PRE INFORMES DE LABORATORIO CINETICA PRACTICAS 1,2,3,5
PRESENTADO POR: ROYER ARNULFO BOHÓRQUEZ BOHÓRQUE Z CABALLERO CÓDIGO: 9144594
PRESENTA A: MAR!A CARMEN PARRA PARRA
UNI"ERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS B#SICAS, TECNOLOG!A E INGENIER!A BUCARAMANGA SEPTIEMBRE DE 2$15 2$15
PRACTICA N% 1 ECUACIÓN DE NERNST, TRANSFORMACIÓN DE ENERG!A QU!MICA EN ENENERGIA ELECTRICA
Objetivo(s)
•
•
•
Observar el comportamiento de la solución y los electrodos durante el proceso. Identificar los productos de la electrólisis e inferir la naturaleza de las transformaciones que tienen lugar. Interpretar, por medio de ecuaciones parciales de oxidación y reducción los procesos que an tenido lugar
!undamentación teórica "ucos de los potenciales el#ctricos a trav#s de las membranas celulares se deben al movimiento de iones de una cara a otra de la membrana a trav#s de los canales iónicos.
&C'(% %)*++ -.%/ Imagina un sistema como el presentado en el esquema.
$n este esquema podemos ver que dos compartimentos (% y &) presentan diferentes concentraciones del electrolito '*. '*. +os compartimentos estn separados por una membrana, la cual sólo tiene canales selectivos a ',
permitiendo -nicamente el paso de este ion y no de *, al otro lado de la membrana. +a concentración de '* es mayor en el lado % que en el &. e comienza el experimento con todos los canales cerrados. a que en este momento, la concentración de ' es igual a la de * en ambos compartimentos, no existe una diferencia de carga neta en ninguno de los dos compartimentos, por lo tanto, no existe diferencia de potencial. /uando se abren los canales, los iones ' comienzan a moverse a trav#s de los canales desde el compartimiento % al & debido a su gradiente de concentración, sin embargo el ion * se mantiene retenido en el compartimiento % por lo que se comienzan a acumular cargas negativas en ese lado, al contrario, como ' tiene carga positiva y su paso acia el lado & se ve favorecido, #ste comienza a acumular cargas positivas. $ste movimiento de carga, genera una diferencia de potencial con un compartimiento & cargado positivamente mientras que el % queda negativo. $n este momento entonces, la fuerza causante de la difusión neta de ' es contrarrestada por un crecimiento de la fuerza el#ctrica, lo que provoca que el ion ' se comience a transportar desde el compartimiento & al %. $l potencial busca finalmente un equilibrio entre su gradiente qu0mico y el gradiente el#ctrico, lo que genera el llamado potencial de equilibrio, surgido en este caso a partir de las diferencias en la concentración de '. /ul ser0a el valor de esta diferencia de potencial1 upongamos que tenemos una cantidad de n moles de ' l os que se mueven a trav#s de la membrana, a favor de su gradiente de concentración, desde el compartimiento % al &. 2s0, el trabajo requerido para llevar a cabo esta acción ser3
4onde 5, constante de los gases, puede tener el valor de 6,7%8 joule9mol : o %,;6< cal9mol :, = es la temperatura absoluta en : y >'?% y >'?& son las concentraciones molares del compartimiento intra y extracelular, respectivamente. 2ora, si consideramos el trabajo el#ctrico requerido para mover n moles de ' contra su gradiente de concentración, es decir, del compartimiento & al %, este ser3
4onde z es la carga del ion, ! es la constante de !araday y $ es la diferencia de potencial entre los dos compartimientos. 2ora, en condiciones de equilibrio, ambos trabajos deben ser iguales, por lo tanto
iendo % el sitio intracelular, mientras que & corresponde al extracelular. 4e acuerdo con la ecuación de @ernst, el potencial de equilibrio var0a linealmente con la temperatura absoluta y logar0tmicamente con la concentración iónica. Importante3 $n caso de no existir gradiente qu0mico, el potencial de equilibrio es igual a cero.
