I.
OBJETIVO
1.1 Objetivos Generales Discriminar el significado del equilibrio químico desde el punto de vista cinético. Interpretar la expresión de la constante de equilibrio a partir de la ecuación química y aplicar en el laboratorio.
1.2 Objetivos Específicos Determinar la concentración en estado de iones de plata en una solución concentrada de acetato de plomo a temperatura ambiente, para calcular el Kps.
II. CAPITULO FUNDAMENTO TEORICO
2.1 EQUILIBRIO QUÍMICO 2.1.1
Constante de equilibrio (Kc) Es el valor que caracteriza a un sistema en equilibrio y solo depende de la temperatura, es decir para cada temperatura existe un valor determinado Kc. Se evalúa con las concentraciones de equilibrio. Sea la reacción: aA(g) + bB(g)
cC(g) + Dd(g)
A) Para la reacción directa: según la ley de acción de masas GULDBERG Y WAAGE VD = KD [A]a [B]
B) Para la reacción inversa: Por la ley de acción de masas GULBERG Y WAAGE Vl =Kl[C]c[D]d
EN EL EQUILIBRIO: VD=Vl
KD [A]a[B]b = Kl[C]c[D]d
Kc =
Kc = KC/Kl
[𝐶]𝑐 [𝐷]𝑑 [𝐴]𝑎 [𝐵]𝑏
Ejemplo: a)
2NO2 (g)
2NO (g) + O2 (g)
Kc =
[𝑁𝑂]2 [𝑂2 ) [𝑁𝑂2 ]2
b)
NH3(g)
N2(g) +
Kc =
c)
[𝑁 ]1/2 [𝐻 ]3/2 [𝑁𝐻 ]
2C(s) + O2(g)
2CO
Kc =
[𝐶𝑂]2 [𝑂 ]
d) S(s) + O2(g)
[C](s) = 1
SO3(g)
Kc =
2.1.2
H2(g)
[𝑆𝑂 ] 𝑂 3/2
CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Kp) Es el valor que caracteriza el equilibrio y se evalúa con las presiones parciales de las sustancias gaseosas en equilibrio. Tiene características similares Kc. Para la ecuación (I): Kp =
(𝑃𝑐)𝑐 (𝑃𝑑)𝑑 (𝑃𝐴)𝑎 (𝑃𝐵)𝑏
Ejemplo: a)
PCl5(g)
PCl3(g) + Cl2(g)
Kp = (Ppcl3)(Pcl2)/(Ppcl5)
b)
NH3(g) +H2S(g)
NH4HS(s)
Kp = (𝑃𝑛ℎ
)(𝑃𝐻 𝑠)
2.1.3
Relación entre Kc y Kp De la ecuación universal: 𝑛
P = [C] RT
P = 𝑣 RT
Reemplazando en () Kp =
([𝐶]𝑅𝑇)𝑐 ([𝐷]𝑅𝑇)𝑑 ([𝐴]𝑅𝑇)𝑎 ([𝐵]𝑅𝑇)𝑏
Kp= Kc (RT)(c+d)-(a+b)
𝐾𝑝
𝐾𝑐 (𝑅𝑇)
𝑛
Dónde: ( ) ( ); _ Cambio y/o variación del número de moles. SÍ
2.1.4
=0; entonces
no tiene unidades.
Constante de la fracción molar (Kx)
Kx=
(𝑓𝑚𝑐)𝑐 (𝑓𝑚𝐷)𝑑 (𝑓𝑚𝐴)𝑎 (𝑓𝑚𝐵)𝑏
2.2 SOLUBILIDAD Es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente). Implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura fija. Puede expresarse en unidades de concentración: molaridad, fracción molar, etc. Si a en una disolución no se pude disolver más soluto decimos que la disolución está saturada.En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones
sobresaturadas. Por el contrario si la disolución admite aún más soluto decimos que se encuentra insaturada.
