Resumen y Introduccion de Estequiometria de Una Reaccion SrSO4

Resumen: En el presente reporte se muestra la realización de una practica sobre la estequiometria de una

reacción

(Sr

(NO 3)2+Na2SO4SrSO4+2NaNO3)

para

la

cual

se

calcularon

estequiométricamente las masas requeridas para efectuar la reacción entre los reactivos (Sr(NO3)2) (0.4 M en 25 mL) y Na2SO4 (0.35 M en 25 mL) y así obtener una cantidad de 1.8516 g SrSO4.En el proceso fue necesaria la purificación del crisol para evitar cualquier impureza que afectara al rendimiento teórico. De igual modo se calculo este en la reacción y posteriormente fue comparado con el rendimiento experimental obtenido, este se acerco mucho al valor teórico. Con ello se pudo establecer un porcentaje en el rendimiento de esta reacción es cual fue muy eficiente como a continuación se muestra.

Introducción: La práctica realizada representa una situación general para llevar acabo una reacción química, el estudio de los cambios químicos es una parte central de la química. Algunos cambios químicos son simples; otros son complejos. La estequiometria es el campo de estudio que examina la cantidad de sustancias que se consumen y se producen en las reacciones químicas. Con este aspecto la estequiometria es útil en esta practica para predecir de cierto modo las cantidades de reactivos (Sr (NO3)2+Na2SO4) que deben de reaccionar para obtener un rendimiento rendimien to teórico del producto de esta reacción SrSO4 .Al hacer un análisis estequiométrico se debe basar en el entendimiento de las masas atómicas atómicas de los reactivos reactivos utilizados y así así mismo de la ley de conservación de la masa entre los componentes de la reacción. La estequiometria es de gran ayuda para todos los campos en los que se ocupa, ya que gracias a eso no se d esperdicia materia prima que podría ser necesaria para otras cosas que se pueden elaborar más más adelante. De esta manera en la práctica se cuantifico cada cada reactivo con respecto a su masa y se determino cual estaba en exceso y cual limitaría toda la reacción para evitar el desperdicio de alguno de ellos. Gracias a la información que expresan sus fórmulas por las funciones que la integran, los pesos y volúmenes de los átomos de que están formadas, podemos entender este proceso mejor realizando el balanceo de ecuaciones (Sr (NO3)2+Na2SO4SrSO4+2NaNO 3), también el manejo de unidades químicas . La fabricación de productos químicos es uno de los esfuerzos industriales más grandes del mundo. Las industrias químicas son la base de cualquier sociedad industrial. Dependemos de ellas respecto a productos que utilizamos a diario como gasolina y lubricantes de la industria del petróleo; alimentos y medicinas de la industria alimentaria; telas y ropa de las industrias textiles. Estas son sólo unos cuantos ejemplos pero casi todo lo que compramos diariamente se fabrica mediante algún proceso químico o al menos incluye el uso de productos químicos. Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como optimización de procesos. Cuando se tiene una reacción química, el Q.F.B. se interesa en la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones como el la estequiometria de la reacción reacción de (Sr (N O3)2+Na2SO4SrSO4+2NaNO 3), tanto en la investigación como en la industria.

Marco teorico:

MARCO TEORICO

ESTEQUIO METRIA Y REACCIONES La estequiometria, del griego stoicheion (constituyente elemental) y metrein (medir), es la parte de la química que se ocupa del estudio de las relaciones entre los pesos de las sustancias, determinadas tanto por las ecuaciones como por las formulas que representan sus transformaciones. El proceso que condujo al establecimiento de los principios o leyes fundamentales que rigen las combinaciones químicas, constituyen un claro ejemplo de la aplicación del método experimental, mediante la observación, medición, clasificación de hechos y verificación. Se puede preguntar si la estequiometria se apoya únicamente en las leyes ponderales la respuesta es no por lo siguiente: las reacciones químicas dependen esencialmente de cuatro factores entre si: 1. Ley de conservación de la energía 2. La cantidad en que los reactivos son transformados a productos en el equilibrio químico. 3. La velocidad con que son convertidos los reactivos a productos. 4. El mecanismo o etapas por medio de las cuales los reactivos forman los productos. Además, dentro de estos factores se encuentran la naturaleza de los reactivos y productos, su concentración, la presión, temperatura, el pH, presencia de catalizadores y por ultimo, la naturaleza física del medio en el que se realiza la reacción.Debe tenerse en cuenta la ley de la conservación de la energía o primera ley de la termodinámica, por que abarca el calor de reacción, el calor suministrado a una reacción (reacciones endotérmicas), el calor desprendido (reacciones exotérmicas), el calor perdido y otros efectos de energía asociados a las reacciones químicas. Al realizar una reacción, no siempre la cantidad total de reactivos pasa a formar productos, lo cual significa que la reacción es incompleta a pesar de su estequiometria. Además también se debe tener presente que una reacción química en equilibrio es reversible; esto significa que los reactivos forman productos y viceversa. Como puede notarse, el punto anterior es importante para la estequiometria, por que en los cálculos estequiométricos se considera invariablemente que todos los reactivos se agotan para transformarse en productos. El apoyo que da la estequiometria la velocidad de reacción, radica en el hecho de que hay reacciones que tardan mucho tiempo en realizarse, y otras que son demasiado r ápidas. Por ultimo, el mecanismo de l a reacción tiene que ver con la estequiometria por que ocasionalmente la eficiencia o

