laboratorio n8
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Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politecnica de la Fuerza Armada
Guanare – Edo Portuguesa
BACHILLER:
RAIMARY VALERA
ING. CIVIL “C”
II SEMESTRE
OCTUBRE; 2015
INTRODUCCION
La materia puede sufrir cambios mediante diversos procesos. No
obstante, todos esos cambios se pueden agrupar en dos tipos: cambios
físicos y cambios químicos. En los cambios químicos es donde
intervienen las reacciones químicas que no es otra cosa que un proceso
por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en
otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos.
En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman
los reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro
modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias
diferentes a las iníciales.
Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en
laboratorios, pero también en fábricas, automóviles, centrales térmicas,
cocinas, atmósfera, interior de la Tierra... Incluso en nuestro cuerpo
ocurren miles de reacciones químicas en cada instante, que determinan lo
que hacemos y pensamos. De toda la variedad de reacciones posibles a
continuación describiremos algunas de ellas, así como también conceptos
de gran importancia que guardan una relación relevante con la misma.
PRE-LABORATORIO
REACCIÓNES QUÍMICA:
REACCIÓN QUÍMICA: Una reacción química consiste en el
cambio de una o más sustancias en otras. Los reactantes son las
sustancias involucradas al inicio de la reacción y los productos son las
sustancias que resultan de la transformación. En una ecuación química
que describe una reacción, los reactantes, representados por sus
fórmulas o símbolos, se ubican a la izquierda de una flecha; y posterior a
la flecha, se escriben los productos, igualmente simbolizados.
En una ecuación se puede indicar los estados físicos de las
sustancias involucradas de la manera siguiente: (s) para sólido, (l) para
líquido, (g) para gaseoso y (ac) para soluciones acuosas. Los
catalizadores, temperaturas o condiciones especiales deben especificarse
encima de la flecha.
Ecuación Química: representa la transformación de sustancias.
Reactante(s) →Producto(s)
RELACIÓN MOLAR: Se conocen varios métodos para
resolver problemas estequiométricos, uno es el método molar o de
la relación molar.
La relación molar es una relación entre la cantidad de moles de dos
especies cualesquiera que intervengan en una reacción química. Por
ejemplo, en la reacción
Sólo hay seis relaciones molares que se aplican. Estas son:
La relación molar es un factor de conversión cuyo fin es convertir,
en una reacción química, la cantidad de moles de una sustancia a la
cantidad correspondiente de moles de otra sustancia. Por ejemplo, si
deseamos calcular la cantidad de moles de H2O que se pueden obtener a
partir de 4.0 mol de O2, usaremos la relación molar:
REACTIVO LIMITANTE: un reactivo limitante es aquel que, en el
marco de la reacción, se consume en su totalidad. De este modo, delimita
la cantidad de producto que puede formarse.
Tomemos el caso de dos sustancias que interactúan y producen
una reacción química. Si una de las sustancias se acaba, ya que se
consume durante el proceso, la reacción se detendrá (no podrá seguir
desarrollándose). El reactivo consumido actúa como reactivo limitante:
limita la posibilidad de que la reacción siga su curso y, por lo tanto,
también limita la cantidad del producto que se genera por la reacción. Se
dice que el reactivo limitante se basa en una ecuación química ajustada o
balanceada. Es posible conocer los moles del producto que se obtiene al
saber cuál es el número de moles del reactivo.
REACTIVO EN EXCESO: Una reacción química se produce en
condiciones estequiométricas cuando las cantidades de reactivos (en
moles) están en las proporciones idénticas a las de la ecuación
química ajustada.
Es frecuente que se use un exceso de alguno de los reactivos
para conseguir que reaccione la mayor cantidad del reactivo menos
abundante.
El reactivo que se consume en su totalidad es el que va a limitar
la cantidad de producto que se obtendrá y se denomina reactivo
limitante. Los otros reactivos se llaman excedentes o en exceso y no
se consumen totalmente. Cómo puedes saber cuál es el reactivo
limitante? Por ejemplo, en la reacción del aluminio con el oxígeno
para formar óxido de aluminio, mezclas para que reaccionen dos
moles de aluminio con dos moles de dioxígeno.
La ecuación ajustada es : 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3 y haciendo uso
de la proporción estequiométrica entre el aluminio y el dioxígeno:
Por tanto, únicamente reaccionan 1,5 moles de O2 y quedan sin
reaccionar 0,5 moles de dioxígeno. El reactivo limitante es el aluminio,
que se consume totalmente.
