Informe #5 Peso Equivalente

[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS]

INTRODUCCION En el presente informe aprenderemos los conceptos básicos de masa equivalente. Se calculara el porcentaje de error que existe entre la masa equivalente teórica – experimental, por defecto y por exceso. La realización de esta práctica de laboratorio se llevó a cabo tomando en cuenta resultados cuantitativos debido a que el peso, la temperatura, la presión y el volumen de las sustancias evaluadas son datos numéricos. La importancia de la presente práctica de laboratorio radica en conocer de forma experimental y didáctica como calcular el peso equivalente de un metal de forma experimental, en este caso el Magnesio, por medio de una reacción química redox. La práctica de laboratorio laboratorio fue también importante importante porque nos ayudó ayudó a diferenciar diferenciar el concepto de masa equivalente referida hacia los metales y aquella que se refiere a los ácidos, bases o sales. Los objetivos a cumplir son los siguientes: •Determinar el volumen molar del oxígeno a partir del volumen de agua desalojado, por el gas desprendido en la reacción correspondiente. correspondiente.

•Buscar la relación que existe entre los pesos de la sustancias reaccionantes y de los productos, durante una reacción química de acuerdo a la ley de conservación de la masa.

Para efectuar cálculos estequiometricos es necesario representar la reacción química por medio de una ecuación balanceada de la que a su vez es posible obtener información relacionada con el tipo de sustancias que participan en el proceso, propiedades físicas de las mismas, dirección o sentido de la reacción, absorción o desprendimiento de energía calorífica, etc.

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PRINCIPIOS TEÓRICOS Peso equivalente, también conocido como equivalente gramo, es un término que ha sido utilizado en varios contextos en química. En la mayor parte de los usos, es la masa de un equivalente, que es la masa de una sustancia dada que: 

Se deposita o se libera cuando circula 1 mol de electrones



Sustituye o reacciona con un mol de iones hidrogeno (H +) en una reacción acido-base.



Sustituye o reacciona con un mol de electrones en una reacción redox.

El peso equivalente tiene dimensiones y unidades de masa, a diferencia del peso atómico, que es una magnitud adimensional. Los pesos equivalentes fueron determinados originalmente de forma experimental, pero (tal como se utilizan ahora) se obtienen de las masa molares.

Las primeras tablas de pesos equivalentes fueron publicadas para los ácidos y las bases por Carl Friedrich Wenzel en 1777. Un conjunto más amplio de tablas fue preparado, posiblemente de forma independiente, por Jeremías Benjamín Richter, a partir de 1792. Sin embargo, ni Wenzel ni Richter tenían un punto de referencia único para sus tablas, por lo que tuvieron que publicar tablas separadas para cada par ácido-base. La primera tabla de pesos atómicos de John Dalton (1808) proponía un punto de referencia, al menos para los elementos: tomar el peso equivalente del hidrógeno como una unidad de masa. Sin embargo, la teoría atómica de Dalton estaba lejos de ser universalmente aceptada en el siglo XIX. Uno de los mayores problemas era la reacción del hidrógeno con el oxígeno para producir agua. Un gramo de hidrógeno reacciona con ocho gramos de oxígeno para producir nueve gramos de agua, por lo que el peso equivalente del oxígeno se define como ocho gramos.

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[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS] Sin embargo, la expresión de la reacción en términos de volúmenes de gas siguiendo la ley de Charles y Gay-Lussac, dos volúmenes de hidrógeno reaccionan con un volumen de oxígeno para producir dos volúmenes de agua, lo que sugiere que el peso atómico del oxígeno debe ser de dieciséis. El trabajo de Charles Frédéric Gerhardt (1816 –56), Henri Victor Regnault (1810 –78) y Stanislao Cannizzaro (1826 –1910) contribuyó a racionalizar esta y muchas paradojas similares, pero el problema era aún objeto de debate en el Congreso de Karlsruhe (1860). Los pesos equivalentes fueron una útil generalización de la ley de las proporciones definidas (1794) de Joseph-Louis Proust que permitió a la química convertirse en una ciencia cuantitativa. El químico francés Jean-Baptiste Dumas (1800-84) se convirtió en uno de los más influyentes oponentes de la teoría atómica, después de haberla abrazado al principio de su carrera, pero fue un firme defensor de los pesos equivalentes. “En la medida en que las tablas atómicas han sido preparadas en la parte después

de las leyes de Wenzel y Richter, en parte por simples especulaciones, han dejado un montón de dudas en las mejores mentes. Se ha tratado de evitar este problema tratando de deducir los pesos atómicos de la densidad de los elementos en estado de vapor, de su calor específico, de su forma cristalina. Pero no hay que olvidar que el valor de las cifras deducidas de estas propiedades no son mínimamente absolutas... En resumen, qué se ha quedado detrás de esta ambiciosa excursión que nos hemos permitido en el reino de los átomos?. Nada, nada necesario al menos. Lo que hemos dejado es la convicción de que la química se perdió allí, como siempre ocurre cuando se abandona la experiencia, se intenta avanzar sin una guía por las sombras. Con la experiencia como guía, encuentras los equivalentes de Wenzel, los equivalentes de Mitscherlich, que no son más que grupos moleculares. Si yo tuviera el poder, quisiera borrar la palabra 'átomo' de la ciencia, convencido de que sobrepasa la evidencia experimental, y, en química, nunca se debe sobrepasar la evidencia experimental”