rendimiento de una reacción es bajo debido a productos secundarios que se pueden formar en el transcurso de la misma. De aquí la importancia de tomar en cuenta los caminos o etapas probables por las que pude pasar una determinada reacción. Jorge Rivas Montes.(2008).

CONSIDERACIONES GENERALES PARA LOS CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS Para poder realizar correctamente cualquier cálculo estequiometrico es indispensable conocer la reacción y la ecuación química balanceada, antes de entrar de lleno a ese tema, se hará una sucinta revisión de la diferencia de la diferencia entre valencia y numero de oxidación y las convenciones para asignar el numero de oxidación a un elemento de un compuesto dado, sea este inorgánico u orgánico. También se revisaran los conceptos de oxidación, reducción, agente oxidante y reductor, se estudiaran los diferentes métodos para balancear ecuaciones químicas, enfatizando los métodos por el cambio y número de oxidación y el ion electrón. Se verán los cálculos estequiometricos y por último las soluciones y la forma de expresar su concentración. Garfield FM, Klesten E, y Husch J.(2000).

CONCEPTO DE OXIDACION Y REDUCCION La oxidación y reducción es un fenómeno que se da simultáneamente, es decir, en el momento en que el ion o elemento cede electrones estos son aceptados instantáneamente por otro elemento o ion. Cuando un elemento o ion o elemento cede electrones, se dice entonces que se oxida y cuando los acepta que se reduce. Tomando como base lo anterior y el numero de oxidación se infiren los términos enlistados en el siguiente cuadro. Brown, Theodore L.Lemay.(2004). TERMINO

VARIACION EN EL NUMERO DE OXIDACION

CAMBIO ELECTRONICO

Oxidación

Aumenta

Cede (o pierde electrones )

Reducción

Disminuye

Acepta (o gana electrones)

Agente oxidante

Disminuye


Agente reductor

Aumenta


Sustancia oxidante

Aumenta


Sustancia reductora

Disminuye


CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS La importancia de la estequiometria estriba en que al comprender la relación entre las cantidades de los reactivos y productos es posible: a) Predecir la cantidad de los reactivos necesarios para producir una cierta cantidad de productos. b) Interpretar los resultados de un análisis químico c) Seleccionar el método más idóneo y económico para llevar acabo una reacción química a escala comercial, si es preciso. d) Determinar dentro de un conjunto de reactivos, cual se encuentra en exceso o cual limita la reacción; por que en algunos casos se pueden originar diferentes productos en el seno de la reacción, dependiendo de las cantidades empleadas. Al realizar los cálculos estequiometricos, se deben tener presentes los siguientes conceptos: a) Masa atómica b) Mol c) Ley de Lavoisier. La masa atómica por que da el medio para expresar los pesos de los elementos que forman un compuesto. El concepto de mol, porque permite expresiones de cantidades que dependen del numero de átomos o moléculas mas bien que de sus pesos. Y por ultimo la ley de la conservación de la masa, cuya expresión estequiometrica indica que la suma de las cantidades de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de las cantidades de las sustancias resultantes. Brown, Theodore L.Lemay.(2004).

