Practica No 7 Estequiometria de una reacción química Resumen
Como en la práctica anteriormente vista, esta práctica estará dedicada a los cálculos estequiometricos que se llevan a cabo en reacciones químicas sucesivas, además de métodos gravimétricos utilizados experimentalmente para obtener los productos de las reacciones. Inicialmente se harán los cálculos correspondientes para preparar dos soluciones una de Sr(!"#$ %.%&'' ) otra de a$S!& %.%* ) estas dos soluciones se utilizaran como reactivos, ) partiendo de los resultados de las masas utilizadas se determinaran la cantidad de productos obtenidos así como cuál +ue el reactivo limitante ) el exceso, midiendo distintos volmenes de las soluciones de-ándolas precipitar ) +iltrando obtendremos determinados resultados que se colocaran en una tabla de datos. Sr(!"#$ a$S!&
SrS!& $a!"
Introducción
/e)es ponderales /e) de la conservaci0n de la masa. /avoisier, 1232. /a suma de las masas de los productos reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos de la reacci0n. 4s decir, la masa se conserva, lo que nos permite a+irmar que si, por e-emplo, 1 g de hidr0geno reacciona con 3 g de oxígeno, para +ormar agua, la masa de agua +ormada es de ' g. /e) de las proporciones de+inidas o constantes. 5roust, 12''. Cuando dos o más elementos, se unen para +ormar una sustancia determinada, lo hacen siempre en proporciones +i-as ) determinadas. 5or e-emplo, el hidr0geno ) el oxígeno cuando se unen para +ormar agua, siempre reaccionan en la proporci0n de 1 g de hidr0geno con 3 g de oxígeno (o $ g de hidr0geno con 16 de oxígeno7 o %,* g de hidr0geno con & de oxígeno#. 4sta proporci0n no depende de la +orma en que tenga lugar la reacci0n. étodos gravimétricos de separaci0n. /os métodos gravimétricos son métodos cuantitativos que se basan en la determinaci0n de la masa de un compuesto puro con el que el analíto está relacionado químicamente. 5or precipitaci0n8 4l analíto se separa de la disoluci0n de la muestra como un precipitado, ) se convierte en un compuesto de composici0n conocida que se pueda pesar.
5or volatilizaci0n8 4l analíto se separa de otros componentes de una muestra ) se convierte en un gas de composici0n química conocida. 4l peso de este gas se usa como una medida de la concentraci0n del analíto. 4lectro gravimetría8 4l analíto se separa al depositarse en un electrodo mediante una corriente eléctrica. /a masa de este producto proporciona una medida de la concentraci0n del analíto. 9nálisis gravimétrico por precipitaci0n. /a determinaci0n cuantitativa de una sustancia por precipitaci0n generalmente involucra los siguientes pasos8 Secado8 preparaci0n de la muestra ) determinaci0n de la masa de la misma. 4xtracci0n del analíto ) preparaci0n de la diluci0n necesaria. 5recipitaci0n8 Se da precipitando la sustancia con un reactivo ) separándolo para poder determinar el peso contenido en la muestra. :igesti0n8 4s una operaci0n que se realiza cuando la ma)or parte de la muestra o toda no logra disolverse para +ormar una soluci0n, entonces se emplean condiciones más vigorosas que consiste en disolver el s0lido con un ácido, una base, un agente oxidante. ;iltraci0n8 /a +iltraci0n por gravedad se realiza vaciando la mezcla sobre un embudo que contiene un papel de +iltro. 4l líquido pasa a través del papel ) el s0lido es retenido. 4l embudo generalmente se soporta sobre un aro de hierro o sobre un trípode. :ecantaci0n8 4s una técnica de separaci0n que aprovecha la di+erencia de densidades.
