_Guia de Laboratorio de Fisicoquimica HERNANDEZ-UIGV

Guía de Laboratorio

 FISICOQUÍMICA  –   –  FISICOQUÍMICA

PRÁCTICA # 1 Importancia de la toma de muestra representativa y su relacion con el tiempo de disolución en medicamentos DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernandez Guerra

I.

MARCO TEÓRICO La finalidad de la guía es servir de introducción a la validación de métodos para valorar de forma cuantitativa y a la verificación del funcionamiento del equipo del laboratorio. Su diseño responde al deseo de que sirva de orientación práctica en las competencias y para poder analizar los métodos en el marco y con los criterios de garantía de calidad actuales. El muestreo representativo juega un papel muy importante en la calidad y la utilidad de los datos analíticos. El muestreo representativo debe tener altos niveles de precisión y exactitud, que garanticen que una muestra o grupo de muestras sea representativa y proporcione con precisión las características del sitio, además de que los resultados sean reproducibles. La exactitud se refiere a la aproximación del valor del análisis de suelo con respecto al contenido real en campo, y la precisión describe la posibilidad de reproducir de los resultados. Los procedimientos descritos en la guía constituyen una síntesis de la experiencia de científicos respetados de todo el mundo. Además, como elemento de la garantía de calidad y de las buenas prácticas de laboratorio, muchas organizaciones profesionales han elaborado directrices para la validación de métodos, que se han tenido en cuenta al preparar la guía.  Aunque los detalles de los protocolos de validación de métodos varíen según su contexto, también ha un conjunto común de principios que subyace en todos los sistemas. En general, en la presente guía se intenta promover medidas nacionales, y armonizarlas, estableciendo unas directrices aceptables dentro de la coyuntura académica. También es importante señalar que se centra específicamente en la cuestión de la garantía de calidad y las buenas prácticas en los laboratorios de análisis de los productos farmacéuticos. También puede servir como material educativo y como instrumento para incitar a los laboratorios a considerar los problemas que plantea la garantía de calidad.

II.

COMPETENCIAS a) Identificar la existencia de capacidades, capacidades, habilidades habilidades y aptitudes que que el estudiante, en su conjunto y trabajo en equipo, permiten a al persona resolver problemas y situación de la vida. b) Capacidad del estudiante para comprender, comprender, utilizar y reflexionar sobre los hechos experimentales, con el propósito de alcanzar sus objetivos personales, desarrollar su conocimiento y criterio crítico.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS   Mortero  Vaso de precipitados de 100 mL  Espátula de metal  Matraz de Erlenmeyer  Plata petri  Balanza de tres brazos  Balanza digital   Bagueta   Pizeta  Hornilla eléctrica  Luna de reloj   Termómetro  Vaso de precipitados de 250 mL

I.

MARCO TEÓRICO La finalidad de la guía es servir de introducción a la validación de métodos para valorar de forma cuantitativa y a la verificación del funcionamiento del equipo del laboratorio. Su diseño responde al deseo de que sirva de orientación práctica en las competencias y para poder analizar los métodos en el marco y con los criterios de garantía de calidad actuales. El muestreo representativo juega un papel muy importante en la calidad y la utilidad de los datos analíticos. El muestreo representativo debe tener altos niveles de precisión y exactitud, que garanticen que una muestra o grupo de muestras sea representativa y proporcione con precisión las características del sitio, además de que los resultados sean reproducibles. La exactitud se refiere a la aproximación del valor del análisis de suelo con respecto al contenido real en campo, y la precisión describe la posibilidad de reproducir de los resultados. Los procedimientos descritos en la guía constituyen una síntesis de la experiencia de científicos respetados de todo el mundo. Además, como elemento de la garantía de calidad y de las buenas prácticas de laboratorio, muchas organizaciones profesionales han elaborado directrices para la validación de métodos, que se han tenido en cuenta al preparar la guía.  Aunque los detalles de los protocolos de validación de métodos varíen según su contexto, también ha un conjunto común de principios que subyace en todos los sistemas. En general, en la presente guía se intenta promover medidas nacionales, y armonizarlas, estableciendo unas directrices aceptables dentro de la coyuntura académica. También es importante señalar que se centra específicamente en la cuestión de la garantía de calidad y las buenas prácticas en los laboratorios de análisis de los productos farmacéuticos. También puede servir como material educativo y como instrumento para incitar a los laboratorios a considerar los problemas que plantea la garantía de calidad.

II.

COMPETENCIAS a) Identificar la existencia de capacidades, capacidades, habilidades habilidades y aptitudes que que el estudiante, en su conjunto y trabajo en equipo, permiten a al persona resolver problemas y situación de la vida. b) Capacidad del estudiante para comprender, comprender, utilizar y reflexionar sobre los hechos experimentales, con el propósito de alcanzar sus objetivos personales, desarrollar su conocimiento y criterio crítico.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS   Mortero  Vaso de precipitados de 100 mL  Espátula de metal  Matraz de Erlenmeyer  Plata petri  Balanza de tres brazos  Balanza digital   Bagueta   Pizeta  Hornilla eléctrica  Luna de reloj   Termómetro  Vaso de precipitados de 250 mL

IV. PROCEDIMIENTOS Cuando se ha decidido realizar una investigación sobre algún fenómeno y no se puede observar o medir a todos los posibles sujetos de estudio se recurre, a seleccionar una muestra de los sujetos de estudio para examinarlos. La idea es que la información recogida en ese conjunto de luces sobre el fenómeno en la totalidad de los posibles sujetos de estudio. Lo que se desea es traspasar los resultados obtenidos en la muestra a todo el conjunto de la población. En términos técnicos esto se denomina inferir los resultados de la muestra a la población. Partiendo del siguiente resultado: 83 de las 92 muestras que cumplen con los requisitos de la farmacopea. Las nueve muestras observadas (representan el 10 %) quieren decir que no todo cumple con la prueba de disolución. Este fue el único parámetro para poder indicar un resultado que no hubo cumplimiento. El tiempo de disolución insuficiente es un problema común en los productos producido por empresas con sede en países de bajo o medianos ingresos, debido a que la técnica para la obtención de un periodo de disolución adecuada es difícil. Desde que la disolución es afectada, la absorción en la sangre y posteriores niveles farmacológicos, es decir una mala disolución, pueden influir en los resultados terapéuticos. Seguir las indicaciones del profesor.

V.

RESULTADOS Desarrollar según las indicaciones del profesor. Ejemplo:

Productos farmacéuticos

N° de muestras analizadas

N° de muestras que pasaron

Doxycycline Sulfamethoxazole/trimpethoprim Sulfamethoxazole/trimpeth oprim Ibuprofen  Amoxicillin Ferrous sulphate Sulfadoxine/Pyrimethamine Ciprofloxacin Fluconazole Metronidazole Quinine-sulphate

9 11 10 9 9 7 10 7 11 9

8 7 10 9 9 6 10 6 11 7

La calidad de los productos farmacéuticos ha sido y debe ser una preocupación para todos: fabricantes, proveedores, reguladores y los usuarios finales y la atención de salud por los profesionales hacia los pacientes. Deben poseer calidad en su servicio y las especificaciones de calidad de los medicamentos. Es importante que las especificaciones sean estrictas y necesarias en bien de la salud.

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la importancia de la toma y preparación de la muestra. 2. ¿Qué entiende por un analito? 3. ¿Cuál es la importancia de la bioseguridad para la toma de muestra? 4. ¿Qué entiende por metrología química? 5. Indicar otras técnicas para la toma de muestras. 6. ¿Cuáles son las diferencia entre muestra de referencia y muestra de retención? 7. ¿Qué es una muestra representativa? 8. ¿Por qué es importante los envases para la toma de muestras? 9. ¿Qué entiende por una evaluación cuantitativa, cualitativa y semicuantitativa? 10. ¿Cuáles son los errores que influyen en la veracidad de la toma de muestra e indique ejemplos de toma de muestra incorrectas? VII. FUENTES DE INFORMACIÓN 

http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/libros/459/cap3.html



https://www.google.com.pe/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF8#q=LIBROS+DE+TOMA+DE+MUESRAS



http://www.ine.cl/canales/menu/publicaciones/estudios_y_documentos/ estudios/buenaspracticastomademuestras_7.pdf 

VIII. ANEXOS: TOMA DE MUESTRAS INTRODUCCIÓN La toma y preparación de una muestra es un problema complejo que tiene muchas variables, así, antes de plantear el sistema de muestreo, envasado y preparación de la muestra es fundamental plantearnos:     

¿Qué hay que determinar y por qué? ¿Dónde? ¿En qué nivel de concentración se espera encontrar el analito o analitos? ¿Qué implicaciones tendrán los resultados?

La toma de muestras es una operación importante en la que sólo se toma una pequeña fracción de un lote. No pueden sacarse conclusiones válidas sobre la totalidad basándose únicamente en pruebas que se han realizado en muestras no representativas. Así pues, la correcta toma de muestras es una parte esencial de un sistema de Garantía de Calidad.

PERSONAL El personal que toma las muestras recibirá una formación regular, tanto inicial como continua, en las disciplinas pertinentes para la correcta toma de muestras. Esta formación incluirá:  

Planes de toma de muestras Procedimientos escritos de toma de muestras

    

Técnicas y equipos para la toma de muestras, Riesgos de contaminación cruzada Precauciones que hay que tomar con respecto a sustancias inestables y/o estériles Importancia de la evaluación del aspecto visual de materiales, envases y etiquetas Importancia del registro de cualquier circunstancia inesperada o inusual.

PRINCIPIO Las muestras se mantienen con dos propósitos; en primer lugar, para servir como muestra para controles analíticos y, en segundo lugar, para tener un ejemplar de producto completamente terminado. Por lo tanto, las muestras pueden incluirse en dos categorías: 

Muestras de referencia: muestra de un lote de material de partida, material de acondicionamiento o de producto terminado que se conserva con el propósito de servir como muestra para análisis en caso de que sea necesario, durante el periodo de validez del lote en cuestión. Siempre que la estabilidad lo permita, se conservarán asimismo muestras de productos obtenidos en fases intermedias críticas de la fabricación (p. ej. aquellos que requieran controles analíticos y liberación) o de productos intermedios que se envíen fuera del control del fabricante.



Muestras de retención: muestra de un producto completamente acondicionado tomada de un lote de producto terminado. Se almacena con fines de identificación, por ejemplo, en lo referente a la presentación, material de acondicionamiento, etiquetado, prospecto, número de lote o fecha de caducidad si es necesario, durante el período de validez del lote en cuestión. En casos excepcionales, pueden satisfacerse estas necesidades sin almacenar muestras duplicadas, p. ej. cuando se acondicionan pequeñas cantidades de un lote para distintos mercados o en la producción de medicamentos muy caros.

Para los productos terminados, en muchos casos las muestras de referencia y de retención tendrán una apariencia idéntica, es decir, como unidades completamente acondicionadas. En tales circunstancias, las muestras de referencia y de retención pueden considerarse como intercambiables.

REPRESENTATIVIDAD DE LA TOMA DE MUESTRA Un plan de toma de Muestra debe asegurar que la muestra obtenida refleje adecuadamente las propiedades que interesan del lote del que proviene, es decir la muestra final debe ser:   

Tan similar como sea posible a la población global a analizar Poseer sus características esenciales Ser reproducible

Para conseguir todo esto es necesario seleccionar subáreas y métodos de toma de muestra en base a criterios estadísticos y/o la experiencia previa.  Al aumentar el número y volumen de las muestras aumenta la representatividad, pero las consideraciones económicas y de conveniencia

introducirán límites en ambos, ya que no se pueden manejar y transportar toneladas de muestra, y que al final, la técnica analítica a emplear limitará aún más la cantidad de la muestra para análisis.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REPRESENTATIVIDAD DE LA TOMA DE MUESTRA 







Estado físico del lote de muestra, en general los materiales sólidos son heterogéneos, y más cuanto mayor es su extensión, pero no podemos generalizar, pues para un determinado analito pueden en ocasiones presentar homogeneidad, en lo que se refiere a líquidos y gases, se tiene una idea generalizada de que presentan un mayor grado de homogeneidad, pero si analizamos el agua de un lago, encontramos grandes diferencias entre las muestras de superficie, las de media altura y las de fondo, así como entre las obtenidas en el centro o las próximas a la orilla o a una zona donde llegan aportes, por ejemplo. Número y tamaño de las porciones, para cada población, se determina estadísticamente el número mínimo de porciones y su tamaño para que la muestra resulte representativa sin disparar el coste económico y de personal. Fluctuaciones estacionales o temporales, el momento de la toma de muestra puede verse influido por variaciones espaciotemporales producidas por aspectos climatológicos o temporales, temperatura, humedad, presencia de contaminantes o componentes que fluctúen con la hora del día, la época del año, etc. Manipulación, almacenamiento y transporte de las muestras, durante las operaciones de toma, cuarteo, reducción del tamaño de partícula por molienda, tamizado o envasado de la muestra o en el posterior transporte y almacenamiento debe prevenirse que los analitos pueden sufrir alteraciones o pérdidas.(oxidación, aumento o disminución de la humedad, intercambio de componentes con el recipiente, etc.).