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN El rendimiento o eficacia de una reacción, esta referido a una reacción a la máxima cantidad de producto que se puede obtener en una reacción, bajo condiciones especificas de pH, temperatura, concentración, etc. Independientemente de la reacción estequiometrica, esto es, se pueden reaccionar los reactivos en cantidades estequiometricas y no obtener un 100% de los productos, como se podría esperar teóricamente. Ello se debe a que para que se produjera el producto o productos en una reacción, esta debería ser única. Sin embargo, esto no ocurre así en todos los casos y se obtienen cantidades inferiores a los esperados teóricamente. Lo anterior puede ser ocasionado por aspectos técnicos al trabajar las reacciones y también debido a que los reactivos suelen reaccionar en más de una forma. Además una vez formado un producto o productos, estos pueden reaccionar entre si o con los reactivos y formar otros productos. El resultado es que se obtiene una eficiencia inferior a la esperada, por las reacciones secundarias y colaterales, y por aspectos de equilibrio

químico (reacciones reversibles) y por formación de productos cinéticos o de rápida formación y poca estabilidad y productos termodinámicos o de alta estabilidad. El reactivo limitante es aquel que se encuentra en una proporción menor a la requerida estequiométricamente de acuerdo a la reacción balanceada, por lo que es consumido completamente cuando se efectúa una reacción hasta ser completa. El reactivo que no se consume completamente se denomina reactivo en exceso. Una vez que uno de los reactivos se agota, se detiene la reacción, por lo que las moles de producto siempre son determinadas por las moles presentes del reactivo limitante. Chang Raymond.(2005).

El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad máxima de producto que se puede obtener por una reacción a partir de cantidades dadas de reactivos y se calcula a partir de la estequiometría basada en el reactivo limitante. El porcentaje de rendimiento de un producto es el rendimiento real (determinado experimentalmente) expresado

como

un

porcentaje

del

Raymond.(2005). Metodologí a:

Lista de instrumentos: y

Balanza analítica.

Lista de equipos: y

Mufla.

y

Parrilla de calentamiento y agitación.

Lista de material: y

Bata.

y

Bitácora.

y

Guantes.

y

Soporte universal.

y

Desecador de vidrio.

y

Crisol.

y

Agitador de vidrio.

y

Agitador magnético.

y

Anillo de hierro.

y

Un embudo con estrías de tallo corto.

y

4 vasos de precipitado de 250ml.

y

Mechero de fisher.

y

Papel filtro.

y

Papel glassin.

rendimiento

teórico

calculado.

Chang

Pinzas.

y

Lista de reactivos: Nitrato de estroncio----Sr (NO3)2 ×

Estado de agregación: Solido

×

Apariencia: solido blanco cristalino

×

Densidad: 2.98g/ml

×

Masa molar: 24.63g/mol

×

Punto de ebullición: 570ºC

×

Punto de fusión: 645ºC

×

Grado de riesgo: salud  moderado, inflamabilidad  ninguna, reactividad  ninguno.

Sulfato de sodio----Na2SO4 ×


×

Apariencia: Solido cristalino blanco

×

Densidad: 2.68g/ml

×

Masa molar: 142.04 g/mol

×


Sulfato de estroncio----SrSO4 ×


×

Apariencia: polvo blanco

×

Densidad: 3.96g/ml

×

Masa molar: 183.62 g/mol

×


×


Nitrato de sodio----NaNO3 ×


×

Apariencia: polvo blanco

×

Densidad: 2.26g/ml

×

Masa molar: 84.99g/mol

×


×


Inicio

Estequiometria de una reacción Sr (NO3)2 + NaSO4 -----------SrSO4 + 2 NaNO3

Realizar los cálculos estequiometricos requeridos para la práctica.

Utilizar el material, el equipo e instrumentos adecuados para la práctica ver lista de materiales

Solicitar los reactivos necesarios para la práctica en el CERFyS.

Pesar en una balanza analítica un crisol y registrar su peso

Colocar el crisol en un desecador de vidrio posteriormente introducir este a una mufla por 2 horas.

Repetir este proceso dos veces.

Pesar el crisol en una balanza analítica después del proceso anterior.

Pesar Sr (NO3)2 2.1162 g en una balanza analítica por medio de papel glassin.

Colocar la cantidad de Sr (NO3)2 pesada, en el matraz volumétrico de 25ml y llenar con agua destilada hasta la marca de aforo.

Aforar.

Pesar 1.2425g de Na2SO4 en una b alanza analítica por medio de papel glassin.

Colocar la cantidad de Na2SO4 pesada en un matraz volumétrico de 25ml y llenar con agua destilada hasta la marca de aforo.

Aforar.

Verter cada sustancia aforada en un vaso de precipitado de 250ml.