4e esta forma, es posible escribir el potencial de equilibrio para todos los iones relevantes en el potencial de equilibrio de una c#lula3
"2=$5I2+$ & Aasos de precipitado de %BB m+
5$2/=IAO olución saturada de @a/l o :/+
=ubo en forma de C
/uO8 %"
Aolt0metro
DnO8 %"
4os cables conductores con pinzas /ocodrilo en los extremos +mina de /u y lmina de Dn de %9& cm de anco y E cm de largo Fien pulidas 2lgodón
Grocedimiento %. /olocar en un vaso de precipitado solución de /uO8 %" y en otro solución de DnO8 %" asta aproximadamente la mitad. &. Introduzca en el vaso con solución de /uO8 la lmina de /u y en la que contiene la solución de DnO8 la lmina de Dn. 7. /onecte la lmina de Dn al polo negativo del volt0metro y la de cobre al positivo con los cables conductores como muestra la figura y anote la lectura del volt0metro. Observar que la aguja del volt0metro se mantiene en el cero de la escala indicando que no circula corriente porque el circuito est abierto. 8. +lene el tubo en C con la solución de @a/l y tape cada extremo de #l con algodón. H. Invierta el tubo en C e introduzca un extremo en la solución de /uO8
y el otro en la DnO8, como muestra la figura cuidando que no quede aire en su interior. E. 2note la lectura del volt0metro. +a aguja del instrumento marcar una división distinta de cero, indicando que circula corriente el#ctrica, porque el circuito se cerró al colocar el tubo en C, que constituye lo que se llama puente salino
/lculos 5esultados sern entregados en el informe
G52/=I/2 @o & $CI+IF5IO CJ"I/O G5I@/IGIO 4$ +$ /K2=$+I$5
Objetivos 2plicar e interpretar el principio de +e /atelier
!undamento teotico
P+0)00% L C.60+ $l Grincipio de +e /atelier, de %666, se refiere a que un estado de equilibrio qu0mico es mantenido en tanto no se alteren las condiciones del sistema. /uando se modifica alg-n parmetro, como por ejemplo, la presión, la temperatura o la concentración de algunas de las especies en equilibrio, este se traslada en cierta dirección (acia los reactivos o acia los productos) asta alcanzar un nuevo estado de equilibrio.
/on base en observaciones experimentales, +e /atelier expresó un principio simple que permite estimar los efectos sobre un estado de equilibrio. Grincipio de +e /atelier3 /uando una reacción en equilibrio sufre una alteración de condiciones, las proporciones de los reactivos y de los productos se ajustan de manera de minimizar el efecto de la alteración.
E7).% 6 C%).+)0'
+as variaciones en las concentraciones de las diversas especies que intervienen en el equilibrio qu0mico pueden alterarlo. $l principio de +e /atelier explica este eco considerando que, para un sistema en equilibrio qu0mico, la variación de concentración de uno de los componentes constituye una fuerza. Gor ejemplo, si se adiciona K& al sistema en equilibrio3 K& (g) I& (g)
⇄
& KI(g)
$ste tiende a ajustarse de modo de anular el efecto del idrógeno adicionado. $sto sucede cuando el K& se combina con el I& para formar mol#culas de KI, trasladando el equilibrio acia la dereca, esto significa que la >KI? aumenta y la >I&? disminuye. Gor otro lado, si se retira uno de los componentes del sistema, por ejemplo, K& en el sistema debajo3 K& (g) I& (g)
⇄
& KI(g)
$l principio de +e /atelier predice que el sistema se ajustar para uir del efecto causado por la remoción de K&. Garte del KI se descompone para formar K&, para sustituir lo que fue retirado. $l efecto obtenido es la disminución de la concentración del KI y al aumento de la concentración del i&. $l equilibrio queda aora ms trasladado acia el sentido de los reactivos.