DISEÑO DE UN PLAN DE TOMA DE MUESTRAS El diseño del plan de toma de muestras consta de al menos cinco etapas: 1. 2. 3. 4. 5.

Definición de objetivos. Selección del lote de muestra, analitos y métodos analíticos. Diseño del método y procedimiento operativo. Selección de métodos de preservación y pretratamiento de la muestra. Redacción del protocolo.

En la primera etapa, en base al problema a resolver fijaremos el tipo de toma de muestra a establecer, aleatorio, sistemático, y si en base a la homogeneidad o heterogeneidad del lote y a los propósitos que perseguimos habrá que mantener muestras individuales o prepara muestra compuesta, integrada, etc. En la segunda, se comenzará definiendo claramente la zona exacta que ocupa la población objeto de determinación, estableciendo claramente sus límites espacio-temporales. Esta fase puede ser sencilla en algunos casos, pero crítica en otros, como por ejemplo en el caso de estudios medioambientales.

Seguidamente, en base a la precisión, exactitud, reproducibilidad y límites de detección necesarios, se establecerán, los métodos analíticos a emplear. Una vez fijados los métodos analíticos, en base a la incertidumbre de sus resultados, en las fases tercera y cuarta, empleando métodos estadísticos se establecerá el número y masa de las muestras, así como el espaciado con que se deben tomar. Se determinará el método de toma de muestra incluyendo la descripción detallada del procedimiento de obtención, equipo necesario, contenedores a emplear para conservarlas, indicando si se deberán mantener las muestras individuales, o la forma de proceder para preparar la muestra compuesta. También se hará constar los cuidados especiales para preservar las muestras, tales como refrigeración, aditivos, etc., y se establecerán las primeras etapas de tratamiento, especialmente las que contemplan la reducción de la muestra primaria hasta la de laboratorio.  Además se contemplarán los códigos a usar en el etiquetado y en el cuaderno de seguimiento de las muestras así como los aspectos legales y de seguridad del personal que sean de aplicación. Por fin, en la última fase se redactará el protocolo completo recogiendo todos los aspectos mencionados hasta ahora, y nunca se tomará como definitivo, ya que debe estar sometido a revisión continua en función de la experiencia por si resulta necesario mejorarlo o actualizarlo.

METODOLOGÍA DE LA TOMA DE MUESTRAS Básicamente hay cuatro formas de tomar las muestras, de las que tres están basadas en métodos estadísticos, el muestreo aleatorio, la toma de muestras sistemática y la toma de muestras estratificada, siendo la cuarta a criterio del técnico un método de toma de muestra arbitrario basado en la experiencia y que puede servir para una estimación inicial, por ejemplo, en la medida de la contaminación, determinar los puntos de toma de muestra en base a las zonas que se estiman más afectadas. 

Toma de muestras aleatoria Se suele emplear cuando se tiene poca información del lote a muestrear. Se divide el lote en zonas y se toman muestras de las zonas seleccionadas empleando tablas o programas generadores de números aleatorios. Para minimizar la posibilidad de que los números aleatorios seleccionen porciones de una sola zona del lote (fig.1), este método se suele complementar con la estratificación del lote. Esta estrategia obliga a tomar mayor número de muestras que las otras.



Toma de muestras sistemática Cuando se trata de tomar muestras en grandes áreas, se establecen sobre ella patrones de toma de muestra en forma de W, X ó S, útiles para lotes homogéneos o para una primera prospección (a ) , (b ) .

También pueden ser mallas regulares donde los puntos de toma de muestra pueden distribuirse regularmente (c ) , (d ) , agruparse (e )  o distribuirse, en un caso de estudio de contaminación, de forma radial alrededor de una fuente localizada del analito (f ) .

En caso de zonas más irregulares puede trazarse un eje y desde él trazar perfiles transversales (g ) .

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PRÁCTICA # 2 Valoración e identificación de las reacciones cromáticas para productos farmacéuticos DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernandez Guerra

I.

MARCO TEÓRICO Los elementos metálicos como el cobre, el hierro, el zinc, el aluminio, etc., son muy comunes; sin embargo, es raro encontrarlos puros en la naturaleza. Casi siempre aparecen en la corteza terrestre combinados con otros elementos formando minerales. Las propiedades físicas del estado sólido visto en los cristales y polvos en los fármacos y por parte de la industria farmacéutica. Los excipientes son de interés debido a que pueden afectar tanto a la producción de formas de dosificación y el desempeño del producto acabado. Polvos fino dispersos en forma de suspensiones en líquidos se utilizan en inyecciones y formulaciones en aerosol. Tanto aerosoles de polvos líquidos y secos están disponibles. Es esta práctica nos ocuparemos de la forma cristalina y el tamaño de las partículas de fármacos cristalinos y el efecto de estas características que tienen sobre el comportamiento de drogas, especialmente en la disolución del fármaco y biodisponibilidad. La solvatación: es una interacción de un soluto con un solvente que conduce a la estabilización de las especies del soluto en la solución. Los sólidos cristalinos pueden existir varias subfases, tales como polimorfos, solvatos (son sólidos menos solubles que el sólido original de donde se formo el solvato), hidratos (las formas hidratadas son más estables y menos solubles en agua), etc. Los polimorfos son diferentes formas cristalinas (con diferentes estados de energía libre) en una misma molécula o varias moléculas. Por otro lado, los solvatos, hidratos y cocristales son similares porque están constituidos en más de un tipo de molécula, uno de los cuales es el fármaco, mientras que el otro puede ser un disolvente orgánico (para formar un sulfato) o agua (para formar un hidrato), u otro sólido cristalino (para formas cocristales). Un cocristal: puede ser considerado como un material cristalino constituido por dos o más especies moleculares, que permanecen juntas por enlaces no covalentes.

 Ambos tipos de moléculas de participar en las ordenes de corto alcance y de largo alcance del cristal y por lo tanto estas subfases son considerados como formas cristalinas individuales que consisten en dos tipos de moléculas. La naturaleza de la forma cristalina de una sustancia-fármaco, puede afectar a su estabilidad en el estado sólido, sus propiedades de la solución y de la absorción. Es con este tema que empezamos, a considerar más adelante otras propiedades de estado sólido que son importantes en la producción y formulación. Recientemente, nanocristales de fármacos solubles se han producido para mejorar su disolución y su absorción. Para extraer los elementos metálicos es necesario disolver el mineral en el que se encuentran e identificarlos. Una reacción química tiene lugar si presenta uno o más de las siguientes características: 

Los cambio de color : diferentes combinaciones de moléculas reflejan la luz de forma diferente. Un cambio de color indica un cambio en las moléculas.

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Cambios en el contenido de calor : en todas las reacciones químicas, el contenido de calor de los reactivos y el contenido de calor de los productos nunca es el mismo. A veces la diferencia es grande y puede ser detectado fácilmente. En otras ocasiones, la diferencia es leve y más difícil de detectar.

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Gas producido: cada vez que se forma un producto gaseoso en una solución líquida, las burbujas se pueden ver. Un gas incoloro producido en una reacción de sólidos es mucho más difícil de detectar.



Precipitados: precipitados insolubles son productos formados por un reacción que tiene lugar en una solución líquida. Este producto insoluble finalmente se deposita en el fondo.

Los polimorfos son estructuras cristalinas del mismo compuesto que pueden organizarse al menos de dos formas diferentes; cada polimorfo puede presentar propiedades fisicoquímicas diferentes. Los solvatos e hidratos se forman al quedar atrapadas moléculas del disolvente o de agua dentro de la red cristalina; esto puede representar un problema si durante el periodo de almacenamiento las moléculas de disolvente se liberan de la red cristalina puede afectar la estabilidad de la forma farmacéutica. La capacidad de liberación de un fármaco dentro del paciente en forma eficiente, segura y barata depende en gran medida de las características fisicoquímicas del ingrediente farmacéutico activo (IFA).  Algunas drogas y otros tóxicos si se encuentran en concentraciones altas y en ausencia de compuestos que interfieran dan colores característicos con reactivos apropiados. Algunos de estos ensayos son prácticos y específicos. Hay otros compuestos que, al presentar grupos funcionales similares pueden también reaccionar y dar interferencia con los tóxicos y/o sus metabolitos.

La descripción del color suele ser muy subjetiva ya que las personas con visión normal suelen ver los colores producidos con distinta intensidad. Muchos de estos ensayos suelen ser realizados satisfactoriamente en tubos de vidrio limpios, cápsulas de porcelana o placas de toque y tiras reactivas. Estas últimas permiten minimizar los volúmenes de reactivos y muestra necesaria. Cuando se realizan los ensayos de color es importante analizar conjuntamente con la muestra un blanco de reactivo y un testigo positivo. Si la muestra es orina, el blanco y testigo se preparan sobre la misma matriz.

II.

COMPETENCIAS a) Identificar la existencia de capacidades, habilidades y aptitudes que el estudiante, en su conjunto y trabajo en equipo, permiten na la persona resolver problemas y situaciones de la vida. b) Capacidad del estudiante para comprender, analizar y reflexionar sobre los hechos experimentales, con el propósito de alcanzar sus objetivos, desarrollar su conocimiento y pensamiento crítico.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS   Mortero  Vaso de precipitados de 100 mL  Matraz de Erlenmeyer  Placa petri  Balanza de platillo  Balanza digital   Bagueta   Piceta  Luna de reloj   Termómetro  Vaso de precipitados de 250 mL   Reactivos

IV. PROCEDIMIENTO Un precipitado es un sólido que se forma fuera de la solución. Un ejemplo común es la de la mezcla de dos soluciones claras: nitrato de plata AgNO3 y cloruro de sodio NaCl:

→

→

La reacción es: AgNO3 + NaCl

→

AgCl + NaNO3

Se forma un precipitado debido a que el sólido (AgCl) es insoluble en agua. Esto es cierto para todos los precipitados, los sólidos son insolubles en soluciones acuosas. La reacción de precipitación ocurre a nuestro alrededor. Por ejemplo, a veces las tuberías en nuestros hogares se obstruyen debido a precipitados de magnesio y calcio, porque los óxidos se han depositados a sí mismos dentro de los tubos. Esto puede suceder con el agua “dura”. Un cálculo renal es nada más que un precipitado a menudo de iones de calcio y oxalatos. Se sugiere a menudo que una buena manera de evitar los cálculos renales es beber mucha agua. Esto ayuda debido a que la solubilidad de los precipitados aumenta con la cantidad de agua, evitando así la formación del estado sólido en el riñón. Seguir las indicaciones del profesor.

V.

RESULTADOS Desarrollar según las indicaciones del profesor:  Determinar la masa de la muestra problema.  Determinar la solubilidad  Evaluar la presencia del precipitado.  Evaluar la característica de una reacción química.  Determinar el color en la muestra problema.

