REACCIONES EN DISOLUCIÓN ACUOSA Jeremy Levy ID: 4-785-1858, Ricardo Arroyave ID: 4-791-2376, Roberto Galán ID: 4-792-325, Richard Briceño ID: 4-791-2118 Curso de Química general (QM-100A), Facultad de Medicina, Escuela de medicina, Universidad Autónoma de Chiriquí. David, Chiriquí, República de Panamá, 16 de Junio de 2016.
RESUMEN Esta experiencia tuvo la finalidad de comprender cuales son las clasificaciones para cada una de las reacciones que se producen en medos acuosos y las categorías tradicionales en las que cada una de estas se posiciona; propiedades generales de ácidos y bases se tomaron distintas soluciones que contenían: ácido acético, ácido cítrico, hidróxido de sodio, amoniaco, ácido acetil salicílico, y leche de magnesia a cada una de estas se les coloco agua y se procedió a determinar las sensaciones que estás producían a nuestro tacto y brevemente removiéndolas, (las menos prejudiciales para nuestra salud salud fueron las las utilizadas) utilizadas) luego se realizaron mediciones del pH de cada una de ellas por medio del papel tornasol de color azul y rojo obteniendo como resultado resultado valores de pH # 2, 10 , 12 para la aspirina, NH4OH e hidróxido de sodio respectivamente; reacciones de neutralización, se utilizaron: ácido clorhídrico, hidróxido de sodio y NaOH donde se tomó una parte de la solución de hidróxido de sodio y se colocó en una capsula de porcelana adicionando hidróxido de sodio obteniendo como resultado una reacción endotérmica donde se pierde la energía en forma de calor; en las reacciones de precipitación se utilizó sulfato de cobre pentahidratado , cloruro de hierro adicionándoles hidróxido de sodio obteniendo como resultado reacciones de doble desplazamiento ;en las reacciones redox se produjeron de manera exotérmica; y en las formación de complejo de la reacción entre CuSO4 0.25M y NH4OH dando como resultado [CU(NH3)4]SO4(ac).
PALABRAS CLAVES Reactivos, transformación física y química, ecuación, precipitación, reducción.
OBJETIVOS 1. Diferenciar los ácidos y las bases a través de algunas de las propiedades físicas de estas sustancias. 2. Explique las diferencias entre las reacciones ácido-base, precipitación y redox.
3. Identificar el agente oxidante y reductor en un proceso redox.
MARCO TEÓRICO Se habla de una disolución siempre que el disolvente (o el disolvente mayoritario, en el caso de una mezcla una mezcla de disolventes) es agua. es agua. El El agua como disolvente es muy polar y forma puentes de hidrógeno muy fuertes. Las disoluciones acuosas tienen una gran importancia en la biología, la biología, desde desde los laboratorios de ciencia básica
hasta la química de la vida, pasando por la química industrial. Por la basta cantidad y variedad de sustancias que son solubles en agua (Meyers, R. (2003).
Tipos de reacciones Desde un punto de vista de la química inorgánica se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas de los compuestos inorgánicos: reacciones ácido-base o de neutralización (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones redox (con cambios en los estados de oxidación). (Clayden, J., Warren, S., et al. 2000) Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo con los siguientes tres criterios: Punto de vista estructural: Reacciones de síntesis o de combinación: Donde los reactivos se combinan entre sí para originar un producto diferente. Reacciones de descomposición (pueden ser de 2 tipos): Reacción de descomposición simple: Una sustancia compuesta se desdobla en sus componentes, Reacción de descomposición mediante un reactivo: En este caso una sustancia requiere de un reactivo para su descomposición. Reacciones de sustitución o desplazamiento: Una sustancia sustituye el lugar de alguno de los componentes de los reactivos, de tal manera que el componente sustituido queda libre.
Reacciones de doble sustitución (o doble desplazamiento): Se presenta un intercambio entre los elementos químicos o grupos de elementos químicos de las sustancias que intervienen en la reacción química.
Según el tipo intercambiada
de
energía
Si el intercambio de energía es en forma de calor: Reacciones exotérmicas: Son las que desprenden calor del sistema de reacción. Reacciones endotérmicas: Son las reacciones en las que se absorbe o se requiere calor para llevarse a cabo. Si el intercambio de energía se realiza en forma de luz: Reacciones endoluminosas, son las reacciones que requieren el aporte de energía luminosa o luz al sistema para llevarse a cabo. Reacciones exoluminosas, son las reacciones que al llevarse a cabo manifiestan una emisión luminosa Si el intercambio de energía es en forma de energía eléctrica: Reacciones endoeléctricas, las reacciones que requieren el aporte de energía eléctrica para que puedan tener lugar. Reacciones exoeléctricas, son aquellas reacciones químicas en las que el sistema transfiere al exterior energía eléctrica.