E7).% 6 P+-0'
+os cambios de presión pueden ejercer considerable efecto sobre la posición de equilibrio, o casi ning-n efecto en absoluto. Gor ejemplo, un aumento en la presión de un sistema en que ocurre el siguiente equilibrio. & @O& (g)
⇄
@&O8 (g)
+a reacción se trasladar para el lado con menor n-mero de moles de gas, a fin de atenuar la elevación de la presión. Gor otra parte, si la presión disminuye,
la reacción se trasladar para el lado con mayor n-mero de moles de gas para ayudar a no reducir la presión. 4isminuye la presión L MM & @O&(g) ⇄ @&O8(g) MM N 2umenta la presión /uando la reacción alcanza el equilibrio, un aumento de l a presión ace con que la reacción prosigo en el sentido del @&O8, porque eso reduce los moles totales de gas presentes y consecuentemente, la presión.
E7).% 6 T(+.*+ i en el sistema donde sucede una reacción se eleva la temperatura, la reacción se trasladar acia el lado que absorba calor (reacción endot#rmica). Gor otro lado, si la temperatura disminuye, la reacción se trasladar para el lado que desprenda calor (reacción exot#rmica). Aolvamos al ejemplo anterior. $n el sentido de izquierda a dereca, la reacción es exot*#rmica y en el sentido contrario, es endot#rmica, porque precisa romper un enlace en el d0mero. 2s0 siendo, si = aumenta, la reacción ocurrir desde el producto al reactivo, y si = disminuye, la reacción correr en sentido contrario. 4isminuye la temperatura L MM & @O& (g) ⇄ @&O8 (g)
KP L B
(exot#rmica)
MM N i la reacción de izquierda a dereca fuese endod#rmica, se deber0an invertir la dirección de las flecas.
E7).% 6 C.860-0$l principio de +e /atelier ignora la presencia del catalizador. +o que sucede es que la velocidad de reacción aumenta con la acción del catalizador porque el abrevia el tiempo necesario para que el sistema alcance el equilibrio. $l no modifica la posición de equilibrio, pues tanto la reacción directa como la inversa son catalizadas en la misma extensión ya que #l no sufre una transformación permanente en el curso de la reacción. $l participa de la reacción formando sustancias intermedias que reaccionan inmediatamente regenerando el catalizador. $sto puede ser demostrado por las ecuaciones. 2 '
Q 2'
2' F
Q 2F '
' R catalizador
SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS 2 F
Q 2F
(reacción global)
"ateriales y reactivos
"2=$5I2+$
5$2/=IAO
=ubos de ensayo
/romato de potasio (:&/rO8) B.%B
Tradilla
4icromato de potasio (:&/r&O<) B.%B "
FeaUer de %BB y &HB
Kidróxido de sodio (@aOK) E.B "m+
Gipeta graduada
Vcido clor0drico (K/l) E.B "
Glaca de /alentamiento
@itrato de bario >Fa(@O7)&? B.%B "
$stufa
/loruro de cobalto exaidratado (/o/l&EK&O) B.8B "
Kielo Grocedimiento3 %. E7).% 6 )(0% 6 )%).+)0' -%+ * *060+0% %(%;<% -%6*)0' )*%-
E*060+0% )+%(.% = 0)+%(.% +.0+ 6 0' )+%(.% >C+O4?@2 4isponer cinco tubos de ensayos limpios y secos, rotularlos en su orden como %, &, 7, 8, y H 2gregar a cada uno las soluciones correspondientes descritas a continuación y
5ealizar las observaciones pertinentes
E*060+0% )+%(.% = 0)+%(.% +.0+ 6 0' 0)+%(.% >C+2O?@& 5epita el procedimiento anterior, pero esta vez utilizando la solución de dicromato de potasio (:&/r&O<) B.%B "
2 E7).% 6 .(+.*+ -%+ * *060+0% *(0)% %(%;<% -%6*)0' )*%-
e utilizar el sistema basado en la reacción endot#rmica3
•
Goner H.B m+ de solución de /o/l& . EK&O B.%B ", en un beaUer de %BB m+, adicionar gotas de solución de K/l E.B ", asta que se verifique un cambio visible de color, aproximadamente asta violeta. 2 temperatura ambiente los iones /o(K&O)E *& y (/o/l)*& se encuentran en cantidades suficientes, para establecer un equilibrio observable f0sicamente a trav#s de la aparición del color violeta, el cual puede considerarse como la suma del color rosado y el azulW ya que cuando prevalece la especie /o(K&O)E *& , es azul.