Jean-Baptiste Dumas, lectura en el Collège de France, 1843/44 [PESO EQUIVALENTE]

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[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS] Los pesos equivalentes no estuvieron sin sus propios problemas. Para empezar, la escala basada en el hidrógeno no es particularmente práctico, ya que la mayoría de los elementos no reaccionan directamente con el hidrógeno para formar compuestos simples. Sin embargo, un gramo de hidrógeno reacciona con 8 gramos de oxígeno para dar agua o con 35,5 gramos de cloro para dar cloruro de hidrógeno: por lo tanto, 8 gramos de oxígeno y 35,5 gramos de cloro se pueden tomar como equivalentea un gramo de hidrógeno para la medición de pesos equivalentes. Este sistema puede ampliarse a través de diferentes ácidos y bases. 2 Mucho más serio fue el problema de los elementos que forman más de un óxido o series de sales, que tienen (en la terminología de hoy en día) diferentes estados de oxidación. El cobre va a reaccionar con el oxígeno para formar cualquiera de ambos compuestos: óxido cuproso (óxido de cobre (I) rojo ladrillo, con 63,5 g de cobre por cada 8 g de oxígeno) o óxido cúprico (óxido de cobre (II) negro, con 32,7 g de cobre por cada 8 g de oxígeno), y así tiene dos pesos equivalentes. Los fanáticos de los pesos atómicos podrían volver a la ley de Dulong-Petit (1819), que relaciona el peso atómico de un elemento sólido con su calor específico, pero los partidarios de los pesos equivalentes tuvieron que aceptar que algunos elementos tenían varios "equivalentes". El golpe de gracia para el empleo de los pesos equivalentes para los elementos fue la presentación por Dimitri Mendeléiev de su tabla periódica en 1869, en la cual relacionaba las propiedades químicas de los elementos con el orden aproximado de sus pesos atómicos. Sin embargo, los pesos equivalentes se siguieron utilizando para muchos compuestos durante otros cien años, sobre todo en química analítica. Los pesos equivalentes de los reactivos comunes podrían ser tabulados, simplificando los cálculos analíticos, en los días anteriores a la disponibilidad generalizada de las calculadoras electrónicas: estas tablas eran comunes en los libros de texto de química analítica.

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Ley de las proporciones recíprocas (Ley de Richter) Esta ley permitió establecer el peso de combinación o peso equivalente gramo de un elemento que es el número de gramos del mismo que se combinarán con, o desplazarán, 8 g de oxígeno o 1.008 g de hidrógeno. Así el peso equivalente gramo (p.eq.g.) del calcio (Ca) es 20.04 g, porque es la cantidad que se combina con 8 g de oxígeno. El peso equivalente gramo (p.eq.g.) de la plata (Ag) es 107.88 g porque es la cantidad de plata que se combina con 8 g de oxígeno. El peso equivalente gramo (p.eq.g.) del hidrógeno (H) es 1.008 g, porque es la cantidad que se combina con 8 g de oxígeno.

El peso equivalente se expresa de la siguiente manera:   

  

El uso de los pesos equivalentes en la química general ha sido prácticamente sustituido por el uso de las masas molares. Los pesos equivalentes pueden calcularse a partir de las masas molares, si la química de la sustancia es bien conocida: 

El ácido sulfúrico tiene una masa molar de 98.078(5) g.mol -1, y suministra dos moles de iones de hidrógeno por mol de ácido sulfúrico, por lo que su peso equivalente es 98.078(5) mol-1/2 eq.mol-1 = 49.039(3) g.eq-1.



El permanganato de potasio tiene una masa molar de 158.034(1) g.mol -1, y reacciona con cinco moles de electrones por mol de permanganato de potasio, así que su peso equivalente es 158.034(1) g.mol -1 /5 eq.mol-1 = 31.6608 (3) g.eq-1.

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[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS] Históricamente, el peso equivalente de los elementos fue determinado a menudo estudiando sus reacciones con el oxígeno. Por ejemplo, 50 g de cinc reaccionarán con oxígeno para producir 62.24 g de óxido de cinc, lo que implica que el cinc ha reaccionado con 12.24 g de oxígeno (según la Ley de conservación de la masa): el peso equivalente del cinc es la masa que reacciona con 8 gramos de oxígeno, por tanto 50 g × 8 g/12.24 g = 32.7 g.