RENDIMIENTO DE LA REACCION: Cuando dos elementos o
compuestos reaccionan químicamente entre sí para formar productos,
muchas veces la reacción no es completa, es decir, los reactivos no se
consumen totalmente, o no toda la cantidad de reactivo limitante reacciona
para formar producto.
Se le llama rendimiento químico a la relación entre la cantidad de
producto obtenido realmente en la reacción y la cantidad máxima de
producto que se podría haber obtenido si los reactivos se hubieran
consumido completamente.
PORCENTAJE DE PUREZA: las sustancias y reactivos químicos
producidos por la industria química pueden contener una cierta cantidad
de impurezas, tales como metales pesados, inertes y otros. Cuando se
realizan cálculos estequiométricos es necesario tener en cuenta el
porcentaje de pureza de estos reactivos.
Se denomina pureza al porcentaje efectivo de reactivo puro en la
masa total. Por ejemplo: 60.0 g de cobre con pureza del 80% significa que
48 g de cobre corresponden a cobre puro, siendo el resto impurezas
inertes.
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA: es una de las leyes
fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada
independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine
Lavoisier en 1785.
Se puede enunciar como En una reacción química ordinaria, la
masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos
es igual a la masa obtenida de los productos. Una salvedad que hay que
tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la
masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas
hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Esta ley es
fundamental para una adecuada comprensión de la química.
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS : Las reacciones químicas
pueden clasificarse de manera sencilla en cinco grandes grupos. Existen
otras clasificaciones, pero para predicción de los productos de una
reacción, esta clasificación es la más útil.
Reacciones de Síntesis o Composición: En estas reacciones,
dos o más elementos o compuestos se combinan, resultando en un
solo producto.
Síntesis Química: la combinación de dos o mas sustancias para formar un
solo compuesto.
A + B à C
(donde A y B pueden ser elementos o compuestos)
Ejemplo:
Escriba la reacción de síntesis entre el aluminio y el oxígeno.
Solución: Dos elementos se combinarán para formar el compuesto
binario correspondiente. En este caso, el aluminio y el oxígeno formarán
el óxido de aluminio. La ecuación que representa la reacción es la
siguiente:
4 Al (s) + 3 O2 (g) à 2 Al2O3 (s)
Nota: Es importante recordar los elementos que son diatómicos,
los cuales se escriben con un subíndice de 2 cuando no se encuentran
combinados y participan en una reacción. Estos son el hidrógeno,
nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro, bromo y el yodo.
Reacciones de Descomposición o Análisis: Estas reacciones
son inversas a la síntesis y son aquellas en la cuales se forman
dos o más productos a partir de un solo reactante, usualmente con
la ayuda del calor o la electricidad.
Descomposición Química: la formación de dos o mas sustancias a partir
de un solo compuesto.
A à B + C
(donde B y C pueden ser elementos o compuestos)
Ejemplo: Escriba la ecuación que representa la descomposición
del óxido de mercurio (II).
Solución: Un compuesto binario se descompone en los elementos
que lo conforman. En este caso, el óxido de mercurio (II) se descompone
para formar los elementos mercurio y oxígeno. La ecuación que
representa la reacción es la siguiente:
2 HgO (s) à 2 Hg (l) + O2 (g)
Reacciones de Desplazamiento o Sustitución Sencilla: Estas
reacciones son aquellas en las cuales un átomo toma el lugar de
otro similar pero menos activo en un compuesto. En general, los
metales reemplazan metales (o al hidrógeno de un ácido) y los no
metales reemplazan no metales. La actividad de los metales es la
siguiente, en orden de mayor actividad a menor actividad: Li, K, Na,
Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au. El
orden de actividad de los no metales mas comunes es el
siguiente: F, O, Cl, Br, I, siendo el flúor el más activo.
Desplazamiento Químico: un elemento reemplaza a otro similar y menos
activo en un compuesto.
AB + C à CB + A ó AB + C à AC + B
(dónde C es un elemento más activo que un metal A o un no metal B)
Ejemplo 1: Escriba la reacción entre el magnesio y una solución
de sulfato de cobre (II).
Solución: El magnesio es un metal más activo que el cobre y por
tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando sulfato de magnesio. A
la vez, el cobre queda en su estado libre como otro producto de la
reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
Mg (s) + CuSO4 (ac) à MgSO4 (ac) + Cu (s)
Ejemplo 2: Escriba la reacción entre el óxido de sodio y el flúor.