Colocar la solución de Sr (NO3)2 contenida en un vaso de precipitado de 250ml. En u na parrilla de calentamiento y agitación. También se coloca un agitador magnético dentro de la solución.

Agregar lentamente la solución de Na2SO4 a la solución de Sr (NO3)2 a temperatura moderada.

Medir durante 30 minutos.

Terminando este proceso se deja reposar la solución (SrSO4 + NaNO3) un día.

Posteriormente se montara un soporte universal con un anillo de hierro en el cual se colocara un embudo con estrías de tallo corto y papel filtro para filtrar la mezcla.

Una vez filtrado el soluto de la mezcla se coloca el papel filtro en el crisol.

Colocar un triangulo de asbesto en el anillo de hierro y colocar el crisol con el soluto filtrado en su interior.

Por medio de un mechero de Fisher calcinar las orillas del papel filtro que se salgan del crisol.

Posteriormente se coloca el mechero de Fisher por debajo del crisol para calcinar su contenido.

Concluida la calcinación se guarda el crisol con su contenido dentro de un desecador de vidrio por un día.

Colocar el crisol con su contenido en una mufla por dos horas.

Nuevamente se coloca el crisol con su contenido en un desecador de vidrio por un día.

Pesar el crisol con SrSO4 contenido en una balanza analítica y registrar su peso.

Retirar el SrSO4 contenido en el crisol y pesarlo en una balanza analítica por medio de un trozo de papel glassin.

Registrar peso.

Fin.

Análisis de los result ados:

Los resultados obtenidos en la práctica fueron satisfactorios ya que se llevo a cabo cada proceso de acuerdo a lo establecido. En esta práctica se hicieron los cálculos estequiométricos respectivos para llevar a cabo la reacción. Fue muy importante someter al crisol a altas temperaturas ya que con ello se eliminaron posibles impurezas, que pudieron afectar el producto final de SrSO4.Tanto la reacción de mezcla de Sr (NO3)2+Na2SO4 se realizaron de una forma adecuada ya que en este proceso no se quería perder ningún gramo posible de la solución preparada. Se dejo tapada esta solución para de igual modo evitar que alguna impureza cayera en ella. Al momento de filtrar se hizo de manera adecuada ya que se retuvo una gran cantidad de soluto de la solución SrSO 4+2NaNO3 para posteriormente calcinar este filtrado. Al momento de introducir nuestro cono dela filtración en el crisol este sobresalía en demasía, por lo que se requirió recortarlo, quizás en este paso se corto una parte del soluto impregnada en el papel filtro, por lo que hubo una perdida de masa. Al momento de calcinar el producto se quemo parte del papal filtro sobresaliente, fue en este proceso donde se cayeron un poco de las cenizas del papel filtro, quizás aquí se perdió otra cantidad del SrSO4. Posteriormente se calcino mas el producto de SrSO 4 en una mufla, para asegurar que ninguna impureza quedara en el. Posteriormente se peso la sustancia contenida en el crisol y después esta se retiro del el para pesarla de nueva cuenta. Hubo una diferencia pequeña en cuanto los rendimiento porcentuales entre el peso del SrSO4 en el crisol como el pesaje de solo el SrSO4..

Conclusiones: Se logro cumplir con la hipótesis y objetivos establecidos previamente, el rendimiento porcentual fue mayor a 80%, esto indica que la pérdida de materia (SrSO 4) en la práctica fue mínima. Para este experimento se obtuvo un rendimiento porcentual promedio de 86.2888% el cual es muy eficiente. Cabe mencionar que casi nunca se puede obtener un rendimiento porcentual

al 100% ya que existen factores que

indirectamente como directamente afecta alas reacciones.

Bibliogr af ía : y

Chang Raymond. Química. Novena edición. Editor MacGraw Hill.2005.

y

Brown, Theodore L.Lemay, Eugene; Bursten, Bruce E.; Burdge, Julia R. Química. La ciencia central. Decima edición. Editorial Pearson Education. México, D.F.2004.

y

Garfield FM, Klesten E, y Husch J. Quality Assurance Principles for Analytical Laboratories .Tercera edición, Association of Oficial Analytical Chemists, AOAC International, Arlintong, 2000.

y

Jorge Rivas Montes. Manual de laboratorio de ciencias básica 1. Lic. Biología, ing. Química y Q.F.B. segunda edición 2008. UNAM.

Resumen y Introduccion de Estequiometria de Una Reaccion SrSO4

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