Sustancia +ormada cuando un s0lido se deposita en el +ondo de un recipiente debido a que ha tenido lugar una reacci0n química o que se ha superado la saturaci0n de la disoluci0n. ;ormaci0n de precipitados. 4l primer paso de una reacci0n de precipitaci0n es la +ormaci0n de ncleos por colisi0n entre reactivos (rodeados por moléculas de solvente#. 4sta etapa, llamada etapa de nucleaci0n, es mu) rápida, ) los ncleos +ormados contienen unos pocos iones (o moléculas#. 4l ncleo crece por colisi0n con cada reactivo ) se +orma un cristal. /a etapa de crecimiento es más lenta que la de nucleaci0n. 9 medida que crece. 4l cristal permanece >suspendido? en el líquido, ) el sistema heterogéneo es un coloide. Cuando el s0lido +ormado adquiere un cierto tama=o, precipita. Cuando la concentraci0n de reactivos es alta ) el sistema se encuentra mu) ale-ado del equilibrio de solubilidad, la velocidad de reacci0n es alta ) predomina la +ormaci0n de muchos ncleos que crecen poco. 5or el contrario, cuando la concentraci0n de reactivos es ba-a ) el sistema está cerca al equilibrio de solubilidad se +orma pocos ncleos que crecen lentamente, obteniéndose cristales grandes. 5ropiedades de los precipitados. /o ideal sería que un agente precipitante gravimétrico reaccionara de modo especí+ico o, al menos, de +orma selectiva con el analíto. /os reactivos especí+icos, que reaccionan s0lo con una especie química, son poco comunes. /os reactivos selectivos son más +recuentes ) reaccionan s0lo con un nmero limitado de especies. 9demás de ser especí+ico ) selectivo, el reactivo precipitante ideal debería reaccionar con el analíto para +ormar un producto que8 1. Se pueda +iltrar ) lavar +ácilmente para quedar libres de contaminantes. $. @enga una solubilidad lo su+icientemente ba-a para que no ha)a pérdidas importantes durante la +iltraci0n ) el lavado. ". o reaccione con los componentes atmos+éricos. &. @enga una composici0n conocida después de secarlo o, si +uera necesario, de calcinarlo. 5ureza de un precipitado. 4l problema más di+ícil al que se en+renta el analista en gravimetría es el obtener un precipitado con elevado grado de pureza. Aste puede contaminarse durante su +ormaci0n o luego de terminada la precipitaci0n, por los siguientes procesos8 Coprecipitaci0n. 4s el proceso mediante el cual una sustancia, que en condiciones normales es soluble, es acarreada -unto al precipitado deseado. 5uede ocurrir por +ormaci0n de
cristales mezclados, permitiendo que la impureza penetre en la red cristalina del precipitado, a lo que se llama oclusi0n7 o por adsorci0n de iones que son arrastrados con el precipitado durante el proceso de coagulaci0n. 4n la coB precipitaci0n por oclusi0n, las sustancias contaminantes pueden ser iones extra=os o el mismo disolvente7 mientras que en la adsorci0n las impurezas son solamente iones retenidos en la super+icie del precipitado. étodos de minimizaci0n de la coBprecipitaci0n. 9dici0n de dos reactivos8 Se puede utilizar para controlar la concentraci0n de la impureza ) la carga eléctrica de las partículas elementales de las partículas elementales del precipitado. 4n el caso de los 0xidos hidratados, la carga se puede controlar utilizando el p adecuado. /avado8 4mpleado con precipitados gelatinosos ) coagulados, se debe adicionar al agua de lavado un electr0lito para evitar la peptizaci0n. :igesti0n8 es til para los precipitados cristalinos, algo bené+ica para los precipitados coagulados, pero no se emplea para precipitados gelatinosos. De precipitaci0n8 Se utiliza cuando se puede disolver el precipitado con +acilidad, principalmente en el caso de 0xidos hidratados ) sales cristalinas de ácidos débiles. Separaci0n8 se realiza antes de +ormar el precipitado, separando la impureza o cambiando su naturaleza química por medio de alguna reacci0n. 5recipitaci0n homogénea8 la velocidad de +ormaci0n del precipitante en la soluci0n que contiene el constitu)ente a precipitar se controla cinéticamente, evitando regiones locales de alta concentraci0n, de manera de mantener la sobresaturaci0n siempre peque=a. @ipos de precipitados. Cristalinos. Se +iltran ) se puri+ican con ma)or +acilidad que los precipitados coloidales. 9lgunas veces puede adsorber impurezas cuando sus partículas son peque=as. Cuando las partículas crecen, la impureza puede quedar encerrada en el cristal. 9 este tipo de contaminaci0n se llama oclusi0n, que es el proceso mediante el cual una impureza queda encerrada dentro del cristal debido a que éste creci0 a su alrededor. Sedimenta con +acilidad. Coloidales. /as partículas coloidales individuales son tan peque=as que no pueden ser retenidas en +iltros comunes.