Según el tipo de partícula intercambiada en el proceso Reacciones ácido-base: Aquellas reacciones donde se transfieren
protones. (Finston H. Rychtman A. C., 1982).
L.
and
Reacciones de oxidación-reducción: Son las reacciones donde hay una transferencia de electrones entre las especies químicas.
MATERIALES Y REACTIVOS Cristalerí a Tubos de ensayo Agitador de vidrio Papel tornasol Gotero Termómet ro de laboratorio Capsula de porcelana Vidrio reloj
Descripci ón 15 unidades 1 unidad Utilizado para determinar el pH Rango 150°C
Ácido acético
C2H4O2
HCl
Ácido clorhídrico
Ácido cítrico
C6H8O7
Ácido acetil salicílico NH4OH
C9H8O4
NaOH
Hidróxido de sodio
Hidróxido de magnesio BaCl2
Mg(OH)2
0-
1 unidad
--------------Espátula Se utiliza para no mantener contacto directo con los reactivos solidos Pinzas Sujetador para tubos de los de ensayo tubos de ensayo. Reactivos Descripci Toxicidad ón Fenoltalei Indicador ------------na de ph.
Hidróxido de amonio
Irritación en ojos y membranas mucosas, corrosivo. Irritante y corrosivo al contacto Produce irritación al momento del contacto Irritación Irritación y quemaduras al contacto con la piel Irritante y corrosivo a la piel Irritación de ojos y piel
Cloruro de Irritación bario ocular y cutánea al contacto. KI Yoduro de Irritación y potasio enrojecimie nto de la piel y ojos al contacto FeCl3 Cloruro de Corrosivo en hierro III piel ojos y boca por contacto CuSo4 Sulfato de Irritación en cobre II piel ojos y boca por contacto. Aluminio Al -------------Magnesio Mg -------------Cuadro1. Reactivos y materiales.
METODOLOGÍA A, PROPIEDADES GENERALES DE LOS ACIDOS Y BASES
RESULTADOS Y CÁLCULOS Punto A
En tubos de ensayo coloque 2 ml de solución de ácido acético, cítrico, hidróxido de sodio y amoniaco, acetil salicílico agrégueles 2 ml de aguay en otro coloque 2 gotas de leche magnesia. Determine si los tubos de ensayo 2 y 5 presentan la misma sensación al probarlo. Con las pruebas de hidróxido de sodio froteselas en las manos y lave rápidamente explique su sensación. Coloque una gota de cada una de las soluciones en papel tornasol azul y describa los cambios que se producen.
B. REACCIONES ACIDO-BASE O DE NEUTRALIZACI N. 1. Mida con probeta de 10mL de ácido de clorhídrico (HCl) 0,50 mol/L y viértalo en un vaso químico limpio y seco, agregue dos gotas de fenolftaleína y agite suavemente y mida la temperatura de la disolución. 2. Mida 10mL de hidróxido de sodio (NaOH) 0,50 mol/L y colóquelos en una capsula de porcelana limpia y seca. 3. Utilizando el gotero, proceda a verter gota a gota la disolución de NaOH sobre la de HCl. Agite y observe lo que sucede después de cada adición de acido, realice la lectura de temperatura en cada caso. Continúe agregando NaOH hasta que la disolución cambie de color. Agregue las gotas finales con un cuidado muy especial. Explique lo observado y posteriormente escriba la ecuación general del proceso realizado. ¿Es este proceso exotérmico o endotérmico? ¿Cree usted que se conserva la masa durante el proceso? 4. Trasvase la mitad del volumen de la disolución a una cápsula de porcelana y caliente suavemente hasta sequedad, evite las posibles salpicaduras, describa lo que observa. ¿Estaba la sustancia que queda en la capsula presente en alguna de las disoluciones iniciales o fue producto de la reacción entre estas?
Imagen1. C. REACCIONES DE PRECIPITACION Coloque en un tubo de ensayo limpio 1 ml de sulfato de cobre pentahidratado. Agregue 3 ml de disolución de hidróxido de sodio 0.25 mol/L. determine si hubo cambios en la temperatura. Coloque en un tubo de ensayo limpio 1ml de cloruro de hierro 0.1mol/L, agregue 3 ml de hidróxido de sodio, determine si hubo cambios en la temperatura. Coloque en un tubo de ensayo limpio 3 ml de disolución de cloruro de bario 0.25mol/L, agregue 3 ml de cloruro de sodio pentahidratado 0.25M anote los cambios de temperatura e indique si las reacciones son endotérmicas o exotérmicas.