Solución: El flúor es un no metal más activo que el oxígeno y por
tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando fluoruro de sodio. A la
vez, el oxígeno queda en su estado libre como otro producto de la
reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
2 F2 (g) + 2 Na2O (ac) à 4 NaF (ac) + O2 (g)
Ejemplo 3: Escriba la reacción entre la plata y una solución de
nitrato de bario.
Solución: La reacción no se da, puesto que la plata es un metal
menos activo que el bario y por ende, no lo reemplaza.
Reacciones de Doble Desplazamiento o Intercambio: Estas
reacciones son aquellas en las cuales el ión positivo (catión) de un
compuesto se combina con el ión negativo (anión) del otro y
viceversa, habiendo así un intercambio de átomos entre los
reactantes. En general, estas reacciones ocurren en solución, es
decir, que al menos uno de los reactantes debe estar en solución
acuosa.
Doble Desplazamiento Químico: los reactantes intercambian átomos – el
catión de uno se combina con el anión del otro y viceversa.
AB + CD à AD + CB
Solución: En esta reacción, la plata reemplaza al hidrógeno del
ácido, formando cloruro de plata. Al mismo tiempo, el hidrógeno
reemplaza a la plata, formando ácido nítrico con el nitrato. La ecuación
que representa la reacción es la siguiente:
AgNO3 (ac) + HCl (ac) à HNO3 (ac) + AgCl (s)
Reacciones de Neutralización: Estas reacciones son de doble
desplazamiento o intercambio. Su particularidad es que ocurren
entre un ácido y una base y los productos de la reacción son agua
y una sal formada por el catión de la base y el anión del ácido.
Por ejemplo, la reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de
sodio resulta en la formación de agua y sulfato de sodio. La ecuación que
representa esta reacción es la siguiente:
H2SO4 (ac) + 2 NaOH (ac) à 2 H2O (l) + Na2SO4 (ac)
Reacciones de Combustión: Estas reacciones ocurren cuando un
hidrocarburo orgánico (un compuesto que contiene carbono e
hidrógeno) se combina con el oxígeno, formando agua y dióxido de
carbono como productos de la reacción y liberando grandes
cantidades de energía. Las reacciones de combustión son
esenciales para la vida, ya que la respiración celular es una de
ellas.
Combustión: un hidrocarburo orgánico reacciona con el oxígeno para
producir agua y dióxido de carbono.
hidrocarburo + O2 à H2O + CO2
Ejemplo 1: Escriba la ecuación que representa la reacción de
combustión de la glucosa, el azúcar sanguíneo (C6H12O6).
Solución: En esta reacción, la glucosa es un hidrocarburo que
reacciona con el oxígeno, resultando en los productos de la combustión –
el agua y el dióxido de carbono. La ecuación que representa la reacción
es la siguiente:
C6H12O6 + O2 à H2O + CO2
BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS: Una reacción química
es la manifestación de un cambio en la materia y la isla de un fenómeno
químico. A su expresión gráfica se le da el nombre de ecuación química,
en la cual, se expresan en la primera parte los reactivos y en la segunda
los productos de la reacción.
A + B C + D
Reactivos Productos: Para equilibrar o balancear ecuaciones
químicas, existen diversos métodos. En todos el objetivo que se persigue
es que la ecuación química cumpla con la ley de la conservación de la
materia. En la actualidad hay muchos métodos como:
Balanceo de ecuaciones por el método de Redox
( Oxidoreduccion).
Balanceo de ecuaciones por el método de Tanteo.
Balanceo de ecuaciones por el método algebraico.
Ahora bien el mas uilizado es el segundo de ellos; el método de
tanteo consiste en observar que cada miembro de la ecuación se
tengan los átomos en la misma cantidad, recordando que en:
H2SO4 hay 2 Hidrogenos 1 Azufre y 4 Oxigenos
5H2SO4 hay 10 Hidrógenos 5 azufres y 20 Oxígenos
Para equilibrar ecuaciones, solo se agregan coeficientes a las
formulas que lo necesiten, pero no se cambian los subíndices.
Ejemplo: Balancear la siguiente ecuación
H2O + N2O5 NHO3
Aquí apreciamos que existen 2 Hidrógenos en el primer miembro
(H2O). Para ello, con solo agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el
Hidrogeno.
H2O + N2O5 2 NHO3
Para el Nitrógeno, también queda equilibrado, pues tenemos dos
Nitrógenos en el primer miembro (N2O5) y dos Nitrógenos en el segundo
miembro (2 NHO3).
Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxígenos en el anhídrido
nítrico (N2O5) nos dan un total de seis Oxígenos. Igual que (2 NHO3).