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la importancia de la toma y preparación de la muestra? 2. ¿Qué entiende por reacción química? 3. ¿Cuál es la importancia de los iones? 4. ¿Qué entiende por sólidos hidratados? 5. ¿Por qué se dice muestra anhidra? 6. ¿Por qué es importante conocer las propiedades de los sólidos cristalinos? 7. ¿Cuál es la importancia de las propiedades fisicoquímicas de los fármacos? 8. ¿Qué relación tiene la farmacopea con las reacciones cromáticas? 9. Dé ejemplos de reacciones cromáticas. 10. ¿Cuáles son las características de una reacción cromática? VII. FUENTES DE INFORMACIÓN  http://apps.who.int/medicinedocs/es/d/Jh1795s/4.html  http://es.scribd.com/doc/57964853/INTRODUCCION-AL-ESTADOCRISTALINO#scribd  http://ovillano.mayo.uson.mx/estados%C3%B3lido.htm  https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/estructur  a-cristalina.pdf   http://www.uned.es/cristamine/cristal/crist_intr.htm

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PRÁCTICA # 3 Pruebas de inspección y análisis fisicoquímico del envase de vidrio tipo III, según la Farmacopea Norteamericana DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernandez Guerra

I.

MARCO TEÓRICO Más del 95% de todo el material de vidrio fabricado está hecho por los siguientes materiales como óxido de sodio, óxido de calcio, y dióxido de silicio, comúnmente referido como una composición de sosa-cal-sílice. El cristal de los envases esta formulado para su diseño de forma rápida y para mantener su forma. Es por ello que hay dos procesos llamados “ prensasoplo” y “soplo-soplo”, que son aplicados mecánicamente en los moldes. Se prevé una mezcla aleatoria de los materiales en los contenedores al ser relativamente homogénea, siempre que hay niveles de contaminación significativos durante la fabricación.

Estru ctu ra b ásica del v idrio

El elemento principal de los envases de vidrio es la sílice, es un mineral natural que consiste en dióxido de silicio (SiO 2). La mayoría de la sílice se produce como cuarzo, una forma cristalina de SiO 2. Las formas cristalinas de sílice, también conocido como sílice “libre” puede contribuir a causar

ciertas enfermedades pulmonares bajo condiciones de exposición prolongada por inhalación de partículas en el aire, la cual es denominada como enfermedad de la silicosis pulmonar. Mientras el SiO 2  es un ingrediente principal en la fabricación de botellas de vidrio, cuando se forma el vidrio, se cambia la estructura cristalina a una estructura amorfa y el SiO 2 ya no es considerado cristalino. La función del contenido de ceniza de soda en vidrio para envases de fabricación de maquinaria, el contenido de sodio se ha reducido y la cal ha aumentado, así como los horarios de trabajo más cortos son requeridos. También ha sido la motivación económica para reducir el contenido de sodio, ya que es el más caro ingrediente principal en vidrio.

La adición de vidrio recuperado post-consumo promueve la rápida fusión del lote, la reducción e energía es un requisito para la elaboración. Sin embargo, después de uno o más recalentamientos, los gases y los álcalis volátiles disueltos se expulsan, por lo que es necesario añadir productos químicos a la mezcla con el fin de restablecer menor viscosidad y mejorar las características del trabajo para su diseño. Los agentes colorantes son un componente menor en envases de vidrio, pero pueden afectar la compatibilidad química y el rendimiento de vida del horno durante la refundición. El color ámbar en la botella de vidrio se produce con una solución coloidal del azufre de hierro, bajo condiciones reductoras. El vidrio verde y claro se produce en las reacciones de oxidación con pequeñas cantidades de Cr 2O3 o protóxido de hierro. La producción de envases domésticos, presenta el 63%, el 23% es de color ámbar y el 13% es de color verde. Miles de diferentes composiciones químicas se pueden hacer en el vidrio. Diferentes fórmulas afectan a las propiedades de la mecánica, eléctrica, química, óptica y térmica de los vidrios que se producen. No hay ninguna composición química única que caracteriza a todos los vidrios.

1.1.

ENSAYOS DE CONTROL PARA LOS ENVASES DE VIDRIO a) Diseño del envase Son preferibles siempre los envases de formas redondeadas, sin ángulos pronunciados ni formas dif íc   iles. A medida que pasa de la forma redondeada a formas irregulares, aumenta hasta un 45% la cantidad de vidrio a emplear, con la consecuencia de mayor peso y mayor costo. 



b) Resistencia mecánica El vidrio tiene propiedades mecánicas que se asemejan a los sólidos cristalinos. No es por lo tanto dúctil, ni maneable. No sufre deformación permanente por acción de un esfuerzo, sino que alcanzado el límite de resistencia se produce su fractura. La rotura se produce siempre por un esfuerzo de tracción no por compresión. 

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c) Resistencia a la presión interna Es una determinación determinación que nos permite medir medir de cierta manera la resistencia mecánica de los envases.   En este ensayo se manifiesta la influencia de todas aquellos defectos peligrosos que pudieran tener los envases, tales como repartición deficiente del vidrio, calcinaciones, cachaduras, golpes, etc. Se realiza aplicando una presión creciente gradual a un envase lleno de agua. Se evalúa si los envases soportan una cierta presión fijada como valor mínimo y cuál es el porcentaje de rotura a presiones progresivamente mayores.   Los valores de comparación dependen del uso destinado al envase. 

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d) Resistencia Resistencia térmica   Dada la importancia de esta propiedad, su determinación ha constituido uno de los métodos de control más utilizados por los fabricantes de vidrio. El procedimiento consiste, en líneas generales, en calentar los envases sumergidos en un baño a temperatura especificada y transferirlos luego a un baño frío. De acuerdo con con los resultados obtenidos, obtenidos, puedo inferir inferir la calidad del envase, en cuanto a su posibilidad de soportar variaciones térmicas. Respecto a esta resistencia, debemos señalar que que la rotura no se produce por el cambio brusco de temperatura en si, sino por el esfuerzo mecánico de tracción provocado por el salto térmico. 

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e) Transparencia y color Uno de los factores que hacen hacen a la selección del vidrio como material de envase es su transparencia, es decir, la propiedad mediante la cual es posible ver a través del mismo y visualizar su contenido.   Hay una amplia gama de vidrios, desde los que son prácticamente transparentes a todas las longitudes de ondas, hasta los que son totalmente negros, pasando por los vidrios de transparencia selectiva, de colores variados. 

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1.2.

PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE ENVASES DE VIDRIOS 

Proceso soplo-soplo Este proceso se usa para la fabricación de frascos de boca angosta. Consiste en los siguientes pasos: a) La vela (ver (ver ilustración) se deposita en el premolde para formar la corona. b) Se empuja el vidrio, forzándolo a llenar el premolde premolde con aire a presión. c) Se alimenta la parte baja baja del premolde con con aire a p0resión, p0resión, para formar un hueco con con la corona ya terminada. En este proceso, la vela pasa a llamarse parison o preforma. d) Se toma el parison del cuello y se coloca en el molde molde final, formándose el cuerpo del envase; en este momento el vidrio aún muestra un color rojo. Se inyecta aire por la corona o boca, inflándolo hasta que el envase toma su forma final.



Proceso Prensa-soplo Este proceso, usado para los envases de boca ancha consiste en los siguientes pasos: a) La vela se deposita deposita en el premolde o bombillo para formar la corona. b) Se inyecta aire a presión por la parte alta alta del premolde empujando el vidrio hacia la cavidad que forma la corona. c) Con un pistón que surge de parte baja del del premolde, se ocupa el espacio de la corona, a la vez que se forma el parison o preforma. d) Se coloca el parison en el molde final donde se se inyecta aire por la base o corona inflando el parison y dando forma y cuerpo al envase. Posterior al moldeo, el envase es guiado hacia una banda metálica, la cual es deseable que esté caliente en algunas plantas, para evitar fracturas en los envases por el choque térmico. A través de ella se inyecta inyecta aire para seguir seguir enfriando el envase. Debe estar libre de grasa, ya que provoca choques térmicos. El fuego que se le aplica es, en algunos casos ricos en combustible para que impregne con humo o carbón la superficie de la banda en contacto con el fondo del envase, lo que evita los cheks o fracturas por el choque choque térmico. De ahí se llevan llevan a un horno para recocerlos; la cara interna deberá enfriarse a la misma velocidad que la cara exterior, para evitar tensiones moleculares que romperían el envase.

El proceso de producción de envases de vidrio produce defectos. Estos defectos pueden resultar peligrosos para el usuario final y deben detectarse en la fase inicial del proceso.

1.3.

MATERIALES QUE COMPONEN EL ENVASE DE VIDRIO El vidrio típico contiene formadores, fundentes y estabilizantes. a) Formadores:  constituyen el mayor porcentaje de la mezcla a fundir. Es típico el vidrio de sosa-cal-sílice como el de sílice (dióxido de silicio) en forma de arena. b) Fundentes:  bajan la temperatura a la que los formadores se derretirán. Soda (carbonato de sodio) y potasio (carbonato de potasio), ambos álcalis, son flujos comunes. El vidrio potasa es un poco más denso que el vidrio de sosa. c) Estabilizadores:  hacen al cristal fuerte y resistente al agua. El carbonato de calcio, a menudo llamado piedra caliza calcinada, es un estabilizador. Si no se usa un estabilizador, el agua y la humedad atacan y degradan lentamente al vidrio. Sus composiciones se pueden representar por una lista de porcentajes en peso de sus componentes:

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   

El vidrio típico y moderno de sosa-cal-sílice (utilizado para fabricar botellas y ventanas). Vidrio de laboratorio y algunos utensilios para hornear. El cristal de plomo que se usa en la alta óptica. El vidrio de sílice al 96% (puede soportar temperaturas muy altas) Un antiguo tipo de vidrio romano de sosa-cal-sílice.

II.

COMPETENCIAS a) Identificar la existencia de capacidades, capacidades, habilidades habilidades y aptitudes que que el estudiante, en su conjunto y trabajo en equipo, permiten a la persona resolver problemas y situaciones de la vida. b) Capacidad del estudiante estudiante para comprender, analizar y reflexionar sobre sobre los hechos experimentales, con el propósito de alcanzar sus objetivos, desarrollar su conocimiento y pensamiento crítico.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS  Mortero de 100 mL  Vaso de precipitados de  Matraz de Erlenmeyer  Placa petri  Balanza de platillo  Balanza digital

 Bagueta  Piceta  Luna de reloj  Termómetro precipitados  Vaso de precipitados  Reactivos

de 250 mL

IV. PROCEDIMIENTOS Un precipitado es un sólido que se forma fuera de la solución. Un ejemplo común es la de la mezcla de dos soluciones claras: nitrato de plata AgNO3 y cloruro de sodio NaCl:

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→

La reacción es: AgNO3 + NaCl

→

AgCl + NaNO3

Se forma un precipitado debido a que el sólido (AgCl) es insoluble en agua. Esto es cierto para todos los precipitados, los sólidos son insolubles en soluciones acuosas. La reacción de precipitación ocurre a nuestro alrededor. Por ejemplo, a veces las tuberías en nuestros hogares se obstruyen debido a precipitados de magnesio y calcio, porque los óxidos se han depositados a sí mismos dentro de los tubos. Esto puede suceder con el agua “dura”. Un cálculo renal es nada más que un precipitado a menudo

de iones de calcio y oxalatos. Se sugiere a menudo que una buena manera de evitar los cálculos renales es beber mucha agua. Esto ayuda debido a que la solubilidad de los precipitados aumenta con la cantidad de agua, evitando así la formación del estado sólido en el riñón. Seguir las indicaciones del profesor.

V.

RESULTADOS Desarrollar según las indicaciones del profesor:  Determinar la masa de la muestra problema.  Determinar la solubilidad  Evaluar la presencia del precipitado.  Evaluar la característica de una reacción química.  Determinar el color en la muestra problema.

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la importancia del vidrio neutro o borosilicato? 2. ¿Qué entiende por muestreo aleatorio y estratificado? 3. ¿Cuál es la importancia del sulfato de amonio en los vidrios? 4. ¿Qué entiende por óxidos metálicos? 5. ¿Qué entiende por resistencia hidrolítica? 6. ¿Por qué es importante conoce las propiedades de los tipos de vidrio? 7. ¿Cuál es la importancia de las propiedades fisicoquímicas de los envases Tipo I y Tipo III? 8. ¿Qué relación tiene la farmacopea con la elaboración de los envases para jarabes o de vía oral? 9. ¿Qué sustancias se pueden almacenar en envases de vidrio? 10. Explique cómo el envase de vidrio puede afectar a los jarabes medicinales VII. FUENTES DE INFORMACIÓN http://infohouse.p2rix.org/ref/14/13501.pdf   http://www.cmog.org/article/chemistry-glass  http://glassproperties.com/glasses/  Glass containers and their chemical composition  http://www.texasglass.com/glass_facts/composition_of_Glass.htm 

Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

PRÁCTICA # 4 Determinación de la viscosidad para jarabes comerciales y genéricos DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I.