•
/alentar a baXo de mar0a, asta cuando se verifiquen cambios. 5egistrar observaciones.
•
Germitir que el sistema regrese a la temperatura ambiente. Observar. ometer el sistema a un baXo frio. Observar.
G52/=I/2 @o 7 I@!+C$@/I2 4$ +2 =$"G$52=C52 4$ +2 G5$$@/I2 4$ C@ /2=2+ID24O5
Objetivos •
$studiar, de forma cuantitativa, la influencia de la temperatura y la presencia de un catalizador sobre la velocidad de la reacción redox que experimentan permanganato y oxalato en medio cido.
•
!undamento teórico +a velocidad de una reacción se expresa en t#rminos de la desaparición de los reactantes y de la aparición de los productos, en un tiempo dado. =oda reacción qu0mica surge del n-mero de coques eficaces entre las part0culas (mol#culas, iones...) de los reactivos. $ste n-mero es proporcional a la cantidad de part0culas que se encuentran en la disolución (concentración). Cna medida de la velocidad de reacción es, pues, la relación entre el cambio de la concentración molar de un reactivo o de un producto y el tiempo de cambio. ea la reacción3 2 F / 4 2 y F se gastan, por tanto su concentración decrece en un tiempo t, por el contrario la concentración de / y 4 aumenta en el mismo tiempo de reacción. +a velocidad media de la reacción se puede expresar3
i en la reacción anterior la concentración de la sustancia F es tan alta, respecto a la de 2, que podemos considerarla constante durante toda la reacción, esta velocidad depender en cada instante de la variación de la concentración molar de 2.
Gor otra parte, un cambio en la temperatura de los reactivos se traduce en un incremento de la velocidad de sus part0culas, de su energ0a cin#tica, de los coques eficaces y, en consecuencia de la velocidad de reacción. $n mucas reacciones, la velocidad de la misma se duplica cuando la temperatura aumenta %BP/. /iertas sustancias, llamadas catalizadores, cambian la velocidad de reacción. u sola presencia modifica la energ0a de activación, traduci#ndose en una variación del n-mero de coques eficaces entre las part0culas de los reactivos. $n la velocidad de una reacción qu0mica influyen varios factoresW entre ellos, los ms importantes son la concentración de los reactivos, la presencia de catalizadores y la temperatura de la reacción. 2unque todos los factores mencionados pueden afectar las reacciones qu0micas simultneamente, puede plantearse la experiencia de forma que se mantengan constantes todos los factores excepto uno en cada ensayo. Gara observar estos efectos utilizaremos una reacción cuyo final es fcilmente determinable. +a reacción que utilizaremos es3 a) IO7* 7 KO7* I * 7 O8&* 7 K $l I* que se va produciendo, reaccionar con IO7* el dando I&, pero a-n as0 queda KO7* W este yodo molecular, reaccionar otra vez dando I*. b) I& KO7* & I* O8&* 7 K =an solo cuando se aya consumido todo el KO7* (final de la reacción) podr reaccionar el yoduro con el yodato3 c) IO7* H I* EK 7I& 7 K&O =odos los ensayos se van a realizar con exceso de ion yodato, para que una vez consumido el ion idrógeno sulfito presente en la disolución, el yodato sobrante oxide al ión yoduro producido. +a formación de yodo en presencia de almidón, se detecta inmediatamente por la presencia de color azul en la disolución, significando adems que an terminado las reacciones a) y b) y se inicia la reacción c).