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para empezar el procedimiento, veamos primero que materiales fueron necesarios para realizarlo: 

Una balanza



Una probeta



Un termómetro



Un balón



Pinza



Tubo de ensayo

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Luego de haber nombrado los materiales, mencionaremos cuáles fueron los procedimientos que se llevaron a cabo y cómo fue que se realizaron, poniendo énfasis en las reacciones.

1. Con la ayuda de la balanza pesamos el Zinc (Zn).

2. instalamos el equipo para realizar el experimento. Esta estructura consta de un juego de tapones bihoradados, mangueras y conexiones, un recipiente, un tubo de ensayo, y un balón, tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

3. Siguiendo con el procedimiento, echamos el magnesio en el tubo de ensayo y procuramos ponerlo en el fondo de este.

4. Terminado esto se llena el balón con agua potable completamente y se coloca el tapón de jebe bihoradado conectado a un frasco donde se recoge el agua desalojada.

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5. Colocar en un tubo de prueba 20 ml. de ácido clorhídrico (HCl) 6M.

6. Teniendo los reactivos y el sistema listo, agregar al tubo de ensayo la solución de HCl 6 M. y tapar inmediatamente colocando fijamente los tapones.

7. Cuando sentimos presión en nuestros dedos, soltar inmediatamente la conexión para que se desplace el agua. Esto se debe a que el hidrogeno que se desprende en la mezcla es almacenada en el balón, el agua por su parte tiene que escapar por la manguera para ceder paso al h2. De ahí deducimos que el volumen del hidrogeno producido es igual al volumen del agua desalojada en el recipiente. Esto lo entenderemos mejor con la siguiente ecuación:

Zn(s) + 2HCl (ac)

H2 + ZnCl2

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8. Luego notamos que el recipiente donde se aloja el agua, adquiere una temperatura elevada. Esto se debe a que dicha reacción es exotérmica, es decir libera calor.

9. Luego medimos la temperatura del agua del frasco, para luego determinar con esta la presión de vapor de agua, en las tablas.

10. Finalmente medimos el volumen del agua desalojada.

Una vez realizado todo este procedimiento, obtenemos resultados cuantitativos que nos van a servir para realizar nuestros cálculos experimentales.

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RESULTADOS: 1) Peso del Zn

0.46 g 2) Temperatura del agua en el balón (T )

295K 3) Presión del vapor de agua

19.8 mmHg 4) Presión barométrica

755 mmHg 5) Presión de gas seco P=(4)-(3)

735.2 mmHg 6) Volumen de H2 de agua desalojada

175 ml 7) Presión a C.N (Po)

760mmHg 8) Número de moles del H2

0.00698 mol 9)Peso del H2

0.014 g. 10) Masa equivalente: Peso del Zn……………………………… peso del H2 Masa equivalente

………………

1g. de H2

Reemplazando: 0.46g.

……………………………… 0.014g.

Masa equivalente

…………………

1g. de H2

Masa equivalente = (1g.*0.46g.) / 0.014g.= 32.85 g

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[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS] 11) % de error relativo: Valor teórico Zn = 32.17 g %error = I(32.17g-32.85g)I *100% / 32.17g = 2.11%

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS -

Se recomienda echar primero el HCl y luego el zinc (Zn) e inmediatamente cerrar el tubo de ensayo con el tapón bihoradado, ya que cuando el Zinc hace contacto con el HCl, reacciona rápidamente y se podría perder gas.

-

Se debe mantener el sistema hasta que los trozos de zinc hayan desaparecido en el tubo de ensayo.

-

Se debe hacer correctamente todos los pasos para así obtener el mínimo porcentaje de error.

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BIBLIOGRAFÍA -

Química General – Curso. Rafael Moreno Esparza UNAM – México

-

Química General – Silberberg.

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Química General – Petrucci 8th Edición

-

Química General – Raymond Chang 7th Edición Mc Graw Hill Interamericana28

-

http://es.wikipedia.org/wiki/Equivalente

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http://es.scribd.com/doc/54737309/MASA-EQUIVALENTE

-

http://www.mitecnologico.com/iq/Main/PesoEquivalente

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El Ca reacciona más rápido que el Mg porque sus electrones de valencia del Ca se encuentran en un nivel más alto de energía, o sea que son más inestables, es por ello que estos electrones de valencia son muchos más reactivos. 2. Ahora si comparamos la reacción del K con el del Ca se notó que la reacción del Potasio es más rápida, esto se debe que él tiene un mayor radio atómico, o sea la r e a c t i v i d a d de un elemento es directamente proporcional con el radio atómico e inversamente proporcional con la electronegatividad. 3. La masa equivalente depende de mayormente de la valencia, y esta varia 1.

del tipo de compuesto químico. 4. La masa equivalente no posee dimensiones (o magnitud) por ello es que

se usó el término de equivalente gramo.