MARCO TEÓRICO La viscosidad puede medirse observando el tiempo requerido para un volumen dado de un líquido para fluir a través de la parte estrecha de un tubo viscosímetro, un instrumento especial utilizado para tales mediciones. Hay varios tipos de viscosímetros y reómetros. Un reómetro se utiliza para fluidos que no pueden ser definidos por un solo valor de la viscosidad. Requieren más parámetros para ajustarse y medirse lo que es el caso para un viscosímetro. Tener el control de la temperatura del fluido es esencial para adquirir mediciones precisas, en particular en materiales como lubricantes, cuya viscosidad puede duplicar con un cambio de solamente 5 °C.

La viscosidad de una sustancias esta relacionada con la intensidad de las fuerzas intermoleculares que actúan entre sus unidades moleculares. En el caso del agua, estas fuerzas se deben principalmente a enlaces de hidrógenos. Los líquidos tales como jarabes y miel son mucho más viscosos debido a que los azucares que contienen están llenos de grupos hidroxilos (OH). Se pueden formar múltiples enlaces de hidrogeno con agua y entre si, produciendo una red desordenada pegajosa que hace que fluya mucho mas difícil (resultando en alta viscosidad). La viscosidad es un término usado para describir la resistencia a fluir a una temperatura particular. Un líquido con alta resistencia interna al flujo se describe como teniendo una alta viscosidad (tales como la miel a temperatura ambiente).

Un líquido con una resistencia interna baja para fluir se describe como que tiene una viscosidad baja (tal como agua a temperatura ambiente). La resistencia interna que se hace referencia esta relacionada con la capacidad de las moléculas a reorganizarse y moverse. Este reordenamiento es necesario para el flujo. Los líquidos que se componen de pequeñas moléculas tienen una viscosidad baja, y los líquidos con moléculas de cadena larga (por ejemplo, plásticos) tienen una viscosidad mucho más alta.

La viscosidad de materiales generalmente disminuye al aumentar la temperatura. La viscosidad de un fluido es su resistencia al flujo. Es una propiedad cuantitativa de un fluido, ya sea líquido o gas, y se puede utilizar como un índice en el control de calidad, como en las aplicaciones de aceites, pinturas u otros líquidos donde el flujo es una propiedad fundamental. La viscosidad surge a partir del movimiento dirigido de moléculas entre si y la transferencia entre ella a fluir.

Poiseville (184) hizo mucho trabajo sobre la interpretación del flujo de líquido a través de tubos. La viscosidad es otra propiedad importante de los fluidos. Es una medida de la resistencia del material a fluir. Los fluidos de alta viscosidad requieren mas tiempo para verter de sus envases que los fluidos de baja viscosidad. El Ketchup, por ejemplo, tiene una viscosidad mayor que el jugo de tomate. El jugo de tomate tiene una viscosidad mayor que el agua. En este trabajo, usted aprenderá cómo el tamaño y la forma de una molécula influyen en la viscosidad de un líquido, y cómo un aumento de la temperatura cambia la viscosidad de un fluido. A medida que se elva la temperatura de un líquido, la viscosidad del líquido disminuye, es decir, los líquidos calientes tienen menor viscosidad que líquidos fríos. Al ser calentado el  jarabe o chocolate caliente, por ejemplo, es mucho más fácil de verter a comparación de un jarabe refrigerado. ¿Por qué sucede esto? Recuerde que desde su estudio de los estados de la materia que cuando se añade energía a un líquido, el movimiento de las moléculas aumenta. El aumento de la velocidad permite que las moléculas se deslicen entre sí con mayor facilidad. Los líquido están relacionados con su temperatura y la viscosidad de algunos líquidos cambia mucho cuando aumenta la temperatura. El aceite de oliva, por ejemplo, es más viscoso a 20 °C que a 60 °C. El ácido oleico tienen moléculas que se encuentran en el aceite de oliva, que se componen de carbono, hidrógeno y átomos de oxigeno. A temperatura más bajas, los átomos de hidrogeno en las moléculas de ácido oleico tienden a formar conexiones sueltas llamadas “puentes de hidrogeno” con tomos de oxigeno en

otras moléculas oleico. Estas conexiones hacen que sea difícil para el ácido oleico individual, que las moléculas con aumento de temperatura, algunas de las conexiones de hidrógeno-oxígeno entre moléculas vecinas se rompen. Como resultado, la viscosidad del aceite se disminuye significativamente.

II.

COMPETENCIAS a) Identificar la existencia de capacidades, habilidades y aptitudes que el estudiante, en su conjunto y trabajo en equipo, permiten a al persona resolver problemas y situación de la vida. b) Capacidad del estudiante para comprender, utilizar y reflexionar sobre los hechos experimentales, con el propósito de alcanzar sus objetivos personales, desarrollar su conocimiento y criterio crítico.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS Pera de bromo Vaso de precipitados 100 mL Espátula de metal Matraz de Erlenmeyer Placa Petri Balanza de platillo Balanza digital

  Bagueta   Pizeta Hornilla eléctrica Luna de reloj   Termómetro Vaso de precipitado 250 mL

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IV. PROCEDIMIENTO Cuando se ha decidido realizar una investigación sobre algún fenómeno y no se puede observar o medir a todos los posibles sujetos de estudio se recurre, a seleccionar una muestra de los sujetos de estudio para examinarlos. La idea es que la información recogida en ese conjunto de luces sobre el fenómeno en la totalidad de los posibles sujetos de estudio. Lo que se desea es traspasar los resultados obtenidos en la muestra a todo el conjunto de la población. En términos técnicos esto se denomina inferir los resultados de la muestra a la población. Partiendo del siguiente resultado: 83 de las 92 muestras que cumplen con los requisitos de la farmacopea. Las nueve muestras observadas (representan el 10 %) quieren decir que no todo cumple con la prueba de disolución. Este fue el único parámetro para poder indicar un resultado que no hubo cumplimiento. El tiempo de disolución insuficiente es un problema común en los productos producido por empresas con sede en países de bajo o medianos ingresos, debido a que la técnica para la obtención de un periodo de disolución adecuada es difícil. Desde que la disolución es afectada, la absorción en la sangre y posteriores niveles farmacológicos, es decir una mala disolución, pueden influir en los resultados terapéuticos. Seguir las indicaciones del profesor.

V.

RESULTADOS Desarrollar según las indicaciones del profesor.

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la diferencia entre densidad y peso específico? 2. Realice una tabla de viscosidad de jarabes medicamentosos 3. ¿Cuál es la importancia de la viscosidad y la estabilidad? 4. ¿Qué entiende por densidad relativa? 5. Indique otras técnicas para determinar la viscosidad 6. ¿Cuál es la diferencia entre viscosidad y densidad? 7. ¿Cuál es la importancia de la viscosidad en los jarabes? 8. ¿Qué factores alteran la viscosidad de los medicamentos? 9. ¿Qué importancia tiene el viscosímetro de Ostwald? 10. ¿Cuáles son los errores que influyen en la veracidad de la toma de viscosidad? VII. FUENTES DE INFORMACIÓN:  https://www.google.com.pe/search?q=viscosity+in+liquids&espv=2&biw= 885&bih=483&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoATgeah UKEwi5sukpa3lAhWF1YAKHRo9B0M&dpr=1#imgrc=cktnOwzscd5pQM%3A

Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

PRÁCTICA # 5 Determinación y aplicación en las leyes termodinámicas DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I.

MARCO TEÓRICO La termodinámica es el estudio de la energía, principalmente el de la energía térmica, la cual acompaña a los cambios químicos como a los cambios físicos.  Así pues, ciertas reacciones químicas en las cuales se libera energía térmica; se les denomina reacciones exotérmicas y tienen; además, un cambio de entalpia negativa. En cambio, en otras reacciones químicas en donde se absorbe energía térmica, se las denomina reacciones endotérmicas, y estas a su vez tienen un cambio de entalpia positiva. Sin embargo, la termodinámica abarca algo más que el estudio de la energía térmica. De ahí que, el cambio en el nivel de organización o desorganización tanto de reactivos como el de productos, así como los cambios que tienen lugar, se describen mediante la variación de entropía de dicho proceso. Por ejemplo, la conversión de un gramo de agua líquida a uno de agua gaseosa, estará en sentido de un creciente desorden de las moléculas, siendo mucho mas desorganizado como gas que como líquido. Este aumento del desorden se describe como un aumento en la entropía, y en consecuencia, dicho cambio de entropía es positivo. Ya sea se produzca una reacción química o cambio físico, todo ello dependerá tanto de la entalpia como de la entropía del proceso, las cuales son cantidades que se pueden calcular a partir de datos tabulados. Ambos términos (entalpia y entropía) se combina para dar lugar a un tercer y más importante término termodinámico: energía libre. Por ello, si el cambio en la energía libre es negativo, la reacción procederá hacia la derecha. Esta reacción se denomina reacción espontanea. Sin embargo, si el signo es positivo, la reacción no procederá como se ha descrito antes; y por lo tanto, la reacción no será espontánea. Así pues, una predicción de gran alcance en cuanto a si una reacción tendrá o no tendrá lugar, puede realizarse utilizando datos tabulados los cuales servirán para calcular el cambio de la energía libre. En consecuencia, la termodinámica es una poderosa herramienta para los químicos. Después de todo, la naturaleza, que deja todo a la suerte, siempre se está moviendo hacia un mínimo de energía potencial. Así pues, la termodinámica, le dice al químico en qué sentido surgirán esos “mínimos”.

MODOS EN QUE SE DA LA TRANSFERENCIA DE CALOR 1) POR CONDUCCIÓN: Nos dice que el calor puede transferirse entre dos cuerpos que están en contacto uno con otro. El calor “fluye” de uno a otro.

 Así pues los materiales que conducen bien el calor   se los denomina “conductores del calor ”, por ejemplo los conductores eléctricos (como los metales) son buenos conductores del calor. Por otro lado los materiales que no conducen bien el calor  se los llama “aislantes”, por decir, los aisladores eléctricos (ejemplo: madera o vidrio) suelen ser bueno aislantes del calor. Además, los materiales que posee baja densidad, como el aire o la espuma de plástico, normalmente son también buenos aislantes, a menos que se encuentren como conductores eléctricos. Por tano, para evitar que el calor se mueva de un lugar a otro, por lo general, se coloca un aislante de por medio.

Cuando un buen aislante se calienta, y siga se lo caliente por mucho tiempo, es muy difícil que dicho material pierda calor por conducción.  Ahora bien, piense en una olla de cerámica caliente y una bandeja de metal, también caliente: ¿Qué objeto enfriará más rápido?

2) POR CONVECCIÓN: Es una forma diferente de transferencia de calor de conducción. Asi pues, mientras que en la conducción el calor esta en movimiento, en la convección, las porciones que están caliente presentan un movimiento que fluye a través del cuerpo del fluido. El fluido caliente se mezcla con el fluido frio, y el calor se transfiere más rápidamente que por conducción. Por lo tanto lo que comúnmente se denomina “punto de ebullición”, es lo que

resulta de la convección. Los fluidos calientes se elevan en el medio circundante, colocándose por encima de los fluidos fríos, debido a que son menos densos. Y por tanto, se produce el movimiento circular del fluido lejos de una fuente de calor. Esto explicaría que la convección en el agua de los océanos es la que impulsa corrientes oceánicas, por su lado la convección en el aire es la que define los patrones climáticos; asimismo la convección que se da en el interior de la Tierra y que funde las rocas, se cree que es la que conduce la tectónica de placas. Entonces la convección nos conlleva a un hecho contradictorio, el cual es un buen aislante (como el aire) puede transferir calor de manera eficiente  – siempre y cuando se permita que el aire se mueva libremente. El aire atrapado, entre los cristales de una ventana doble, no puede transferir calor ya que no puede mezclarse con el aire de una temperatura diferente.