Una disolución saturada con soluto sin disolver es, por tanto, un si stema en equilibrio entre dicho soluto y el que se encuentra disuelto. Un equilibrio de solubilidad (o de precipitación) es aquel que se establece entre una sólida y esa misma sustancia en disolución saturada. Si el sólido es iónico, al disolverse se disociara en sus iones. 𝐴𝑛 𝐵𝑚 (𝑠) ↔ 𝐴𝑛 𝐵𝑚 (𝑎𝑞) → 𝑛𝐴𝑚+ (𝑎𝑞)
𝑚𝐵𝑛− (𝑎𝑞)
Se llama solubilidad a la concentración que alcanza un sólido disuelto en la disolución saturada. Depende del disolvente y de la temperatura. 𝑆
[𝐴𝑛 𝐵𝑚 (𝑎𝑞)]
La ley de equilibrio se aplica también el equilibrio de solubilidad. Una solución saturada que contiene iones en equilibrio iones en equilibrio con el sólido, es igual a la velocidad a que retornan al cristal. Ejemplo: En una solución de acetato de plata se puede expresar según la ecuación: CH3- COO-Ag(S) |Ag+|ac + |CH3-COO-|ac
Las concentraciones de los productos iónicos, iones de plata Ag e iones de acetato CH3-COO- determinar la solubilidad en estado de equilibrio. Podemos determinar la constante de equilibrio llamada producto de solubilidad calculando el producto de las concentraciones de equilibrio de los iones. Producto de solubilidad Kps = |Ag+|
|CH3 –COO|-
La solubilidad varia con la temperatura, por lo tanto el Kps también varía con la temperatura. 2.3 PRODUCTO DE SOLUBILIDAD (Kps) El producto de solubilidad o producto iónico de un compuesto iónico es el producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio: 𝐶𝑚 𝐴𝑛 ↔ 𝑚𝐶𝑛
𝑛𝐴𝑚
Donde representa a un catión, a un anión, y son sus respectivos índices estequiométricos. Por tanto, atendiendo a su definición su producto de solubilidad se representa como: 𝐾𝑝𝑠
𝑛 [𝐶𝑛+ ]𝑚 [𝐴− 𝑚]
El valor de Kps indica la solubilidad de un compuesto iónico, es decir, cuanto menor sea su valor menos soluble será el compuesto. También es fácilmente observable que si aumentamos la concentración de uno de los componentes o iones (por ejemplo, añadiendo una sustancia que al disociarse produce ese mismo ion) y alcanzamos de nuevo el equilibrio, la concentración del otro ion se verá disminuida (lo que se conoce como efecto ion común). Hay dos formas de expresar la solubilidad de una sustancia: como solubilidad molar, número de moles de soluto en un litro de una disolución saturada (mol/L); y como solubilidad, número de gramos de soluto en un litro de una disolución saturada (g/L). Todo esto ha de calcularse teniendo en cuenta una temperatura que ha de permanecer constante y que suele ser la indicada en las condiciones estándar o de laboratorio (P=101 kPa, T=25ºC). 2.4 COBRE El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros), cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo
después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
2.4.1 Características y Propiedades o Es de color rojizo y de brillo metálico o Es elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. o Resistente a la corrosión y oxidación. o Pueden deformarse sin romperse. o Puro posee muy bajo límite elástico y una dureza escasa o Sus propiedades mejoran con bajas temperaturas. o El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos o Mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana. o El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa. o El exceso de cobre ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson o El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable. o Alambre de cobre: pureza del 99% resistencias altas a la temperatura 2.4.2 Reciclado El cobre es uno de los pocos materiales que no se degradan ni pierden sus propiedades químicas o físicas en el proceso de reciclaje. Puede ser reciclado un número ilimitado de veces sin perder sus propiedades, siendo imposible distinguir si un objeto de cobre está hecho de fuentes primarias o recicladas. Esto hace que el cobre haya sido, desde la Antigüedad, uno de los materiales más reciclados. El reciclado proporciona una parte fundamental de las necesidades totales de cobre metálico. Se estima que en 2004 el 9 % de la demanda mundial se satisfizo mediante el reciclado de objetos viejos de cobre. Si también se considera "reciclaje" el refundido de los desechos del proceso de refinado del mineral, el porcentaje de cobre reciclado asciende al 34 % en el mundo y hasta un 41 % en la Unión Europea.