La aspirina presento un pH de #2, el NH4OH presento un pH#10, NaOH presento un pH #12.
Punto B Reacción entre: HCl + NaOH--- NaCl + H2O
D. REACCIONES DE OXIDO REDUCCION Coloque 5 ml de Cuso4 5H2O 0.25 M en un tubo de ensayo limpio y agréguele un clavito de hierro. Deje reposar por 15 minutos, Observe y anote. Coloque 1 ml de HCL 6M y agrega una pequeña cantidad (punta espátula) de aluminio en polvo. Mida y anote la temperatura antes y después del proceso observe y anote ¿Es una reacción exotérmica o endotérmica? Utilice las pinzas para t ubos de ensayo y queme directamente una l ámina de magnesio. La llama quemadora debe ser combustión completa. Tenga cuidado y no mire directamente a la llama (use anteojos de seguridad). Recoja los residuos en una capsula de porcelana, agregue 3 ml de agua y agite vigorosamente. Pruebe con el papel tornasol y f enolftaleína. Anote sus observaciones. Escriba las ecuaciones de todos los procesos realizados. Indique en cada caso el agente oxidante y el agente reductor, separando la semi- ecuaciones según corresponda.
E. FORMACION DE COMPLEJOS Coloque 2mL de CuSO4 0,25M en un vaso químico. Vierta gota a gota en el mismo vaso químico 2mL de NH3 6,0M. Describa lo que observa.
Imagen2: reacción entre HCl y NaOH.
28°C
28°C
CuSO4*5H2O + NaOH = Cu(OH)2 + H2O + Na2SO4 Ecuación Balanceada: CuSO4*5H2O + 2 NaOH = Cu(OH) 2 + 5 H2O + Na2SO4
Imagen4: reacción entre CuSO4*5H2O + NaOH.
La reacción es de tipo endotérmica. La sustancia resultante en la cápsula es NaCl una sal producto de esta reacción (al reaccionar ácido y base se produce sal y agua). Imagen3: sal de NaCl producto de la mezcla entre HCl y NaOH.
En la segunda reacción entre cloruro de hierro e hidróxido de sodio no se producen variaciones en la temperatura.
Cuadro3. Variación temperatura en la reacción. Antes reaccionar 28°C
de la segunda
de Después reaccionar 28°C
de
Punto C
Ecuación balanceada
En la primera reacción entre sulfato de cobre pentahidratado e hidróxido de sodio no se producen variaciones en la temperatura.
FeCl3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 + 3 NaCl
Cuadro2. Variación de la temperatura en la primera reacción. Antes reaccionar
de Después reaccionar
de
Imagen5: reacción entre FeCl 3 + 3 NaOH.
Punto D
Reacciones: Sulfato de cobre pentahidratado + hierro
4 5 () () → () 47 ()
Ácido clorhídrico + aluminio
6() 2() → 2() 3()
En la tercera reacción entre cloruro de bario y cloruro de sodio pentahidratado se producen variaciones en la temperatura.
2() () → 2()
Cuadro4. Variación de la temperatura en la tercera reacción. Antes de Después de reaccionar reaccionar 30°C 29°C BaCl2 + CuSO4*5H2O = BaCl2*5H2O + CuSO4*5H2O Ecuación Balanceada: 3 BaCl2 + 5 CuSO4*5H2O = 3 BaCl2*5H2O + 5 CuSO4*2H2O
Imagen6: reacción entre BaCl2 + CuSO4*5H2O.
Magnesio + oxigeno + calor Oxido de magnesio + agua 2() 2 () → 2()()
Reactivos () () () () () ()
Cambio temperatura
Agente reductor
Agente oxidante
0 → +
+ → 0
0 → +
+1 → 0
0 → +
− → −
de Reacciones Endotérmica/exotérmica
No se midió ninguna temperatura 25°C-28°C Exotérmica No se midió la ninguna temperatura
Punto E CuSO4(ac) + 4NH3(ac) -[CU(NH3)4]SO4(ac) Al combinarse ambos reactivos en el vaso químico dieron como resultado
que se tornara de color azul. Imagen7.
Imagen7: reacción entre CuSO4(ac) + 4NH3(ac).
reacción exotérmica; sin embargo, toda reacción de simple desplazamiento tiene una serie de actividad de óxido-reducción de los metales donde se presentan la capacidad de que un metal más activo desplace a otro metal menos activo, si este proceso no ocurre no se produce una reacción.
3 – ¿Cuál era el fin del papel tornasol en la reacción de óxido de magnesio y agua del punto D? En la reacción del óxido de magnesio + agua se obtuvo un hidróxido por el cual se le aplico indicadores como papel tornasol y fenolftaleína para comprobar que en verdad se formaba un hidróxido (formación de una base).