3) POR RADIACIÓN: La radiación es el medio más simple para la transferencia de calor. Así pues, la radiación térmica no ocurre en átomos en movimiento (como ocurre en la conducción o la convección), sino que se da a través de ondas electromagnéticas. La radiación es la única forma de calor que puede moverse a través del vacío, y es la razón por la cual incluso las botellas de los termos (que tienen un vacio entre las parte inferior y la exterior) llega a tener la temperatura del entorno después de un tiempo. Como vemos, la transferencia de calor es más eficiente por convección así como por conducción, no obstante la radiación es el medio menos eficiente y más lento a la hora de transferir el calor. Que haya una baja transferencia de calor, significaría que las aspiradoras que se usan, hagan un excelente aislamiento. SISTEMAS TERMODINÁMICOS La transferencia de energía se estudio en tres tipos de sistemas: 

Sistema abierto: son sistemas que pueden intercambiar materia y energía con un sistema externo. Son porciones de sistemas más grandes en contacto íntimo con el sistema más grande. El cuerpo humano es un sistema abierto.



Sistema cerrado: son sistemas que intercambian energía pero no materia con un sistema externo. Aunque por lo general son partes de sistemas más grandes, que no están en contacto completo. La Tierra es esencialmente una sistema cerrado; obtiene una gran cantidad de energía del Sol pero el intercambio de materia con el exterior es casi cero.



Sistemas aislados: no pueden intercambiar ni energía ni materia con un sistema externo. Si bien pueden ser porciones de sistemas más grandes, no se comunican con el exterior de ninguna manera. El universo físico es un sistema aislado. Un termo cerrado es esencialmente un sistema aislado (aunque su aislamiento no es perfecto).

El calor puede ser transferido entre sistemas abiertos y entre sistemas cerrados, pero no entre los sistemas aislados.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA En el siglo XIX, varios científicos se dieron cuenta que el calor no podía ser una sustancia material, en consecuencia, una cantidad ilimitada de calor podría ser generado mediante la aplicación de una energía mecánica, tal como ocurre en la rotación de un taladro. Fue entonces que se hizo evidente que la energía era algo cuantificable, y que podría convertirse de una forma a otra. James Prescott Joule encontró el equivalente mecánico del calor, el cual lo halló en el laboratorio. El calor también puede convertirse en trabajo mecánico, o en trabajo eléctrico, y así sucesivamente. Esta hipótesis conllevó a lo siguiente: así como la masa permanece constante, a no ser que se la añada o se elimine, no podemos liberar más energía así pongamos más o menos masa. Esto finalmente se demostró y logro la satisfacción de todos, y luego llego a ser conocida como la Primera Ley de la Termodinámica. “En un sistema aislado se conserva la cantidad total de energía” 

La Primera Ley se puede afirmar de otras maneras:   

La energía no se crea ni se destruye, solo cambia de una forma a otra. Cuando el calor fluye hacia o desde de un sistema, o bien el sistema gana o bien pierde una cantidad de energía igual al calor transferido. No podemos ganar más energía de una sistema, así le pongamos más energía.

La energía puede obtenerse a partir de: 

Una fuente primeria de energía: Cuando la energía obtenida a partir de una fuente se utiliza en su forma original, se dice que la fuente de energía es primaria. Un ejemplo es el uso del calor de una estufa para hervir el agua.



Una fuente secundaria de energía: Cuando la energía obtenida se convierte en otra forma antes de su uso, se dice que la fuente de energía es de tipo secundaria. Un ejemplo es el uso del calor del agua hirviente para hacer girar una turbina, aquí el calor se convierte en movimiento rotatorio (o energía mecánica o trabajo).

La distinción entre las fuentes de energía “primaria” y “secundaria” es fluida en la

práctica. Por ejemplo, un motor de combustión interna es generalmente tratada como una fuente de energía primaria de trabajo rotativo: esto es porque la energía primaria se usa para hacer girar las ruedas del coche  –reflejando un uso directo de la energía mecánica. Por su lado una fuente de energía secundaria se

da cuando se usa para activar el generador eléctrico  –aquí la energía mecánica se vuelve energía eléctrica. Sin embargo, un motor de combustión interna es en realidad un motor de calor, es decir una fuente de energía secundaria en donde la quema de combustible se vuelve en movimiento mecánico.

MAQUINAS TÉRMICAS Y SU EFICIENCIA Es muy sencillo hablar de una maquina térmica. Esta se describe como una dispositivo que convierte el calor en otra forma de energía. El calor, visto microscópicamente, es el movimiento de las partículas de átomos vibrando, moléculas rebotando entre sí, o de electrones “chapoteando en torno a”, todo esto dentro de un conductor eléctrico. Normalmente la mater ia se

expande cuando se calienta; y esta expansión puede utilizarse para generar un trabajo útil. En los dispositivos termoeléctricos, tales como los utilizados para alimentar las sondas espaciales profundas, el calor se convierte directamente en corriente eléctrica. Cualquier dispositivo, como un motor térmico  –o una pila de combustible, que convierte la energía química en electricidad – puede ser descrito por su eficacia: la cual es la cantidad de entrada de energía que realmente se convierte en una salida de energía útil. La eficiencia normalmente se expresa como un porcentaje:  =

   

 × 100 %

En todos los motores térmicos, el trabajo se extrae desde el flujo de calor de un objeto caliente hasta el flujo de un objeto más frio, como se muestra esquemáticamente en la imagen inferior. Un ejemplo es una planta de energía eléctrica.

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Resumen previo: 1. Para que el calor fluya desde un origen hasta el término, debe haber una diferencia de temperatura. 2. Cuando el calor se transfiere de un cuerpo a otro, las temperaturas se igualan. A medida que la temperatura de la fuente de calor cae, la del disipador de calor se eleva. 3. Cuando las temperaturas son iguales, no se puede transferir más calor, a pesar de que los objetos fríos o calientes aún contengan calor. 4. Cuando el calor se convierte en trabajo, la temperatura de la fuente de calor cae, se aproxima a la del disipador de calor. 5. Si no hay diferencia de temperatura, sin calor se puede convertir en trabajo. Pero si hay diferencia de temperatura, una parte del calor se usará para elevar la temperatura del disipador de calor. 6. Si una parte del calor hay que hacerla aumentar su temperatura en el término, no todo se puede se va a convertir en trabajo.

Por consiguiente: “No es posible construir un motor que no haga otra cosa más, que convertir el calor en trabajo útil”.

O más generalmente: “No es posible convertir una forma de energía en otra con una eficiencia del 100 %”.

La única excepción es que el 100 % de cualquier energía útil se pueda disipar en forma de calor residual. Todo esto tiene consecuencia importantes en la forma en cómo usamos la energía. Ya que, normalmente siempre es mejor usar al energía con el menor número de cambios de forma posible; de manera que es, en principio, mejor usar el movimiento de rotación de un motor de combustión interna para conducir las ruedas de un auto que usar el mismo motor para accionar un generador, en consecuencia, usar la electricidad para conducir las ruedas del auto. No obstante, en la ingeniería práctica, a veces nos encontramos con que es mejor usar un dispositivo como una fuente secundaria de energía que como una fuente de energía primaria. Por ejemplo, uno de los diseños de automóviles híbridos simples, hace lo que acabamos de decir que estaba mal: usar el motor de combustión interna para impulsar un generador que almacena electricidad en las baterías, luego gira las ruedas con motores eléctricos. Pero resulta que los automóviles reales normalmente no operan a la velocidad del motor más eficiente por que el motor esta acoplado a las ruedas. El desacoplamiento del tren de transmisión, permite que el motor funciones siempre al máximo, más que compensando las pérdidas de energía incurridos por convertir el movimiento rotatorio en electricidad, para luego, nuevamente en movimiento rotatorio.

II.

COMPETENCIAS Aplicar significativamente los aspectos fundamentales de la termodinámica. Emplear coherentemente el conocimiento procedimental cuando no se dispone de un medio práctico de comprobar las propiedades del sistema térmico.   Realizar el análisis cuantitativo, emitir hipótesis, elaborar estrategias, alternativas, resolver problemas y analizar resultados.   Trabajar en equipo para abordar con los compañeros las tareas cooperativas en el contexto de la fisicoquímica aplicada a la termodinámica.   Realizar propuestas, analizar aportaciones de vuestros compañeros, discutir ideas y ejecutar las acciones pertinentes. Capacidad para aplicar la teoría a la práctica. 

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III. MATERIALES Y EQUIPOS Manual de ejercicios a resolver. IV. PROCEDIMIENTO Realizar los cálculos y la interpretación de los procesos termodinámicos y su correspondiente caso.

V. RESULTADOS Hallar el calor, el trabajo, la eficiencia, calor absorbido, calor expulsado. VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la diferencia entre una maquina térmica y una maquina refrigerante? 2. ¿Cuál es la diferencia entre el calor y la temperatura? 3. ¿Cuál es la importancia de la segunda ley de la termodinámica? 4. Explique el procedimiento para determinar el rendimiento en las maquinas. 5. ¿Qué importancia tiene la termodinámica en los medicamentos? 6. ¿Qué importancia tiene la termodinámica en la industria farmacéutica? VII. RESOLVER

1.

1000 BTU de calor es absorbido por un gas, mientras que el gas se expande y realiza 700 BTU de trabajo. ¿Cuál es el cambio en la energía interna del gas en este proceso?

2.

Un motor que opera en un ciclo de 15000 BTU absorbe de calor y descarta 10000 BTU a un deposito frio. ¿Cuánto trabajo se realizará este motor y cuál será su eficiencia?

3.

En una maquina térmica se emplea vapor producido por una caldera a 340 °C, el mismo que después de ser usado para realizar un trabajo es expulsado al ambiente a una temperatura de 210 °C. Calcule: a) La eficiencia de la maquina expresada en porcentaje. b) El trabajo realizado en Joules, si el calor suministrado es de 355 cal.

4.

¿Cuál será la eficiencia de una maquina térmica que opera con temperaturas comprendidas entre 1870 °C y 430 °C?

5.

Determine: a) ¿Cuál será la eficiencia de una maquina térmica que opera con temperaturas comprendidas entre 1570 °C y 234 °C? b) ¿Cuál es el trabajo realizado en Joules, si el calor suministrado es de 1700 J?

6.

Durante un proceso adición de calor isotérmico de un ciclo de Carnot, se agregan 900 kJ al fluido de trabajo de una fuente que está a 400 °C. Determine: a) El cambio de entropía del fluido. b) El cambio de entropía de la fuente. c) El cambio de entropía total para todo el proceso.

7.

900 BTU de calor es absorbido por un gas, mientras que el gas se expande y realiza 400 BTU de trabajo. ¿Cuál será e cambio en la energía interna del gas en este proceso?

8.

Un motor que opera en un ciclo absorbe de calor 12000 BTU y descarta 9000 BTU a un deposito frio. ¿Cuánto trabajo se realiza por este motor y cuál será su eficiencia?

9.

En una maquina térmica se emplea calor producido por una caldera a 240 °C mismo que después de ser usado para realizar trabajo, es expulsado al ambiente a una temperatura de 110 °C. Calcule: a) La eficiencia de la maquina expresada en porcentaje b) El trabajo realizado en Joule, si el calor suministrado es de 355 cal.

10. ¿Cuál es la eficiencia de una maquina térmica que opera con temperaturas comprendidas entre 1560 °C y 330 °C? 11. Determine: a) ¿Cuál es la eficiencia de una maquina térmica que opera con temperaturas comprendidas entre 1470 °C y 134 °C? b) ¿Cuál es el trabajo realizado en Joule, si el calor suministrado es de 1200 J? 12. Durante un proceso adición de calor isotérmico de un ciclo de Carnot, se agregan 800 kJ al fluido de trabajo de una fuente que está a 300 °C. Determine: a) El cambio de entropía del fluido. b) El cambio de entropía de la fuente. c) El cambio de entropía total para todo el proceso.

VIII. BIBLIOGRAFÍA   Yunus A. Cengel & Michael A. Boyles. Termodinámica. McGraw-Hill. México, 2012, séptima edición.   Gordon J. Wylen. Fundamentos de Termodinámica. Limusa Wiley. México, 2006, segunda edición. Sonntag & Bortgnakke. Introducción a la Termodinámica para Ingeniería. Limusa Wiley. México, 2006, primera edición. Kurt C. Rolle. Termodinámica. Pearson Hall. México, 2006, sexta edición. 