4l movimiento broEniano evita que se sedimentes por in+luencia de la gravedad. 4s posible coagular o aglomerar las partículas de la ma)oría de los coloides para obtener una masa amor+a, +ácil de +iltrar, ) que sí sedimente. /as suspensiones coloidales son estables debido a que todas las partículas presentes tienen una carga positiva o negativa. /os coloidales se precipitan me-or en disoluciones calientes, con agitaci0n ) que contengan su+icientes electrolitos para asegurar la coagulaci0n. /a +iltrabilidad de un coloide coagulado a menudo me-ora si se de-a reposar durante una hora o más en contacto con la disoluci0n caliente en el cual se +orm0, este proceso es conocido como digesti0n. /avado. /os precipitados se deben lavar con disoluciones que no los disuelvan (generalmente las disoluciones de lavado contiene un i0n comn al precipitado#. 4l lavado e+icaz de un precipitado se consigue a=adiendo al precipitado (an en el vaso# peque=os volmenes del líquido de lavado adecuado. /a mezcla se agita bien, se de-a sedimentar el precipitado ) se vierte sobre el +iltro el líquido que sobrenada7 se repite varias veces esta operaci0n hasta que la soluci0n del precipitado tenga un p de 2. Con a)uda del gendarme, +inalmente se trans+iere totalmente el precipitado al +iltro7 la super+icie interior del vaso se somete a la acci0n de un chorro de agua del +rasco lavador (o de otro líquido de lavado especí+ico# para que todas las partículas s0lidas pasen al embudo. 4l líquido de lavado debe cumplir con los iguientes requisitos. 4l disolvente debe tener un coe+iciente de temperatura amplio respecto a la solubilidad de la sustancia. /as impurezas deben ser o insolubles en caliente o solubles en +río. /a volatilidad del disolvente debe ser moderada. 4l disolvente debe ser químicamente inerte respecto a la sustancia. o contiene ninguna sustancia que inter+iera en las determinaciones a e+ectuar con el +iltrado. :igesti0n. 4s de-ar en reposo durante unas horas en el líquido donde se produ-eron las oclusiones, de pre+erencia en caliente, aba-o del punto de ebullici0n7 durante ese lapso se completa la precipitaci0n, aumenta el tama=o de los cristales o+l0culos ) disminu)e la oclusi0n, es decir, se obtienen precipitados más +ácilmente +iltrables ) más puros. 9gua madre.
4s la disoluci0n en la que se +orma un precipitado. Soluci0n obtenida después de haber separado mediante +iltraci0n los cristales +ormados en el proceso de cristalizaci0n. Cristalizaci0n. /a operaci0n de cristalizaci0n es aquella por media de la cual se separa un componente de una soluci0n liquida trans+iriéndolo a la +ase s0lida en +orma de cristales que precipitan. 4s una operaci0n necesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente en +orma de polvos o cristales, )a sea el azcar o sacarosa, la sal comn o cloruro de sodio. /a cristalizaci0n es importante como proceso industrial por los di+erentes materiales que son ) pueden ser comercializados en +orma de cristales. Su empleo tan di+undido se debe probablemente a la gran pureza ) la +orma atractiva del producto químico s0lido, que se puede obtener a partir de soluciones relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. 4n términos de los requerimientos de energía, la cristalizaci0n requiere mucho menos para la separaci0n que lo que requiere la destilaci0n ) otros métodos de puri+icaci0n utilizados comnmente. 