El reciclado del cobre no requiere tanta energía como su extracción minera. A pesar de que el reciclado requiere recoger, clasificar y fundir los objetos de metal, la cantidad de energía necesaria para reciclar el cobre es sólo alrededor de un 25 % de la requerida para convertir el mineral de cobre en metal. La eficacia del sistema de reciclado depende de factores tecnológicos como el diseño de los productos, económicos como el precio del cobre y sociales como el concienciamiento de la población acerca del desarrollo sostenible. Otro factor clave es la legislación. Actualmente existen más de 140 leyes, regulaciones, directivas y guías nacionales e internacionales que tratan de favorecer la gestión responsable del final del ciclo de vida de los productos que contienen cobre como por ejemplo electrodomésticos, teléfonos y vehículos. En la Unión Europea, la directiva 2002/96/CE sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE, o WEEE del inglés Waste Electrical and Electronic Equipment) propicia una política de minimización de desperdicios, que incluye una obligatoria y drástica reducción de los desechos industriales y domiciliarios, e incentivos para los productores que producen menos residuos. El objetivo de esta iniciativa era reciclar 4 kilos por habitante al año a fines de 2006. Un ejemplo de reciclaje masivo de cobre lo constituyó la sustitución de las monedas nacionales de doce países europeos por el euro en 2002, el cambio monetario más grande de la historia. Se eliminaron de la circulación unas 260.000 toneladas de monedas, conteniendo aproximadamente 147.496 toneladas de cobre, que fueron fundidas y recicladas para su uso en una amplia gama de productos, desde nuevas monedas hasta diferentes productos industriales. 2.5 ACETATO DE PLOMO (Pb(C2H3O2)2) El acetato de plomo (II) o Etano ato de plomo (II) es un compuesto químico cristalino de color blanco con un sabor ligeramente dulce. Se obtiene tratando litargirio (óxido de plomo (II) o PbO) con ácido acético. Al igual que otros compuestos plúmbeos, es una sustancia muy tóxica. El acetato de plomo es soluble en agua y glicerina. Con agua, forma el trihidrato, Pb (CH3COO)2·3H2O, una sustancia cristalina monoclínica eflorescente de color blanco o incoloro.
2.5.1 Características y Propiedades Otros nombres: Azúcar de plomo, di acetato de plomo, sal de Saturno, fuerza de Goulard. a) Identificadores Número CAS: 6080-56-41 PubChem: 9317 b) Propiedades físicas Apariencia: sólido cristalino blanco. Masa molar: 325,2 g/mol Punto de fusión: 348 K (75 °C) Estructura cristalina: Monoclínico 2.5.2 Uso Se usa como reactivo para generar otros compuestos de plomo y como fijador para algunos tintes. Para fijar los colores en los productos textiles o para el cabello. Se desaconseja el uso de tintes de cabello que lo tengan en su composición. 2.5.3 Toxicidad Se ha documentado que el acetato de plomo (II), entre otras sales de plomo, podría afectar a la placenta y al embrión, conduciendo a la muerte del feto, razón por la cual se desaconseja el uso de tintes de cabello que lo tengan en su composición. Como sal de plomo, también tiene efectos teratogénicos en algunas especies animales.
2.6 ACETILENO La acetona o propanona es un compuesto químico de fórmula química CH3 (CO) CH3 del grupo de las cetonas que se encuentra naturalmente en el medio ambiente. A temperatura ambiente se presenta como un líquido incoloro de olor característico. Se evapora fácilmente, es inflamable y es soluble en agua. La acetona sintetizada se usa en la fabricación de plásticos, fibras, medicamentos y otros productos químicos, así como disolvente de otras sustancias químicas.