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Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

PRÁCTICA # 6 Coloides DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I.

MARCO TEÓRICO Una suspensión coloidal se forma cuando una sustancia es insoluble en el medio y sus partículas o gotas son muy pequeñas y se dispersan en él. Ejemplos de formación de partículas coloidales se conocen el barrenado de rocas y las descargas de explosivos. Pueden formarse en reacciones cuyos productos sean insolubles. No crecen como los cristales en tamaños que puedan sedimentar o ser filtrados. Ciertas sustancias orgánicas se consideran solubles pero no forman soluciones reales, sino dispersiones coloidales: jabón, almidones, gelatina, agar-agar, goma arábiga, albúmina. Sustancias inorgánicas como la bentonita y la piedra pómez tampoco se disuelven.

CLASIFICACIÓN DE LOS COLOIDES a) Coloides Hidrofilicos: Las proteínas, como la hemoglobina, portadora del oxígeno, forman soles hidrofílicos cuando están suspendidas en disoluciones acuosas de los fluidos biológicos como el plasma sanguíneo. En el organismo humano, las grandes moléculas que son sustancias tan importantes como las enzimas y los anticuerpos, se conservan en suspensión por su interacción con las moléculas de agua que las rodean. b) Coloides Hidrofóbicos: Los coloides hidrofóbicos no pueden existir sin la presencia de “agentes emulsionantes” o “sustancias emulsivas” que

recubran las partículas de la fase dispersa e impidan la coagulación en una fase separada. La leche y la mayonesa son ejemplos de una fase hidrofóbica que permanece suspendida con ayuda de un agente emulsionante (la grasa de la leche en el primer caso y el aceite vegetal en el segundo).

c) Coloides Orgánicos: Son coloides moleculares producidos naturalmente en reacciones bioquímicas, menos sencillas, que en su mayoría son liofóbicos, debido a que las sustancias son insolubles en agua. Algunas de estas sustancias se disuelven en ácidos pero en tales soluciones cambian químicamente por completo dando lugar a la formación de soluciones verdaderas en lugar de soluciones coloidales y estas últimas pueden ser obtenidas por métodos de condensación o dispersión. d) Coloides Esféricos y Laminares:  Los colides esféricos tienen partículas globulares más o menos compacta, mientras que los colides lineales poseen unidades largas y fibrosas. La forma de las partículas coloidales influyen su comportamiento aunque solo pueden determinarse de manera aproximada, en la mayoría de los casos puede ser muy compleja. Como primera aproximación se puede reducir a formas relativamente sencillas como la esfera que además representa muchos casos reales. Es la forma que adquieren las partículas esencialmente fluidas, como las gotitas de un líquido dispersas en otro para formar una emulsión.

e) Coloides Moleculares y Micelares: Las partículas de los coloides moleculares son macromoléculas sencillas y su estructura es esencialmente la misma que la de estructuras de pequeñas moléculas, los átomos serán unidos por ligaduras químicas verdaderas, a estos coloides moleculares se los llama verdaderos. A este grupo de coloides moleculares pertenece la mayoría de los coloides orgánicos de nitrocelulosa, almidón, cloruro de polivinilo, caucho. Los esferocoloides también pueden ser moleculares. La estructura de los coloides micelares es distinta, las partículas de estos no son moléculas, sino conglomerados de muchas moléculas pequeñas o grupos de átomos que son mantenidos juntos por valencias secundarias o por fuerzas de cohesión o de Van der Walls. Muchos coloides inorgánicos, emulsiones, jabones y detergentes, forman coloides micelares.

f)

Coloides Intrínsecos: Son sustancias sólidas que formas dispersiones coloidales al ser puestas en contacto, o calentadas en un medio de dispersión adecuado, y son compuestos de macromoléculas, este tipo de coloides por lo general tiene un carácter liófilo.

g) Coloides Extrínsecos:  Se le llama a las dispersiones de pequeñas partículas de materiales insolubles de bajo peso molecular. Este tipo de dispersiones son casi invariablemente soles liófobos y deben ser reparados mediante métodos especiales que produzcan partículas de tamaño adecuado. MOVIMIENTO BROWNIANO Se trata de un movimiento errático, que se superpone al movimiento macroscópico descrito por la hidrodinámica, causado por la naturaleza discreta (no continua, como supone la hidrodinámica) del solvente: las partículas del solvente continuamente colisionan con la partícula coloidal y transfieren momento a esta, de una manera más o menos caótica. Este movimiento, pese a ser errático, se puede de alguna manera cuantificar.

CARACTERÍSTICAS DE LOS COLOIDES a) Coloides Hidrófobos: Si en ellos se separa el disolvente por evaporación o enfriamiento no pueden volver a convertirse en coloides. Son irreversibles. Las partículas se mueven erráticamente, debido a la colisión entre las mismas. Movimiento Browniano. Presentan efecto Tyndall. Alta sensibilidad a los electrolitos que influyen sobre la carga eléctrica que rodea a la partícula Presentan una gran área superficial al medio de dispersión, lo que determina una conducta especial de estos sistemas. 

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b) Coloides Hidrofílicos: Normalmente se trata de dispersiones de macromoléculas fuertemente hidrofílicas debido a la presencia de grupos polares.   Por perdida de agua pueden formar geles o sólidos que se redispersan al poner de nuevo en contacto con el disolvente. Son reversibles. La viscosidad del coloide es muy superior a la del medio dispersante Efecto Tyndall poco notable. Poca sensibilidad a los electrolitos. Más estables con el tiempo. Normalmente estos sistemas adquieren consistencia espesa cuando la concentración supera un cierto valor. También se les denomina Mucílagos. 



    



Un coloide es la suspensión de partículas pequeñas en un medio. Estas partículas pueden ser sólidas, liquidas o gaseosas. El medio donde están suspendidas también puede estar en cualquiera de las tres f ases. Todos estamos en contacto con coloides a diario, sin saberlo. Por ejemplo: Si las partículas son sólidas y el medio gaseoso, estamos en presencia de humo, como el de los cigarrillos. Si son liquidas en gas, es niebla o un spray. Una emulsión es un coloide liquido-liquido, como la mayonesa. ¿Pero qué diferencia hay con una solución? Si recuerdas lo que viste alguna vez

en química, una solución es una suspensión de moléculas en un medio. Parece la misma definición que la de un coloide, pero no lo es: la diferencia es el tamaño de las partículas suspendidas: en un caso (la solución) son moléculas, del orden de tamaño de diezmillonésimas de milímetro. En el otro, las partículas son cientos o miles de veces mayores. Esta pequeña diferencia produce efectos observables. Por ejemplo si coloco en un vaso con agua un poco de sal (solución), y en otro agua con unas gotas de leche (coloide) e ilumino ambos vasos con un láser, la solución común no mostrará el haz de luz atravesándola (la sal), en cambio la leche sí.

II.

COMPETENCIAS  Aplicar significativamente los aspectos fundamentales del coloide.  Realizar el análisis cuantitativo, emitir hipótesis, elaborar estrategias, alternativas, resolver problemas y analizar resultados.  Trabajar en equipo para abordar con los compañeros las tareas cooperativas en el contexto de la fisicoquímica aplicada a la farmacia y la industria  Realizar propuestas, analizar aportaciones de vuestros compañeros, discutir ideas y ejecutar las acciones pertinentes.  Capacidad para aplicar la teoría a la práctica.

III.

MATERIALES Y EQUIPOS    

Termómetro ambiental Vaso de precipitado Vernier o calibrador Balanza de platillos

  

Balanza digital Luna reloj Matraz de Erlenmeyer

IV. PROCEDIMIENTO     

V.

Realizar la evaluación física de la muestra pedida para la práctica para validar la medición de su naturaleza de elaboración. Realizar los ensayos de la técnica y diseño del manómetro, seguir las indicaciones del profesor. Determinar la importancia del diseño para el proceso de obtención de la muestra gaseosa. Realizar ensayos y diseños con los materiales indicados. Aplicar los cálculos correspondientes para evaluar resultados de la funcionalidad del instrumento.

RESULTADOS Según como indica:  Ensayo 1 :________________________________________________  Ensayo 2 :________________________________________________  Ensayo 3 :________________________________________________

NOTA: E n los coloides, las partículas que los forman son mucho mayores que el tamaño de los átomos o de las moléculas, pero demasiado pequeñas para ser visibles. Su tamaño está comprendido entre 10 -7 cm y 10-3 cm y existen débiles fuerzas de unión entre ellas. Los soles y los geles son coloides. A mediados del siglo XIX, el inglés: John Tyndall demostró que la dispersión de la luz en la atmósfera era causada por las partículas en suspensión en el aire. Este efecto lo utilizaremos para diferenciar, en el laboratorio una disolución de una dispersión coloidal. Cuando un rayo de luz que atraviesa un líquido con partículas en suspensión invisibles al ojo, es dispersado, estamos en presencia de un coloide. Si el rayo de luz no experimenta ninguna dispersión, el líquido es una disolución o una sustancia pura. VI. CUESTIONARIO 1. ¿Qué diferencia hay entre solución y suspensión? 2. ¿Qué diferencia hay entre nanómetro y la micra? 3. ¿Cuál es la importancia de la velocidad de disolución diluida, concentrada, insaturada, saturada y sobresaturada? 4. ¿Cuáles son las características de los coloides? 5. ¿A qué se denominan sustancias miscelares? 6. ¿Cuál es la importancia de los tensoactivos? VII. FUENTES DE INFORMACIÓN   

http://www.apac-eureka.org/revista/ http://serve.me.nus.edu.sg/limit/ http://www.mrc-lmb.cam.ac.uk/harry/crystal/

Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

ROJO DE METILO

NARANJA DE METILO

PRÁCTICA # 7 Propiedades fisicoquímicas para el agua potable y agua mineral DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I. MARCO TEÓRICO La acidez y la basicidad constituyen el conjunto de propiedades características de dos importantes grupos de sustancias químicas: los ácidos y las bases. Las ideas actuales sobre tales conceptos químicos consideran los ácidos como dadores de protones y las bases como aceptoras. Los procesos en los que interviene un ácido interviene también su base conjugada, que es la sustancia que recibe el protón cedido por el ácido. Tales procesos se denominan reacciones ácido-base.  Antes de que se conociera el comportamiento a nivel molecular de este tipo de sustancias, se reconocían por sus propiedades características. Esta idea de definir el concepto de ácido y de base indicando cómo ha de comportarse químicamente una sustancia para que pueda considerarse como miembro de una u otra familia de compuestos fue introducida por Boyle en 1663. Posteriormente un conocimiento más preciso de las fórmulas químicas llevó a algunos investigadores, como Justus von Liebig (1803-1873), a definir los ácidos por su composición molecular; sin embargo, la vieja idea de Boyle, aunque transformada con las sucesivas definiciones de ácidos y bases. Los ácidos y las bases (o sustancias alcalinas) son conocidos desde la antigüedad. Sus propiedades habían sido estudiadas, entre otros, por los científicos de la Edad Media. Se los estudió en función de propiedades cualitativas medidas por los sentidos: los ácidos tienen sabor agrio y reaccionan con los metales desprendiendo hidrógeno y las bases tienen un tacto jabonoso y sabor amargo. Ambos tiñen de color ciertas sustancias llamadas indicadores (los ácidos de un color diferente a las bases). Su importancia es muy grande en diversos procesos naturales (por ejemplo, en la digestión), así como en muy variados procedimientos industriales. Su capacidad de reacción es muy elevada y por eso tienen una gran importancia en el estudio de la química. Robert Boyle fue el primero en estudiar formalmente estas sustancias y Lavoisier el primero en asociar las propiedades de los ácidos a un elemento que se acababa de descubrir, el oxígeno. Davy fue el primero en asociar las propiedades de los ácidos al hidrógeno.