9demás se puede realizar a temperaturas relativamente ba-as ) a una escala que varía desde unos cuantos gramos hasta miles de toneladas diarias. /a cristalizaci0n se puede realizar a partir de un vapor, una +usi0n o una soluci0n. /a ma)or parte de las aplicaciones industriales de la operaci0n inclu)en la cristalizaci0n a partir de soluciones. Sin embargo, la solidi+icaci0n cristalina de los metales es básicamente un proceso de cristalizaci0n ) se ha desarrollado gran cantidad de teoría en relaci0n con la cristalizaci0n de los metales. /a cristalizaci0n consiste en la +ormaci0n de partículas s0lidas en el seno de una +ase homogénea. /as partículas se pueden +ormar en una +ase gaseosa como en el caso de la nueve, mediante solidi+icaci0n a partir de un líquido como en la congelaci0n de agua para +ormar hielo o en la manu+actura de monocristales, o bien por cristalizaci0n de soluciones líquidas. Se puede decir que la cristalizaci0n es un arte, dando a entender que la realidad técnica es sobrepasada en ocasiones por todos los +actores empíricos que están involucrados en la operaci0n. 4stos sistemas geométricos son constantes para los cristales del mismo compuesto químico, independientemente de su tama=o. /os cristales son la +orma más pura de la materia, su bien sucede que precipitan simultáneamente cristales de varias sustancias +ormando soluciones s0lidas de varios colores como son los minerales como el mármol veteado, el -ade, onix, turquesas, etc., en los cuales cada color es de cristales de una sal di+erente. Sin embargo cuando cristaliza solamente un solo compuesto químico, los cristales son 1%%F puros.
9demás de su +orma geométrica, los cristales son caracterizados por su densidad, su índice de re+racci0n, color ) dureza. Dendimiento porcentual 4n química, el rendimiento, también re+erido como rendimiento químico ) rendimiento de reacci0n, es la cantidad de producto obtenido en una reacci0n química. 4l rendimiento absoluto puede ser dado como la masa en gramos o en moles. 4l rendimiento +raccional o rendimiento relativo o rendimiento porcentual, que sirve para medir la e+ectividad de un procedimiento de síntesis, es calculado al dividir la cantidad de producto obtenido en moles por el rendimiento te0rico en moles. Dendimiento te0rico. 4l rendimiento te0rico de una reacci0n es la cantidad de producto que se predice mediante la ecuaci0n balanceada cuando ha reaccionado todo el reactivo limitante. 4l rendimiento te0rico es el rendimiento máximo que se puede obtener. 4n la práctica la cantidad de producto que se obtiene, llamado rendimiento real, es siempre in+erior al rendimiento te0rico. Dendimiento real. Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una reacci0n dada. 4stequiometria Se denomina 4S@4GHI!4@DI9 al con-unto decálculos aplicados a las +ormulas ) ecuaciones químicas balanceadas. Objetivo8 9 través de reacciones sucesivas ) cálculos estequimetricos, demostrar
la le) de la conservaci0n de las masas, igualmente determinar experimentalmente el reactivo limitante en una reacci0n química. Hipótesis: 4n toda reacci0n química la masa total de los reactivos es igual a la
masa total de los productos, ) un reactivo limitante es la sustancia que limita de manera estequiometria la cantidad de producto que puede +ormarse en una reacci0n química, )a que la máxima cantidad de producto depende de la cantidad original de este reactivo. Diseño eperimenta!