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CUESTIONARIO

1) Explicar y determinar la Meqg y el N° de eqg de 10.00 g de: a) HCl Meqg= Masa molecular/ N° de iones H + Meqg= 36.5 gramos/mol / 1 equivalente/mol Meqg= 36.5 gramos / equivalente 10 gramos ---x equivalentes X= 10/36.5= 0.27

b) NaOH Meqg= Masa molecular/ N° de iones OHMeqg= 40 gramos/mol / 1 equivalente/mol Meqg= 40 gramos / equivalente 10 gramos ---x equivalentes X= 10/40= 0.25

c) NaCl Meqg= Masa molecular/ N° de aniones Meqg= 58.5 gramos/mol / 1 equivalente/mol Meqg= 58.5 gramos / equivalente 10 gramos ---x equivalentes X= 10/58.5= 0.17

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d) CaCl2 Meqg= Masa molecular/ N° de aniones Meqg= 111 gramos/mol / 2 equivalentes/mol Meqg= 55.5 gramos / equivalente 10 gramos ---x equivalentes X= 10/55.5= 0.18

e) H2SO4 a (HSO4)-

Meqg= Masa molecular/ N° de electrones transferidos H2+ + 3 electrones---> H Meqg= 98 gramos/mol / 3 equivalentes/mol Meqg= 32.67 gramos / equivalentes 10 gramos ---x equivalentes X= 10/32.67= 0.30

f) H2SO4 a (SO4)2Meqg= Masa molecular/ N° de electrones transferidos S6+ + 8 electrones - S2-

Meqg= 98 gramos/mol / 8 equivalentes/mol Meqg=12.25 gramos / equivalentes 10 gramos ---x equivalentes X= 10/12.25= 0.8

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g) H2O a H2 Meqg= Masa molecular/ N° de electrones transferidos H2+1 +2 electrones H20

Meqg= 18 gramos/mol / 2 equivalentes/mol Meqg=9 gramos / equivalentes 10 gramos ---x equivalentes X= 10/9= 1.11

h) H2O a O2 Meqg= Masa molecular/ N° de electrones transferidos O-2 – 2 electrones  O20 . Meqg= 18 gramos/mol / 2 equivalentes/mol Meqg=9 gramos / equivalentes 10 gramos ---x equivalentes X= 10/9= 1.11

2) Explicar porque en la experiencia el volumen del hidrogeno seco es lo mismo que el volumen del gas hidrogeno húmedo e igual que el volumen del agua desplazada - Porque en la experiencia realizada dada en el laboratorio al poner en contacto el metal con el ácido clorhídrico se produjo una reacción exotérmica donde el hidrogeno fue liberado en forma de gas ejerciendo una presión en el balón con agua, haciendo que esta se pase al otro recipiente hasta que se agote el H2, por ello ese volumen desplazado representa el volumen del gas de hidrogeno húmedo o seco.

3) Demostrar porque la presión medida del gas hidrogeno húmedo es mayor que la presión del gas hidrogeno seco . - La presión del gas de hidrogeno húmedo es mayor que la presión del gas hidrogeno seco porque la presión es directamente proporcional a la [PESO 18

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[UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS] temperatura, y el gas húmedo se encontraba a mayor temperatura que el gas seco.

4) En un experimento se gastó 0.830g de un metal divalente y desprendió 432ml. de H2 . Calcular la masa equivalente del metal. M+2 0.830g Meqg



H2 432ml x 2 11207ml

- Meqg = 11207ml x 0.830 g / 432ml x 2 = 10.76 g

5) Cuando el nitrato de potasio se reduce a amonio, en medio acido, determine la masa equivalente del nitrato de potasio - KNO3



NH4+

N5+ + 8 electrones  N3Meqg= Masa molecular/ N° de iones H + Meqg= 101 gramos / mol / 8equivalentes / mol Meqg= 12.625 gramos / equivalentes

6) Si 4.00g de O2 seco ocupa 2.80L a CNPT. ¿Qué volumen ocuparía si esta húmedo a 30°C y a la presión de 705 mmHg? Suponer que el O2 es gas que tiene comportamiento ideal. Pf = Patm - Pgas Pf = 705mmHg - 31.8mmHg = 67302mmHg Tf = 30°C+273 = 303K Vi= Pf x Vf x Ti / Tf x Pi Vi= 673.2mm Hg x 2800 ml x 273K /303K x 760 mmHg Vi= 2230ml [PESO 19

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