5$/C5O 2 C=I+ID25 $@ +2 G5V/=I/2 ($CIGO 9 I@=5C"$@=O)
"2=$5I2+$
5$2/=IAO
=ubos de ensayos con gradilla
Vcido ulf-rico B,&H " y % "
Aasos de precipitados HB m+
Vcido Oxlico %,H x %B*7 "
Gipeta automtica de H m+
ulfato de "anganeso (II) B,B%"
(volumen variable) Guntas de plstico para pipeta
Germanganato Gotsico H x %B*8"
automtica de Hm+
!rasco lavador /ronómetro FaXo termosttico 2gitador
Grocedimiento3
1 E-.*0% 6 7).% 6 .(+.*+ -%+ 6 6%)0 6 +))0'
($nsayos % a 8) $n un tubo de ensayo (tubo 2) se ponen & m+ de disolución de permanganato potsico H x %B*8 " y 7 m+ de disolución de cido sulf-rico B,&H ". $n otro tubo de ensayo (tubo F) se ponen H m+ de disolución de cido oxlico %,H x %B*7 ". e introducen los dos tubos en el baXo de agua a HH Y/ y se espera unos cinco minutos asta que las disoluciones alcancen la temperatura del baXo. 2 continuación, verter el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato y a la vez poner en marca el cronómetroW agitar la mezcla (no coger el tubo con toda la mano). "edir el tiempo desde que se realiza la mezcla asta que desaparece el color rosa del permanganato. 5epetir el ensayo y verificar que no existe una gran diferencia entre las dos medidas de tiempo obtenidas. 5ealizar ensayos similares a 8H Y/, 7H Y/ y &H Y/. 5ealizar todos los ensayos por duplicado. $n caso de discrepancia en alguno de los valores de los ensayos % a 8, se realizar una tercera medida
2 E-.*0% 6 7).% * ).60%+ -%+ 6 6%)0 +))0' >-% 5?
$n el ensayo H, que tambi#n se realizar por duplicado, se medir el tiempo que tarda en desaparecer el permanganato desde que se produce la mezcla del contenido de dos tubos (2 y F) a 8H Y/. $n el tubo 2 se colocan & m+ de permanganato potsico H x %B*8 ", 7 m+ de cido sulf-rico B,&H " y una gota de sulfato de manganeso(II) B,B%", $n el tubo F, H m+ de disolución de cido oxlico %,HZ%B*7 ". Cna vez aXadidos los reactivos a la pareja de tubos, los dos tubos se introducen en el baXo de agua a 8H Y/ y se espera unos cinco minutos asta que las disoluciones alcancen la temperatura del baXo. 2 continuación, se vierte el contenido del tubo de cido oxlico sobre el que contiene el permanganato y a la vez se pone en marca el cronómetro 2gitar la mezcla (no coger el tubo con toda la mano). "edir el tiempo desde que se realiza la mezcla asta que desaparece.
G52/=I/2 H 24O5/I[@ $@ +2 I@=$5!2/$ [+I4O \ +JCI4O
Objetivos
•
•
•
/uantificar el soluto adsorbido por un sólido.
5elacionar la cantidad adsorbida de soluto con la cantidad de sólido presente en el equilibrio.
Interpretar los datos de acuerdo con las isotermas de +angmuir y !reundlic.