TEORÍAS DE ARRHENIUS Y DE BRÖNSTED-LOWRY SOBRE ÁCIDOS Y BASES En 1880 el químico sueco Svante August Arrhenius elaboró la primera teoría acerca de los ácidos y las bases, aunque era solo aplicable cuando estaban disueltos en agua. Según su teoría los ácidos son sustancias capaces de liberar iones H+ (llamados también protones); las bases son las sustancias capaces de liberar iones OH- (hidroxilo). Posteriormente se descubrió que esta teoría no era aplicable a sustancias como el amoniaco, que tiene propiedades alcalinas, pero cuya naturaleza no es explicada por la teoría de Arrhenius. Así, el danés Brönsted y el inglés Lowry plantearon una nueva hipótesis, que mantenía la explicación dada por Arrhenius para los ácidos, pero que modificaba su definición de base; según ellos una base es aquella sustancia capaz de aceptar protones. Existe una teoría más moderna, la teoría de Lewis. Se trata de una teoría que explica las sustancias en base a parejas de electrones en lugar de estudiar la transferencia de protones. Salvo en casos excepcionales no se utiliza para resolver problemas con ácidos y bases.

ÁCIDOS Y BASES FUERTES NO ES LO MISMO QUE ÁCIDOS Y BASES CONCENTRADOS La concentración es la medida que se utiliza en química para determinar la cantidad de una sustancia determinada que hay en una disolución. Así, si se echan unas gotas de ácido sulfúrico en una piscina, se obtendrá una disolución muy poco concentrada. La medida de la concentración se hace con la molaridad, el porcentaje en masa, el porcentaje en volumen y con otra serie de magnitudes habituales en química. La fortaleza de los ácidos y las bases indica su capacidad para disociarse, es decir, es la propiedad que indica si al echar un ácido (o una base) en agua, este es capaz de romper su molécula y desprender protones (o de aceptarlos, en el caso de las bases). La medida de la fortaleza de los ácidos y las bases se hace con la constante de acidez y la constante de basicidad, respectivamente. También puede medirse con el porcentaje de disociación. Cuando un ácido o una base es fuerte esos valores son muy elevados. Los ácidos fuertes son cuatro: clorhídrico, sulfúrico, nítrico y perclórico. Dentro de las bases fuertes están todos los hidróxidos, excepto el de berilio. Una base fuerte muy conocida es la sosa cáustica, llamada en química hidróxido de sodio. El pH indica el carácter más ácido o más alcalino de un agua. La norma exige al agua sin gas un pH no inferior a 4,5. El pH medio de las nueve aguas fue de 7,5, y por lo tanto, son ligeramente alcalinas. El más bajo se vio en Lanjarón (6,2), ligeramente más ácida que el resto de aguas. La dureza total del agua refleja su mineralización, que viene dada fundamentalmente por la cantidad de calcio y magnesio, sales mayoritarias del agua.

AGUA SAN MATEO Presentaciones

TABLA COMPARATIVA Aguas minerales naturales envasadas PRODUCTO

Descripción

Manantial Precio (euros/litro) Etiquetado Volumen neto (L)

VALORES AQUABONA SOLARES ALZOLA LEGISLADOS  Agua mineral natural.  Agua mineral Mineralización  Agua  Agua mineral natural. débil. mineral natural Mineralización Indicado para natural débil dietas pobres en sodio Santolín  Alzola Solares Quintanaurria Elgoibar (Cantabria) (Burgos) (Guipúzcoa)

3,52

BEZOYA

INSALUS

 Agua mineral  Agua natural. mineral Mineralización natural. muy débil. Indicado Indicado para para dietas dietas pobres pobres en en sodio sodio Bezoya de Lizartza Trescasas (Guipúzcoa) (Segovia)

0,25

0,26

0,23

0,30

0,31

Correcto

Correcto

Incorrecto

Correcto

Correcto

9,26

7,24

5,69

1,90

3,69

PARÁMETROS CARACTERIZANTES Residuo seco (mg/l) 1 Dureza total (GHF) 2 PH 3

264

506

312

37

569

23,7

24,9

17,7

1,7

41,8

4,5 y 9,5

7,9

7,9

7

8

7

Bicarbonatos (mg/l)

Bicarbonatada > 600

275

249

183

16

160

Sulfato (mg/l) Cloruro (mg/l) Calcio (mg(l)

Sulfatada > 200 Clorada > 200 Cálcica > 150 Magnésica > 50

7,64

37,4

23,9

<0,5

270

4,42

144

67,8

0,63

12,8

90,7

71,7

57,4

5,49

139

2,69

16,4

5,86

0,87

16,8

< 0,1

< 0,1

0,16

< 0,1

< 0,1

<5

11,4

<5

<5

<5

3,28

92

45,9

1,46

9,33

<5

5,53

<5

<5

<5

< 0,5

< 0,5

< 0,5

2,62

< 0,5

0,52

< 0,2

< 0,2

< 0,2

0,23

4,57 0,56 Correcto

9,15 1,71 Correcto

12,4 0,94 Correcto

8,93 < 0,5 Correcto

8,81 1,13 Correcto

Correcto

Correcto

Correcto

Correcto

Correcto

Magnesio (mg/l) Fluoruro (mg/l) Hierro (µg/l) Sodio (mg/l) Aluminio (µg/l) Manganeso (µg/l) Carbono orgánico total (mgC/l) Sílice (mg/l) Potasio (mg/l)

Contaminantes 4

Estado microbiológico

Fluorada > 1 Ferruginosa >1 Sódica > 200

(1) Residuo seco:  informa del contenido global de minerales de un agua. Se considera que un agua es de "mineralización muy débil" cuando su residuo seco es inferior a 50 mg/l, de "mineralización débil" cuando es inferior a 500 mg/l de residuo seco y de "mineralización fuerte" cuando éste es superior a los 1.500 mg/l. (2) Dureza: refleja el grado de mineralización del agua (3) PH: informa del carácter ácido o alcalino del agua (4) Contaminantes: el nivel de contaminantes detectado en todas las muestras es muy bajo y en todos los casos se encuentra muy por debajo de los máximos permitidos por la norma.

¿QUÉ ES EL PH? Para medir la acidez de una disolución es muy habitual la utilización de una magnitud llamada pH, siglas que abrevian las palabras "potencial de hidrógeno". El pH es el valor del logaritmo de la concentración de protones de una disolución, cambiado de signo. A 25ºC los valores de pH menores de 7 indican que la disolución tiene propiedades ácidas y por encima de 7 tiene propiedades básicas. Si el pH=7, la disolución será neutra (no es ácida ni es básica). Estos valores pueden mantenerse si la temperatura no se aleja de esos 25ºC. Para estudiar la acidez o basicidad también puede estudiarse otra magnitud llamada pOH (menos popular que el pH, pero muy útil para resolver problemas de química). El pH se puede estudiar mediante un aparato llamado pehachímetro (o pH-metro) o mediante sustancias indicadoras, destacando entre estas últimas el papel indicador universal, que está impregnado con diversas sustancias indicadoras.

¿QUÉ SON LOS ANFÓTEROS? Los anfóteros son sustancias que pueden comportarse como ácidos y como bases en función de las circunstancias que las rodean. Son muy útiles en biología porque forman parte de las disoluciones tampón, muy presentes en los fluidos corporales. El ión bicarbonato es un ejemplo de sustancia anfótera.

II.

COMPETENCIAS Aplicar significativamente los aspectos fundamentales para el pH. Emplear coherentemente el conocimiento procedimental para el diseño y reconocimiento.   Realizar el análisis cuantitativo, emitir hipótesis, elaborar estrategias, alternativas, resolver problemas y analizar resultados.   Trabajar en equipo para abordar con los compañeros las tareas cooperativas en el contexto de la fisicoquímica aplicada a la farmacia y la industria   Realizar propuestas, analizar aportaciones de vuestros compañeros, discutir ideas y ejecutar las acciones pertinentes. Capacidad para aplicar la teoría a la práctica.  









III.

MATERIALES Y EQUIPOS Termómetro ambiental Vaso de precipitado Vernier o calibrador Balanza de platillos Balanza digital Soporte universal

Luna de reloj Pera de bromo Pinza para pera de bromo   Bureta Matraz de Erlenmeyer























IV. PROCEDIMIENTOS 1. Realizar la evaluación física de la muestra (proporcionada por el grupo), para validar la medición de su naturaleza de elaboración. 2. Realizar los ensayos de la técnica según la indicación del profesor. 3. Determinar la importancia del diseño para el proceso de obtención de identificar el pH en las aguas de mesa.

4. Realizar ensayos y diseños con los materiales indicados. 5. Aplicar los cálculos correspondientes para evaluar resultados de la funcionabilidad del instrumento.

V. RESULTADOS Según las muestras traídas. VI. CUESTIONARIO 1. ¿Qué diferencia hay entre el indicador de papel de tornasol y el pHmetro? 2. ¿Qué diferencia hay entre la fenolftaleína y el rojo fenol? 3. ¿Cuál es la importancia de la composición química de los indicadores? 4. Explique la importancia de las soluciones amortiguadoras 5. Explique otras técnicas o ensayos que se puedan realizar con él y cuál sería su utilidad para seguir estudiando. 6. ¿Cuál es la importancia del bicarbonato de sodio a nivel fisiológico? VII. BIBLIOGRAFÍA http://www.quimiweb.com.ar/sitio/2009/10.ATEORIA_DE_BRONSTED_Y_LOWRY.pdf  

Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

PRÁCTICA # 8 Determinación y aplicación del equilibrio químico DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I.

MARCO TEÓRICO Para que se puedan llevar a cabo las reacciones químicas, éstas dependen de distintos factores. Algunos de ellos como la temperatura y al concentración del reactivo, son de los más comunes, y afectan de manera importante la rapidez de una reacción. En esta práctica podremos apreciar cómo se ve afectada la velocidad de una reacción a través de diferentes temperaturas y concentraciones. A) CINÉTICA DE REACCIONES El objetivo de la cinética química es medir las velocidades de las reacciones químicas y encontrar ecuaciones que relacionen la velocidad de una reacción con variables experimentales. Se encuentra experimentalmente que la velocidad de una reacción depende mayormente de la temperatura y las concentraciones de las especies involucradas en la reacción. En las reacciones simples, sólo la concentración de los reactivos afecta la velocidad de reacción junto con la temperatura, pero en reacciones más complejas la velocidad también puede depender de la concentración de uno o más productos. La presencia de un catalizador también afecta la velocidad de reacción; en este caso puede aumentar su velocidad. Del estudio de la velocidad de una reacción y su dependencia con todos estos factores se puede saber mucho acerca de los pasos en detalle para ir de reactivos a productos. Esto último es el mecanismo de reacción. Las reacciones se pueden clasificar cinéticamente en homogéneas y heterogéneas. La primera ocurre en una fase y la segunda en más de una fase. La reacción heterogénea depende del área de una superficie ya sea la de las paredes del vaso o de un catalizador sólido.

B) VELOCIDAD DE REACCIÓN La rapidez (o velocidad) de reacción está conformada por la rapidez de formación y la rapidez de descomposición. Esta rapidez no es constante y depende de varios factores, como la concentración de los reactivos, la presencia de un catalizador, la temperatura de reacción y el estado físico de los reactivos. Uno de los factores más importantes es la concentración de los reactivos. Cuanto más partículas existan en un volumen, más colisiones hay entre las partículas por unidad de tiempo. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den colisiones entre las moléculas, y la rapidez es mayor. A medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de colisión y con ella la rapidez de la reacción. La medida de la rapidez de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la rapidez de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, o bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo.

C) LA LEY DE ARRHENIUS Y LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN ENERGÍA DE ACTIVACIÓN En 1988, el químico sueco Svante Arrhenius sugirió que las moléculas deben poseer una cantidad mínima de energía para reaccionar. Esa energía proviene de la energía cinética de las moléculas que colisionan. La energía cinética sirve para originar las reacciones, pero si las moléculas se mueven muy lento, sólo rebotan al chocar con otras moléculas y la reacción no sucede. Para que reaccionen las moléculas, éstas deben de tener una energía cinética total que sea igual o mayor que cierto valor mínimo de energía, llamada energía de activación (Ea). Para que se lleve a cabo la reacción es necesario también que las moléculas estén orientadas correctamente. La constante de la velocidad de una reacción (k) depende también de la temperatura ya que la energía cinética depende de ella. Todas las reacciones químicas son en realidad sistemas en equilibrio dinámico, que a veces se desplazan en un determinado sentido, es decir, aparecen como irreversibles debido a las condiciones en que se realizan. No obstante, se puede actuar sobre estas reacciones de modo que se invierta el proceso, aunque este efecto sea difícil de conseguir y apreciar en algunas reacciones que se consideran comúnmente irreversibles. Por esta razón es frecuente poner en las reacciones químicas, en vez de una sola flecha, una doble flecha indicando los dos sentidos de la reacción. La flecha de mayor longitud indica que la reacción se encuentra desplazada en ese sentido. Una reacción del tipo: aA + bB  cC + dD

PRINCIPIO DE LE CHATELIER Un sistema, sometido a un cambio, se ajusta el sistema de tal manera que se cancela parcialmente el cambio. Factores que influyen en la reacción:   Concentración   Presión   Temperatura



Concentración: - A mayor concentración en los productos el equilibrio tiende a desplazarse hacia los reactivos para compensar la reacción (el equilibrio se va hacia la izquierda). - A mayor concentración en los reactivos, el equilibrio tiende a desplazarse hacia los productos (el equilibrio se va hacia la derecha).