DISCUSIÓN DE RESULTADOS 1. ¿En el punto experiencia se masa entre la neutralización NaOH?
B de esta conserva la reacción de de HCl y
La masa si se conserva, ya que la misma cantidad que se utiliza entre reactivos será igual cantidad en producto.
2 - En la tabla del punto D a algunas sustancias no se les midió su temperatura después de la reacción químico, por ende, conociendo el tipo de reacción que ocurre podemos deducir si hay un cambio de temperatura. En este caso todas fueron reacciones de simple desplazamiento y en ellas siempre se libera energía quiere decir que es una
CONCLUSIONES 1. Diferencias entre ácidos y bases.
Ácidos Tienen sabor agrio Son corrosivos a la piel Viran el tornasol a rojo Atacan a los metales (Mg, Zn, Fe) y desprenden H2 pH menor de 7.0 Al reaccionar con sales producen agua y sal.
Bases Tiene sabor amargo Suaves al tacto, pero son corrosivos con la piel Viran el tornasol a violeta Precipitan las sustancias disueltas por ácidos pH mayor de 7.0 Al reaccionar con ácidos producen agua y sal
2. Las reacciones acido-base: O reacción de neutralización se producen cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte originando como resultado una molécula de agua y sal. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de iones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal, estas reacciones son de tipo exotérmica (liberan calor). Las reacciones redox:
estado de oxidación inferior al que tenía inicialmente. El agente reductor: Es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación.
CUESTIONARIO 1. El hidroxal es un suplemento coloidal de hidróxido de aluminio. Al(OH) 3 que se utiliza para eliminar la acidez estomacal producida por el ácido clorhídrico (HCl) presente en los jugos gástricos. Las personas que lo ingieren sienten un ligero calentamiento estomacal. Escriba la ecuación general e iónicas de la reacción, ¿Qué sucede en el estómago de quien ingiere este antiácido?, y explique ese ligero calentamiento.
O reacciones de reducción-oxidación son las reacciones de transferencia de electrones. Esta transferencia se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente).
Ecuaciones
Las reacciones de precipitación:
3HCl + Al(OH)3 --------- AlCl3 + 3H2O
Se producen cuando al mezclar dos disoluciones acuosas diferentes, se forma un sólido que por su naturaleza es insoluble en agua. Dicho producto recibe el nombre de precipitado, esto se ve ligado a la tabla de solubilidad.
Las sustancias antiácidas se encuentran formadas por bases de tipo débil, por lo cual trabajan esencialmente a través de un mecanismo de reacciones que consisten en la neutralización del ácido estomacal al entrar en contacto con éste, para dar lugar a la formación de agua y sal. Por lo tanto se dice, que los antiácidos se encargan de actuar a modo de un tampón para los ácidos gástricos, los cuales cuentan con un
3. En las reacciones redox: El agente oxidante: es aquel elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un
HCl + Al(OH)3 --------- AlCl3 + H2O Ecuación balanceada
pH en torno a los 0.8, el cual suele variar al ingerir alimentos, pudiendo llegar a incrementarse, rozando los valores de pH de 2, por lo cual se sabe que disminuyen la acidez presente en el estómago. 2. De acuerdo con la clasificación tradicional de los procesos químicos. ¿en cuál de ellos ubicaría usted una reacción de neutralización, una precipitación y una de calentamiento. La neutralización la clasificaríamos en la primera clasificación donde se produce doble y simple, descomposición y combinación; y la de precipitación y calentamiento en la segunda categoría ya que aquí se incluyen las oxidaciones, reducciones, formación de complejos y precipitados. 3. Utilizando uno de los procesos redox realizados en esta práctica como le explicaría usted a un compañero que realmente es una reacción redox. Tomaría la reacción entre:
Ácido clorhídrico + aluminio
6() 2() → 2() 3()
Donde el agente reductor es el Al que al reaccionar su sub índice presenta el numero 3 indicando que se a producido una reducción (captación de electrones).
4. El HCl comercial se obtiene calentando cloruro de sodio
sólido con disolución acuosa de ácido sulfúrico concentrado. Escriba la ecuación general de ese proceso y clasifíquelo. H2SO4 + 2NaCl ---------> 2HCl + Na2SO4 Estaría situada en la categoría 1 ya que se produce un doble desplazamiento.
REFERENCIAS
Clayden, J., Warren, S., et al. (2000) "Organic Chemistry" Oxford University Press. Finston H. L. and Rychtman A. C., A New View of Current AcidBase Theories, John Wiley & Sons, New York, 1982, pp. 140146. Meyers, R. (2003) "The Basics Greenwood of Chemistry " Press.