MATERIALES UTILIZADOS EN EL EXPERIMENTO:
Alambre de cobre
Tubo de ensayo
Acido nítrico concentrado.
Mechero
LABORATORIO
REACCIÓN EXPERIMENTAL 1: Se quemo un pedazo de alambre
de cobre y lo introducimos en un tubo de ensayo con acido nitrico
concentrado, este empezo a botar burbujas y cambio a color verde,
ademas se empezo a calentar y despues de unos minutos se reboso de
espuma. fue una reaccion algo violenta. Lo que genera numerosas
interrogantes como:
¿Que tipo de reacción es?.
¿De color es el gas que se desprende en la reacción y a que
producto se debe?.
¿Qué otro cambio experimenta la reacción?.
A todas estas inquitudes podemos dar respuesta general de la
siguiente manera:
Respuesta: Al ácido nítrico concentrado es altamente oxidante,
reacciona violentamente en presencia de cualquier metal despidiendo
dióxido de nitrógeno (un vapor de color pardo y aroma a cloro, altamente
ácido), como resultado del experimento, el ácido oxidó el alambre de
cobre (le quitó electrones) y lo transformó en una sal de color azul (la
solución verdosa que se aprecio se debe a la combinación de esta sal en
agua y la presencia de trazas (restos) del vapor de dióxido de nitrógeno.
La reacción completa y balanceada es esta:
Cu + 4 HNO3 --------------- Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
La reacción es exotérmica (despide calor), por cierto el
quemar el alambre de cobre es para eliminar la capa de barniz
aislante que le ponen.
REACCIÓN EXPERIMENTAL 2: Si hace reaccionar oxido de
calcio con agua: ¿Cuál es la ecuación de la reacción?
Respuesta: La cal reacciona con el agua, desprendiendo mucho
calor. En este caso se usaron 15540 gramos de cal. El producto de la
reacción es el hidróxido cálcico, Ca(OH)2, y se llama cal apagada.
CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15540 cal.
En cualquier reacción se libera energía. Ahora los 15540 cal
significa que se libero esa cantidad de energía en forma de calor ya que
es una reaccion exotérmica (libera calor).
REACCION EXPERIMENTAL 3: . En la reacción del Cinc con
ácido clorhídrico que gas se desprende en la reacción. Escriba la
ecuación:
Respuesta: se desprende hidrógeno y una sal de zinc (cloruro de
zinc).
2HCl + Zn ----------------> ZnCl2 + H2
Nota: aca algunos ejemplos de reacciones químicas, esto debido a
que algunas de las mensionadas en la practica de laboratorio se hacen
trabajoso entenderlas.
ESTALLIDO ENTRE SODIO METÁLICO Y EL AGUA
El sodio elemental reacciona fácilmente con el agua y forma una
disolución incolora, que consiste en hidróxido de sodio (sosa cáustica) e
hidrógeno gas. Se trata de una reacción exotérmica. El sodio metal se
calienta y puede entrar en ignición y quemarse dando lugar a una
característica llama naranja.
El hidrógeno gas liberado durante el proceso de quemado
reacciona fuertemente con el oxígeno del aire. Ciertos compuestos de
sodio no reaccionan de manera tan inmediata con el agua, pero de todas
formas son solubles en agua.
GAS MARRÓN RESULTANTE ENTRE ÁCIDO NÍTRICO Y MAGNESIO
Lo que resulta de la combinación del Ácido Nítrico y el Magnesio
sólido es el Nitrato de Magnesio y agua, con desprendimiento de dióxido
de nitrógeno gaseoso de color marrón claro. Como se ve, la reacción se
realiza violentamente (el ácido está muy concentrado).
El ácido nítrico ataca a la mayor parte de los metales, incluso a la
plata y al cobre. Las únicas excepciones son los metales nobles: oro,
platino e iridio. Algunos metales, como el hierro, el cromo y el aluminio no
son atacados porque se pasivan, es decir, se forma una fina capa de
óxido que protege al metal del ataque del ácido. Con el cinc pasa algo
similar, pero finalmente la capa de óxido es atacada por el ácido nítrico.
OBTENCIÓN Y EXPLOSIÓN DEL HIDRÓGENO A PARTIR DE ZINC Y
ÁCIDO CLOHÍDRICO
Al agregar zinc fragmentado conforme se vas depositando en el
tubo se ensayo con ácido clorhídrico, va reaccionando, esa reacción es
de desplazamiento. Lo que sucede es que el Zn va convirtiéndose a una
sal que es el cloruro de zinc (ZnCl) y al mismo tiempo libera hidrógeno
(H2).