Presión: - Es importante hacer notar, que la presión sólo afecta a aquellos productos o reactivos que se encuentran en fase gaseosa. - A mayor presión, el equilibrio tenderá a irse a donde hay menor número de moles. De acuerdo con la ley general del estado gaseoso: PV=RnT; que implica que a mayor número de moles, mayor presión.



Temperatura: - En la temperatura se debe de considerar su entalpía (H°): I. Si H es positiva, la reacción es endotérmica. II. Si H es negativa, la reacción es exotérmica - A mayor presión, el equilibrio tenderá a irse a donde hay menor número de moles. De acuerdo con la ley general del estado gaseoso. - Si una reacción es endotérmica, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplazará hacia la derecha (mayor formación de productos). - Si una reacción es exotérmica, al aumentar la temperatura, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda (mayor formación de reactivos).

CONCEPTOS GENERALES Para poder comprender mejor el trabajo que realizo, es necesario conocer los siguientes conceptos: a) Reacción reversible : reacción en la que se pueden generar productos y reactivos, y viceversa, es decir, la reacción puede devolverse. b) Reacción no reversible : reacción en la sólo se pueden generar productos, es decir, la reacción no se puede devolver. c) Equ ilibr io din ámic o : Es cuando dos procesos reversibles opuestos ocurren simultáneamente. d) Solución : mezcla homogénea de dos o más sustancia (una sustancia se dispersa uniformemente en otra). e) Equ ilib rio Qu ím ic o : estado en el que las concentraciones de los reactivos/productos no tienen cambios. f) Reac ci ón q uím ic a : representación hablada de la acción de unión entre dos compuestos. g) Com pu esto q uím ic o : sustancia formada a partir de la unión de dos o más elementos de la tabla periódica. h) Reactivos : sustancia que interactúa con otra, que también puede ser otro reactivo, en una reacción química que da lugar a otra(s) sustancia(s). i) P r o d u c t o s  : Sustancias químicas que son el resultado de la reacción producida por los reactivos.

 j)

Reacción directa  : cuando el resultado obtenido en una ecuación

química es de izquierda a derecha. k) Reacción inversa : cuando el resultado obtenido en una ecuación química es de derecha a izquierda. l) Ec u aci ón q uím ic a : representación gráfica de los elementos que componen a un compuesto (o unos compuestos). Para poder comprender de mejor manera el objetivo del trabajo, desarrollaremos las siguientes preguntas, como meta adicional, y así ver si la teoría aprendida coincide con la aplicación de esta:  ¿H ac ia d o n d e d eb er ía i r el d es p laz am ien to q u ím ic o en lo s c as o s en qu e la tem peratur a aumen ta? ¿Por qu ées imp ortan te la tem peratura en la determ inac ión del equ ilibr io q uímic o?

 Al aumentar la temperatura en un equilibrio químico, se libera energía, lo que es un proceso exotérmico, por lo tanto, el principio de Le Chatelier indica que el desplazamiento debe ocurrir en sentido contrario, es decir, debe ocurrir un proceso endotérmico, y esto sucede con un desplazamiento hacia la derecha (reactivos). La temperatura es vital en la determinación del equilibrio químico, ya que la constante de equilibrio depende sólo de este factor, por lo que un cambio en este factor puede causar incluso la ruptura del equilibrio.  ¿E n q u écas o s s e d eb er á ev id en c iar u n d es p laza m ien to h ac ia lo s prod ucto s? ¿Y hacia los reactantes?

Nuevamente siguiendo el principio de Le Chatelier, se conoce que el desplazamiento en una reacción debe ocurrir siempre hacia donde exista menor concentración, por lo que si el desplazamiento ocurre hacia los productos, esto significa que hay mayor concentración en los reactivos. Al contrario, si el desplazamiento ocurre hacia los reactivos significa que ahí se encuentra la menor concentración, y por ello, en los productos se encuentra la mayor concentración, lo que genera un desplazamiento hacia los reactivos (hay menor concentración).

II.

OBJETIVOS Determinar el efecto de la concentración y la temperatura en la velocidad de la reacción.   Observar la respuesta de un sistema en equilibrio ante cambios de concentración, volumen y temperatura.   Calcular la constante de equilibrio (ley de acción de masas de una reacción química)







III.

COMPETENCIAS Analizar, interpretar, evaluar y valorizar. 

IV. PROCEDIMIENTO 1. Realizar la evaluación física de la muestra (proporcionada por el grupo), para validar la medición de su naturaleza de elaboración. 2. Realizar los ensayos de la técnica según la indicación del profesor. 3. Determinar la importancia del diseño para el proceso de obtención de identificar el pH en las aguas de mesa. 4. Realizar ensayos y diseños con los materiales indicados. 5. Aplicar los cálculos correspondientes para evaluar resultados de la funcionabilidad del instrumento. V.

RESULTADOS Según como indica:  Ensayo 1 :________________________________________________  Ensayo 2 :________________________________________________  Ensayo 3 :________________________________________________

VI. CUESTIONARIO VII. FUENTES DE INFORMACIÓN 

Https://www.uam.es/docencia/qmapcon/QUIMICA_GENERAL/Practica_  14_Desplazamiento_del_Equilibrio_Quimico_Efecto_de_la_Concentraci on_y_la_Temperatura.pdf 

Guía de Laboratorio

 –  FISICOQUÍMICA  – 

PRÁCTICA # 9  Ácido acético/Tampón acetato DOCENTE:

Q. F. Reyna E Hernández Guerra

I.

MARCO TEÓRICO ÁCIDO ACÉTICO Propiedades: El concentrado de ácido acético puro es un líquido inflamable. Huele a vinagre fuertemente picante. El ácido es un ácido fórmico como la base de su polaridad, altamente soluble en agua. Es soluble en alcohol etílico, éter de dietilo, glicerol. El azufre y el fósforo lo disuelven. A temperatura de 16,64 °C el líquido claro se solidifica a una masa similar al hielo, que se conoce como ácido acético glacial. El ácido acético concentrado actúa en los ojos, la piel y las membranas mucosas es altamente corrosivo. El ácido acético actúa como un ácido porque el grupo carboxilo ( –COOH) puede liberar un protón. Pero también muchos metales son atacados por el ácido acético diluido para formar las sales correspondientes. El aluminio, sin embargo, es resistente. Cuando el magnesio reacción con ácido acético diluido, el magnesio y el hidrógeno producen: Mg + 2CH3COOH

 Mg(CH3COO)2 + H2

→

 Acetatos o etanoato IUPAC, son las sales de ácido acético. El cobre no reacciona espontáneamente formando hidrogeno, sino más bien por una oxidación lenta del cobre y con la ayuda del oxigeno atmosférico:

4Cu + 4CH3COOH + O2

 2Cu(CH3COO)2 + 2H2O

→

Con los alcoholes, se producen esteres que se emplean como fragancias. La reacción éster se lleva a cabo con la ayuda de catalizadores tales como el ácido sulfúrico y bajo la influencia del calor:   El

ácido sulfúrico + metano reacciona para formar acetato de metilo + agua  El acido ácido acético + etanol + acetato de etilo reacciona al agua  El ácido acético + agua + propanol reaccionaron a acetato

Producción:  Así el vino ya está en el aire, es poco a poco amargo. Este método ya se utilizaba en la antigüedad. Aquí, el etanol se oxida en una oxidación enzimática utilizando bacterias de ácido acético. Después de la destilación de la madera seca a 350 °C en el destilado son aproximadamente 82% de agua, 7% y 9% de ácidos de alquitrán disueltos, que consiste principalmente de ácido acético. El ácido acético es hoy hecho de tino que se convierte en acetaldehído producido. Oxida el etanal por medio de catalizadores para formar ácido acético. Con una carbonilación también puede producir ácido acético, mientras que una molécula de CO se añade a una molécula de metanol.

SOLUCIÓN REGULADORA DE ÁCIDO ACÉTICO-ACETATO Es una solución reguladora que se usa bastante en los laboratorios de química. Está constituida por ácido acético (acido débil) y acetato de sodio (sal o base conjugada).

 Esta

solución reguladora se considera ácida.  Si se agregan cantidades iguales de ácido acético y acetato de sodio, se produce una solución reguladora que tiene un pH de 4.7  Tal como se indico en la introducción, el equilibrio que se produce es el siguiente:

Un ejemplo concreto de esta solución reguladora podría contener 0.1 mol/litro de ácido acético y 0.1 mol/litro de acetato de sodio. Para encontrar el pH de esta solución realizamos los siguientes cálculos partiendo del valor teórico de la constante de ionización del ácido acético que es 1.8x10 –5:

El acido acético/acetato tampón es un sistema tampón que consiste en cantidades molares iguales de ácido acético y acetato de sodio. El pH de esta solución tampón en proporción 1:1 siempre es 4,75 (=pKa del ácido acético). Si la relación molar a otro, el pH de la solución tampón después de la ecuación de Henderson –Hassebalch se puede calcular. La adición de oxonio o iones hidróxido puede incrementar o disminuir las ya subidas del pH, pero solo muy ligeramente. Este es el modo general de funcionamiento de las soluciones tampón químicos.   

El tampón de ácido acético/acetato: HAc + H2O  H3O+ + Ac – La adición de iones oxonio: Ac + H3O+  HAc + H2O La adición de iones hidróxido: HAc + OH + H2O  Ac – →

→

→

ECUACIÓN BUFFER El comportamiento de una solución tampón también se puede describir cuantitativamente. Sobre la base de la ley de acción de masas, para la disociación de un ácido se obtiene un tampón de acetato: [3 + ] ∙ [3 – ]  = [3  ]

Transformando se dispone: [3 + ] =  ∙

[3 ] [3 – ]

II.

COMPETENCIAS   Aplicar significativamente los aspectos fundamentales de la solución tampón.   Realizar el análisis cuantitativo, emitir hipótesis, elaborar estrategias, alternativas, resolver problemas y analizar resultados.   Trabajar en equipo para abordar con los compañeros las tareas cooperativas en el contexto de la fisicoquímica aplicada a la farmacia y la industria   Realizar propuestas, analizar aportaciones de vuestros compañeros, discutir ideas y ejecutar las acciones pertinentes. 

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III.

MATERIALES Y EQUIPOS Matraz de Erlenmeyer   Bureta Pipeta de 5 mL   Piseta   Termómetro

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Tubo de ensayo de 10 mL Pinza para bureta Gradilla para tubos Muestra problema



IV. PROCEDIMIENTO  En tres tubos de ensayo agregar 5 mL de ácido acético. Luego agregar 5 mL de agua a cada tubo. Finalmente adicionar 3 gotas de solución de timol.   En

otros tres tubos de ensayos agregar 5 mL de ácido acético. Luego agregar 5 mL de acetato de sodio. Finalmente adicione 3 gotas de solución de azul de timol.

 En

una bureta cargar HCl, descargar a una de las muestras hasta que cambie a rojo. Compare colores. Repita el mismo proceso con otras muestras.

V.

RESULTADOS Según como indica:  Ensayo 1 :________________________________________________  Ensayo 2 :________________________________________________  Ensayo 3 :________________________________________________

VI. CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la importancia del pH? 2. ¿Cuál es la importancia del ácido acético? 3. ¿Cuál es la importancia de una solución tampón? VIII. FUENTES DE INFORMACIÓN  https://webshop.morphisto.de/acetat-puffer-ph-4-56.html  https://www.slidesahre.net/raher31/soluciones-buffer-o-amortiguadoras