paso de lu* del se&undo tubo sea i&ual al del primer tubo. Lue&o se mide la altura del primer tubo$ la cual marca 7.1cm mientras que la del tercer tubo marca J$1cm
11.
Los tubos 1 se envuelven con un papel blanco$ !aciendo que los colores de ambas soluciones sean di'erentes para lo cual se va extraendo un poco de solución del primer tubo !asta que el paso de lu* del tercer tubo sea i&ual al del primer tubo. Lue&o se mide la altura del primer tubo$ la cual marca 8$?cm mientras que la del tercer tubo marca J$1cm.
1G. Los tubos 1 8 se envuelven con un papel blanco$ !aciendo que los colores de ambas soluciones sean di'erentes para lo cual se va extraendo un poco de solución del primer tubo !asta que el paso de lu* del tercer tubo sea i&ual al del primer tubo. Lue&o se mide la altura del primer tubo$ la cual marca G$??cm mientras que la del tercer tubo marca J$1cm.
1. Los tubos 1 ? se envuelven con un papel blanco$ !aciendo que los colores de ambas soluciones sean di'erentes para lo cual se va extraendo un poco de solución del primer tubo !asta que el paso de lu* del tercer tubo sea i&ual al del primer tubo. Lue&o se mide la altura del primer tubo$ la cual marca 1$??cm mientras que la del tercer tubo marca J$1cm.
18. -na ve* obtenidas las alturas correspondientes en cada tubo pasamos a calcular la constante de equilibrio K en cada tubo c
IV. C6LCULOS 7 RESULTADOS:
/KL/-L9 2(( L( 2#2((/)MN D# 9L-/)9N#:
-
@ 2rimero preparamos una solución de 3/N a 0.0?1? H
@ (!ora lo diluimos !asta 0.00G H
D(9 /KL/-L9: abla de datos:
ALTURA DEL TUBO ESTÁNDAR
1
2
TUB OS 3
7.1
6.1
4.5
4
5
2.55
1.15
ALTURA DE LAS SOLUCIONES
7.1
7.1
7.1
7.1
7.1
1. e determinó la ra*ón de altura experimental de cada par de tubos:
G. /alculamos la concentración del ión /N@ :
2or lo tanto$ la concentración del ión /N@ en la reacción a no será de 0.00G H sino de 0.001 H.
. (!ora calculamos la concentración del ión compleo O+Ie/N,GC+ac,P en el equilibrio:
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ubo G:
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ubo :
•
ubo 8:
•
ubo ?:
8. >allamos la concentración del ión IeC+ac, en la reacción para cada tubo: •
/oncentración del ión IeC en el tubo G:
•
/oncentración del ión IeC en el tubo :
•
/oncentración del ión IeC en el tubo 8:
•
/oncentración del ión IeC en el tubo ?:
?. /alculamos la concentración del ión IeC+ac, en equilibrio:
•
ubo G:
•
ubo :
•
ubo 8:
•
ubo ?:
7. >allamos la concentración en equilibrio del ión /N@+ac,$ en los tubos respectivos:
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ubo G:
•
ubo :
•
ubo 8:
•
ubo ?:
J. #mpleando las concentraciones en equilibrio que se !a calculado para cada especie$ !allamos la constante de equilibrio +3 c,: La reacción qu%mica que se da en cada tubo es la si&uiente:
#ntonces$ su contante de equilibrio 3c$ en cada tubo$ se !allará de la si&uiente 'orma:
•
3 / para el tubo G:
•
3 / para el tubo :
•
3 / para el tubo 8:
•
3 / para el tubo ?:
V. CONCLUSIONES: •
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e aprendió una nueva tcnica para determinar el equilibrio que se da en una reacción reversibleF esta tcnica se determina Qcolorimetr%aR. La tcnica mencionada anteriormente se re'iere al aspecto cualitativo del equilibrio$ además se pudo aplicar la le de Beer@Lambert$ le explica que !a una relación exponencial entre la transmisión de lu* a travs de una sustancia la concentración de la sustancia. #l mtodo colorimtrico nos permitió !allar la concentración de cada una de las especies en equilibrio$ con ello !allamos el 3 c. La constante de equilibrio depende de la concentración de las sustancias en el equilibrioF en nuestros cálculos observamos que la constante de equilibrio de cada reación en los tubos es di'erente va en aumento$ debido a que !acemos variar la concentración de Ie/l. La concentración en el equilibrio del Ie/NCG+aq, depende de la concentración inicial del IeC en una proporción directa. e observa '%sicamente que las propiedades del sistema en equilibrio no cambian.
VI. BIBLIO8RAFÍA:
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