2.6.1 Características y Propiedades A) Propiedades Físicas Estado de agregación: Líquido Apariencia Incoloro Densidad 790 kg/m3; 0,79 g/cm3 Masa molar 58 g/mol Punto de fusión 178,2 K (-95 °C) Punto de ebullición 329,4 K (56 °C) Viscosidad 0,32 cP a 20 °C (293 K) Índice de refracción 1.35900 (20 °C) B) Propiedades Químicas Solubilidad en agua: Soluble; también puede disolverse en etanol, isopropanol y tolueno Momento dipolar: 2,91 D C) Peligrosidad Punto de inflamabilidad 253 K (-20 °C) Temperatura de autoignición 738 K (465 °C) D) Riesgos Ingestión Náuseas, vómitos (para mayor información, véase Inhalación). Inhalación Salivación, confusión mental, tos, vértigo, somnolencia, dolor de cabeza, dolor de garganta, pérdida del conocimiento. Piel: Piel seca, enrojecimiento. Ojos: Enrojecimiento, dolor, visión borrosa. Posible daño en la córnea. Dosis semiletal:(LD50) >2000 mg/kg, oral (en ratas). 2.6.2 Estado en el Medioambiente Se encuentra en forma natural en plantas, árboles y en las emisiones de gases volcánicos o de incendios forestales, y como producto de degradación de las grasas corporales. También se encuentra presente en los gases de tubos de escape de automóviles, en humo de tabaco y en vertederos. Los procesos industriales aportan una mayor cantidad de acetona al medio ambiente que los procesos naturales.
III. CAPITULO FUNDAMENTO PRÁCTICO
3.1 MATERIALES Y REACTIVOS 3.1.1 Materiales
Vaso de 250 ml Balanza Lija de fierro Probeta de 100ml 02 pipetas
3.1.2 Reactivos IV.
Agua destilada Acetona Acetato de plomo saturada 30 cm de alambre de cobre PROCEDIMIENTO
1. En una probeta graduada, mida cuidadosamente 100ml de una solución de acetato de plomo saturada. Trasvase a un vaso limpio y seco de 250 ml. 2. Limpie el alambre de cobre con la lija de fierro. una vez perfectamente limpio enroscar holgadamente el alambre alrededor de un tubo de ensayo. 3. Pesar el espiral de cobre con la aproximación de 0.01 g sumergir el espiral en la solución saturada de acetato de plomo. Deje reposar la solución con el espiral durante la noche para que dé tiempo para que reaccionen todos los iones de plata. 4. Sacudir el alambre de cobre para que caigan los cristales de plomo en el vaso de precipitados. 5. Lave el alambre perfectamente con agua de caño y finalmente con agua destilada y acetona. 6. Secar el alambre y pesar. 7. Decantar la solución para separar los cristales de plata y enjuagar con el agua destilada. 8. Coloque en el recipiente indicado para su posterior uso.
V.
DATOS Y CALCULOS
5.1 Datos Peso del espiral de cobre antes de reaccionar es 1.180 g. Peso del espiral de cobre después de reaccionar es 1.175 g.
5.2 Cálculos Gramos de cobre que reaccionan con el plomo es 0.005g. Nº de moles de Cu que reaccionan con el plomo 𝑛𝑠𝑡𝑜
.
𝑊𝑠𝑡𝑜 ̅𝑠𝑡𝑜 𝑀
Para hallar el número de moles ( ), tenemos que tener el Peso del soluto ( ) y la Masa del soluto ( ̅ ). Si el de Cu es 0.005g y la ̅ es 63.546 (según lumbreras), pero trabajaremos con 63.5; posteriormente solo reemplazo. Esto quiere decir que la parte que reaccionó con el Acetato de Plomo fue mínima; si lo vemos desde un nivel estándar, sin embargo desde un nivel nanoscopico, estás se han desprendido del alambre del cobre y al reaccionar con el acetato, se cree que la diferencia de partículas que se halló, se ha sedimentado en lo profundo de la probeta, ya que esta poseía una coloración celeste, media turbulenta.
= 7.874015748x
−
−
VI. PREPARACIÓN Cortar el alambre de cobre a 30cm, podemos ver que el alambre de cobre pesa 1,180 gr en la balanza eléctrica.
Por otro lado ponemos en el vaso precipitado acetato de plomo Pb(C2H3O2) sin pesar y agregamos agua destilada para su disolución y concentración
Después ponemos el alambre pesado, en el vaso precipitado para ver cómo reacciona el gramo de cobre con el acetato de plomo.