ariables dependientes8 -
5roductos obtenidos en cada reacci0n Cantidad de productos obtenidos Deactivo limitante
-
oles en exceso
ariables independientes -
Deactivos a utilizar Concentraci0n de las soluciones a utilizar Cantidad de reactivos a utilizar olumen de las soluciones que se usaran @iempo que se de-ara el +iltrado en el desecador
ateriales8 - $ matraz a+orados de 1lt - $ buretas - $ vasos de precipitado de *%%ml - $ embudos - $ soportes universales - 5apel glis - 5ape +iltro - 2 +rascos de gerber - 5Izeta con $! - 9ro de metal
4quipo8 -
:esecador Jalanza analítica
Deactivos8 -
Sr(!"#$ a$S!&
Soluciones -
Sr(!"#$ %.%&'' a$S!& %.%*
Procedimiento eperimenta!:
-
Se prepararan dos matraz a+orados de un litro, llenando hasta la mitad con agua destilada. Se a=adirán a cada matraz las cantidades previamente calculadas estequimetricamente de Sr(!"#$, a$S!& , para preparar soluciones
-
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%.%&'' ) %.%* olar respectivamente, para ello utilizaremos una espátula ) una balanza analítica para pesar ambos solidos ) asi s va a a+orar. 5osteriormente )a preparadas ambas soluciones, se montaran dos soportes universales con unas pinzas de presi0n sosteniendo las buretas. 9mbas buretas se llenaran por separado con las soluciones que preparamos, ) se verterán después en di+erentes volmenes a cada +rasco de gerber, de modo que cada +rasco de gerber tenga determinada cantidad de ambas soluciones. Se de-aran guardados los +rascos de gerber un dia para que puedan precipitar bien. Se pesaran 2 papeles +iltro en una balanza analítica, se les pondrá un nmero del 1 al 2 ) se tomara nota de su masa. 5osteriormente se montara un soporte universal con un aro metálico en el, ) se colocara un embudo. Se doblara de manera adecuada el papel +iltro ) se colocara en el embudo empezando por el numero correspondiente de papel. /s soluciones en los +rascos de gerber deben enumerarse a la par con los papees +iltro. Se decantara el agua madre de cada +rasco ) se +iltrara en su respectivo papel, se recomienda en-uagar el solido del +rasco con "ml de agua destilada. Se repetirá lo anterior con cada +rasco de gerber. :espués de haber +iltrado cada soluci0n de los +rascos ) obtenido el solido, se colocaran bien doblados los papeles +iltro con cuidado de no perder solido ) se colocaran en una capsula de porcelana. 5osteriormente se preparara un equipo desecador, ) se colocaran ahí por un dia nuestros +iltrados. Ka habiéndose secado bien, cada uno de nuestros +iltrados se pesaran en una balanza analítica restando la masa de su correspondiente papel +iltro. Se tomara nota de cada masa en una tabla. 4l s0lido obtenido de cada +iltrado se colocara en un recipiente.
"n#!isis Resu!tados
4n base a los resultados obtenidos en nuestro experimento a comparaci0n con los te0ricos con el análisis del rendimiento porcentual, es notorio que hubo pérdida probablemente en alguno de los pasos en el experimento al +iltrar nuestro precipitado o pesarlo.
"n#!isis de resu!tados teóricos
-
Deaccion
$r%NO&'( ) Na($O*
$r$O* ) NaNO&
5esos moleculares Sr(!"#$ L $11.*2"& g a$S!& L 1&$.%%"6 g SrS!& L 13".6&& g a!" L 3&.'66* g Calculo de las soluciones molares M%.%%&'' Sr(!"#$ (1/@#(%.%&''# L %.%&'' moles %.%&'' moles L mN $11.*2"&gNmol
m L (%.%&''#($11.*2# L 1%.*6 g