Lo que se hizo en el experimento fue retener el hidrógeno en
burbujas dentro de una solución de agua jabonosa, luego se retiro un
poco con una cuchara y se lo acerco a una llama. El hidrógeno hizo
explosión por ser un gas altamente inflamable.
Este gas se produce industrialmente a partir de hidrocarburos
como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se
obtiene "in situ", es decir, en el lugar y en el momento en el que se
necesita.
El hidrógeno puede, también, obtenerse a partir del agua por un
proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la
obtención a partir del gas natural.
HIELO SECO INSTANTÁNEO CON ACETATO DE SODIO
El acetato de sodio, cuando es calentado y enfriado, se hace
supersaturado en el agua. Entonces al contacto con otro objeto se re-
cristaliza. Esta reacción también causa calor por ello tiene un empleo
práctico en almohadillas de calor. El acetato de sodio también es usado
como conservante y también da a las patatas chips de vinagre su gusto
distintivo. Aparece en los productos alimenticios como E262 o diacetato
de sodio.
Esta reacción es reversible y puede volver a hacerse utilizando el
mismo material, se trata de un cambio físico y no de un cambio químico,
ya que los compuestos que intervienen no cambian su estructura
fundamental. Las únicas transformaciones implicadas son uniones y
desuniones entre moléculas de agua y una sal metálica en la cual pasa de
un estado líquido a un estado sólido. Esta reacción fue observada por
Gay-Lussac.
HUMO VIOLETA PRODUCTO DE YODO Y ALUMINIO
Reacción exotérmica de combinación de Yodo con Aluminio a
Yoduro de aluminio (AlI3) catalizado por una gota de agua. Esta reacción
química produce nubes de color púrpura, que es principalmente vapores
de yodo, yoduro de aluminio, y un poco de yoduro de hidrógeno también.
Esta mezcla se podría utilizar para fabricar fuentes que se inicien por
agua en vez de fuego, el problema es inventarse un método eficaz para
que no corramos ningún riesgo al hacerlo.
VOLCÁN DE DICROMATO DE AMONIO
El dicromato de amonio es una sal del hipotético ácido dicrómico
(este ácido no es un compuesto estable). Se trata de una sustancia con
un color anaranjado intenso. Es un oxidante fuerte y en contacto con
sustancias orgánicas puede producir explosiones e incendios.
Es fundamentalmente conocido por su uso en la demostración de
la descomposición térmica de una sustancia, ya que al ser calentada o
encendida por una llama. La reacción se produce debido al poder
oxidante del ion dicromato y al reductor del ion amonio. Otro ejemplo es la
reacción de descomposición explosiva del nitrato de amonio. Actualmente
esta experiencia se realiza cada vez menos debido a la toxicidad de uno
de los productos: el óxido de cromo III.
POS-LABORATORIO
Aunque no la veamos la química está en todos lados: en los
productos de limpieza, cosmética, en los medicamentos que usamos, en
la fibra de la ropa que nos ponemos. Los desarrollos de esta ciencia
inciden directamente en el desarrollo y el bienestar de la humanidad.
Sabemos que una reacción química es un proceso que lleva a la
transformación de un conjunto de sustancias químicas a otro. Las
reacciones químicas pueden ser espontánea , sin necesidad de aporte de
energía , o no espontánea, por lo general después de la entrada de algún
tipo de energía , a saber, el calor, la luz o la electricidad.
Pero Generalmente cuando hablamos de algún proceso químico
pensamos que este sólo puede ocurrir cuando realizamos una práctica
dentro del laboratorio; y en pocas ocasiones comparamos lo visto en el
laboratorio escolar , con lo que ocurre en la vida diaria. Desde mi punto de
vista personal, la verdadera importancia del estudio de las reacciones
químicas radica en que ellas nos permiten esa mirada de trascendencia;
que se emplean en una enorme diversidad de cosas , que tienen relación
con la vida cotidiana. En todas las industria, se dan las reacciones
químicas, por locual, se puede decir que en cualquier tipo de industria,
hay cambios de la materia, y por lo tanto esta presente la química.por
ejempl:
,
En la potabilización del agua están involucrados varios
procesos,uno de ellos, es la eliminacion de carbonatos disueltos en el
agua. Una forma de iniciar la remoción es mediante calentamiento para
formar el carbonato de calcio y la eliminación de:
CO2Ca(HCO3)2 + calor -------> CaCO3 + CO2 + H2O
También añadiendo ácido se forma el precipitado de sulfato de
Calcio:
Ca(HCO3)2 + H2SO4 -----> CaSO4 + 2CO2 + H2O
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