VII.
OBSERVACIÓN
No pesamos el acetato de plomo (no pide en cuanto) La prueba pide si es o no una solución saturada El cobre Cu es un elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Los acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con acetato de plomo u otro acido, que es el responsable del sabor del vinagre Los ácidos oxácidos atacan al cobre, en este caso el acetato de plomo Pb (C2H3O2). Un litro de agua pura pesa, bajo condiciones normales, un kilogramo No se tomó en cuenta la temperatura del aula, ya que influye para determinar el Kps de una sustancia.
VIII.
RESULTADOS
Si es saturada, porque tiene mucha concentración de soluto en la muestra. Después cuando se agregó acetato de plomo con agua se obtuvo
Pb (C2H3O2)2
+
Acetato de plomo II
Pb (C2H3O2)
+
agua destilada
trihidrato de plomo
Si agregamos Cu (alambre) al 99,9% en la mezcla de trihidrato de cobre ¿en cuánto sube o baja el peso del solvente si anteriormente tenía un volumen de 100ml
Acetato de plomo cobre
IX.
Pb (CH3COO).3H2O
agua destilada
Pb (CH3COO)·Cu + Pb(CH3COO)·Cu.3H2O
Pb (CH3COO)2·3H2O trihidrato de plomo
→
3H2O
Acetato de plomo
→
3H2O
3H2O
agua destilada
→
trihidrato
de
plomo
y
Podemos ver como los iones de plomo se adhieren al cobre.
CONCLUSIÓN En el experimento pudimos ver cómo reacciona la solución saturada del acetato de plomo después de sumergir el espiral de cobre por una noche esto para dar tiempo para que reaccionen todos los iones de plomo. Nos pudimos dar cuenta que los iones de plomo se adhieren al espiral de cobre teniendo todo esto en cuenta podemos calcular los gramos de cobre que reaccionan con plomo. Esto se debe a que se han desprendido del alambre del cobre partículas muy finas y pequeñas ya que al reaccionar con el acetato, se cree que la diferencia de partículas que se halló, se ha sedimentado en lo profundo de la probeta, ya que esta poseía una coloración celeste, media turbulenta. Y antes de pesar el alambre de Cobre se dispuso a limpiar con acetona, para retirar las impurezas y así obtuvimos una mayor precisión en el peso del alambre de cobre; para poder concluir con la práctica de laboratorio y realizar los objetivos propuestos.
BIBLIOGRAFIA Referencias Bibliográficas
Illasca, H. (2010) Formulario de Ciencias, CEREBRITO, 2° edición, Lima-Perú. Editorial MEGABYTE. I.C.H (2012) QUÍMICA, Análisis de principios y aplicaciones, Tomo II, 6° edición, Lima-Perú. Editorial Lumbreras. Cartolín, W. (2007) QUIMICA, Teorías y prácticas, Lima-Perú. Ediciones UNICIENCIA. Paratore-Romero. (1986) QUIMICA II (Organica), Lima –Perú. Editorial Brasa S.A. UNALM (2012) QUIMICA, 2° edicion, Lima-Perú. Grafica Bracamonte.
Referencias Electronicas
Acetona, esta página fue modificada por última vez el 22 abr 2014, a las 09:27; disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Acetona. Consultado el 20 de mayo 2014. Acetato, esta página fue modificada por última vez el 16 may 2014, a las 00:17; disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Acetato_de_plomo_(II). Consultado el 19 de mayo, 2014. Cobre, esta página fue modificada por última vez el 21 may 2014, a las 03:28., disponible en http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre. Consultado el 20 de mayo 2014.
GLOSARIO Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias. Estas pueden encontrarse en cualquier estado. Disolvente: componente mayoritario en una disolución (agua). Soluto: componente minoritario en una disolución (sólido). Disolución diluida: la que tiene poco soluto disuelto. Disolución concentrada: la que tiene mucho soluto disuelto. Disolución saturada: la que no admite más soluto disuelto. Una disolución saturada con soluto sin disolver es, por tanto, u n sistema en equilibrio entre dicho soluto y el que se encuentra disuelto.