M%.%* a$S!& (1/@#(%.%*# L %.%* moles %.%* moles L mN1&$.%%"6gNmol
m L( %.%*#(1&$.%%"6# L 2.1% g
+a!cu!o de masas teóricas de !os reactivos por mi!i!itro que reaccionan
Cálculos de masas te0ricas Sr(!"#$
Calculo de masas te0ricas a$S!&
1B 1%%%ml 1%.*6g $%ml %.$11$g
1B 1%%%ml 2.1%g 6%ml %.&$6g
$B 1%%%ml 1%.*6g $&ml %.$*"&g
$B 1%%%ml 2.1%g *6ml %."'26g
"B 1%%%ml 1%.*6g $3ml %.$'*6g
"B 1%%%ml 2.1%g *$ml %."6'$
&B 1%%%ml 1%.*6g "$ml %.""2'
&B 1%%%ml 2.1%g &3ml %."&%3g
*B 1%%%ml 1%.*6g "6ml %."3%16g
*B 1%%%ml 2.1%g &&ml %."1$&g
6B 1%%%ml 1%.*6g &%m %.&$$&g
6B 1%%%ml 2.1%g &%ml %.$3&g
2B 1%%%ml 1%.*6g &&ml %.&6&6g
2B 1%%%ml 2.1%g "6ml %.$**6g
+a!cu!o de! reactivo !imitante , mo!es en eceso
Sr(!"#$
a$S!&
1B $%ml n L %.$11$gN$11.*2g.mol L %.%%%''3$ $B $&ml n L %.$*"&gN$11.*2g.mol L %.%%1$%2 "B $3ml n L %.$'*6gN$11.*2g.mol L %.%%1"'2 &B "$ml n L %.""2'gN$11.*2g.mol L %.%%1*'2 *B "6ml n L %."3%1gN$11.*2g.mol L %.%%12'' 6B &%ml n L %.&$$&gN$11.*2g.mol L %.%%1''6 2B &&ml n L %.&6&6gN$11.*2g.mol L %.%%$1*
1B 6%ml n L %.&$6gN1&$.%"6g.mol L %.%%$''' $B *6ml n L %."'26gN1&$.%"6g.mol L %.%%$2'' "B *$ml n L %."6'$gN1&$.%"6g.mol L %.%%$*'' &B &3ml n L %.%."&%3gN1&$.%"6g.mol L %.%%$"'' *B &&ml n L %."1$&gN1&$.%"6g.mol L %.%%$1'' 6B &%ml n L %.$3&gN1&$.%"6g.mol L %.%%1''' 2B "6ml n L %.$**6gN1&$.%"6g.mol L %.%%12''
4l reactivo limitante es el Sr(!"#$ en cada soluci0n por mililitros ) el exceso es el a$S!& oles en exceso 1B $B "B &B *B 6B 2B
%.%%$''' O %.%%%''3$ L %.%%$% %.%%$2'' O %.%%1$%2 L %.%%1* %.%%$*'' O %.%%1"'2 L %.%%1$ %.%%$"'' O %.%%1*'2 L %.%%%3 %.%%$1'' O %.%%12'' L.%.%%%& %.%%1''' O %.%%1''' L%.% %.%%12'' O %.%%$1'* L B%.%%%"'6 9quí el reactivo limitante es el a$S!&
4n los moles en exceso analizamos que en el numero 6 no ha) reactivo limitante ) en el 2 se invierten el reactivo limitante ) el exceso. +a!cu!o eperimenta! de! precipitado de $r$O* obtenido
1B $11.*2g Sr(!"#$
13".6&&g SrS!&
%.$11$g %.13""g $11.*2g Sr(!"#$ %.$*"&g %.$1''g $11.*2g Sr(!"#$ %.$'*6g %.$**6g $11.*2g Sr(!"#$ %.""22g %.$'"$ $11.*2g Sr(!"#$ %."3%1g %."$''g $11.*2g Sr(!"#$ %.&$$&g %."666g $11.*2g Sr(!"#$ %.&6&6g %.&%"$g
$B
13".6&&g SrS!&
13".6&&g SrS!&
13".6&&g SrS!&
13".6&&g SrS!&
13".6&&g SrS!&
13".6&&g SrS!&
"B
&B
*B
6B
2B
+a!cu!o de di!ución por re!ación de vo!-menes
ml Sr(!"#$ $% $& $3 "$ "6 &% &&
ml a$S!& 6% *6 *$ &3 && &% "6
Delaci0n de volumen $%N6% L 18" $&N*6 L 18$." $3N*$ L 181.3 "$N&3 L 181.* "6N&& L 181.$ &%N&% L 181 &&N&6 L 18%.3
+onc!usión
4n este traba-o hemos aprendido puntos importantes como la estequiometria la cual resulta mu) util en la clasi+icacion de una reaccion quimica, es mu)
importante haber tomado conocimientos sobre el mol )a que nos indica o expresa la cantidad de materia que puede poseer cada ob-eto. 9unque no +ue posible demostrar de manera experimental la le) de conservaci0n de la masa el ob-etivo de calcular el rendimiento porcentual si, lo que -usti+ica por qué no se puedo comprobar dicha le), además de la perdida de reactivo limitante en cada uno de los procedimientos antes descritos. /a obtenci0n del precipitado de SrS!& +ue satis+actoria
.ib!io/ra0ia Kenneth W, Larry Peck, George G, Stanley. Quimica 8ª ed. Editorial Cengage Learning. e!ico "##8$ %&8-%'" Laider (. Cinetica de reaccione) *ª ed. Editorial +lhamra. adrid *'&"$ "-%*