!undamento teórico 2lgunos sólidos tienen propiedad de fijar mol#culas en su superficie (adsorción) y #sta propiedad se ace ms marcada en el caso delas sustancias porosas finamente divididas. 2 veces la adsorción es de naturaleza f0sica y est asociada a una interacción entre dipolos o dipolos inducidos, pero otras veces se debe a enlaces qu0micos, tal es el caso de la adsorción de ox0geno sobre carbón vegetal. /on frecuencia la absorción es completamente espec0fica, por lo que un soluto puede ser adsorbido selectivamente de una solución de varios de ellos. +a mayor0a de las sustancias muestran preferencia por la adsorción de iones y adsorben sólo d#bilmente los no electrolitos. $l carbón vegetal es el -ltimo material com-n que muestra poca discriminación respecto de la carga el#ctrica del adsorbatoW es ms, como regla general, adsorbe no electrolitos ms fuertemente que no electrolitos. $n mucos casos es posible relacionar la cantidad de adsorbato con la concentración de equilibrio c, empleando la ecuación emp0rica de !reundlic, o isoterma clsica de adsorción3
4onde x es la masa de adsorbato, m la masas de adsorbente y U y n constantes. Cna de las ipótesis ms -tiles en adsorción, es la de +angmuir, que postuló que en la adsorción donde predominan las fuerzas de tipo qu0mico, se forman capas monomoleculares del adsorbato sobre el sustrato adsorbente. i s es el n-mero de mol#culas que cocan con la superficie por unidad de rea y de tiempo, ] la fracción de superficie del adsorbente ocupada por el adsorbato m la fracción de mol#culas, incidentes, en superficie libre, que quedan retenidas por la superficie (velocidad deadsorción con ] R B)W se ve que la velocidad de adsorción ser3
2simismo la velocidad de desadsorción ser3
4onde : engloba a las otras constantes (7) y (8) son formas de la ecuación de +augmuir. +a figura es la representación grfica de la (8).$xiste un rango de concentraciones entre a y b aproximadamente donde la (8) puede poner en forma aproximada3
4onde es una constante entre B y %. Guede verse que, dado que ] es proporcional a x9m , la expresión (H) toma la forma de la ecuación de !reundlic. 5$/C5O 2 C=I+ID25 $@ +2 G5V/=I/2 ($CIGO 9 I@=5C"$@=O) "2=$5I2+$
5$2/=IAO
FaXo termosttico
carbón activado comercial
Falanza anal0tica
cido ac#tico B.8 "
Gipetas graduadas de H, %B y &H m+
Fiftlato de potasio
matraces $rlenmeyer con tapa de %&H m+
@aOK
Aasos de precipitado &HB y %BB m+
agua destilada
Grobetas de &H m+
/arbón 2ctivado
% soporte universal
!enolftaleina
% pinzas con nuez
Gapel filtro
Gera de succión
Grocedimiento3 $n esta prctica se va a estudiar el fenómeno de adsorción de una solución de cido ac#tico sobre carbón activado, y verificar si cumple con la ecuación de !reunlic, encontrando las constantes U y n.
%. +impiar y secar cuidosamente nueve (;) matraces elermeyer con tapa &. Greparar HBB m+ de solución de @aOK B,&@. estandarizar la solución empleando biftalato de potasio.
7. Greparar HBB m+ de solución de /K7/OOK B.&@. =itular la solución con @aOK B,& @ empleando fenolftale0na como indicador. 8. Gesar nueve muestras de carbón activado de aproximadamente % g, y colocarlas en los frascos respectivos. @umerar los frascos de uno a nueve.
H. 2 partir de la solución de /K7/OOK B,& @, preparar %BB m+ de cada una de las siguientes soluciones3 B,%H "W B,%&"W B,%B "W B,B6 "W B,B7 " y B,B%". E. 2dicionar los %BB m+ de cada una de estas soluciones, (incluida la solución B,& @), uno por frasco, sobre las muestras de carbón. 2Xadir %BB m+ de K&O destilada al -ltimo frasco.
<. =apar los frascos, agitarlos durante ^ ora aproximadamente. 4ejar luego los frascos en reposo dentro de un termostato a &HY/ o a temperatura ambiente durante % ora. 6. Groceder aora a la valoración del cido no adsorbido en cada frasco luego de que se a alcanzado el equilibrio de adsorción. Gara ello se filtran las soluciones, se descartan los primeros %B a %H m+ de filtradoW se toma en cada caso una al0cuota de %B m+ del filtrado y se valora al /K7/OOK disuelto con solución de @aOK (emplear fenolftale0na como indicador). $fectuar cada titulación por duplicado.
;. +os filtrados de los frascos @o. % a @o. 8 en los cuales se colocaron las soluciones B,& "W B,%H"W B,%& " y B,%B ", se pueden valorar con @aOK
B,& @. +os filtrados de los frascos restantes, @o. H a @o. ;, en los que se colocaron las soluciones B,B6 "W B,BH"W B,B7 "W B,B% " de /K7/OOK y en K&O destilada, se valoran con una solución de @aOK ms diluida, Gor ejemplo B,B& @, que puede obtenerse por dilución a partir de la solución B,& @.
