UNIVERSIDAD NACIONAL DE GENERAL SAN MARTIN ESCUELA DE CIENCIA Y TECNOLOGIA

Qumica General 2009

Gua de Trabajos de Laboratorio

SEGURIDAD EN EL LABORATORIO: CUIDADOS EN EL LABORATORIO:

1- Recomendaciones generales:

El trabajo requiere constante atencin por su seguridad y la de sus compaeros. Esto es vlido desde el calentamiento de un tubo de ensayos hasta el trabajo con un aparato de destilacin.

Los objetos de forma cnica o cilndrica deben colocarse de forma tal que no se caigan. Los vidrios rotos deben recogerse con cuidado y arrojarlos en un lugar adecuado. No comer, beber o fumar en el laboratorio. No usar lentes de contacto. Usar anteojos protectores. Usar guardapolvo completamente abotonado. Usar el cabello largo atado. No usar pulseras o aros que puedan engancharse con los objetos de trabajo EN CASO DE ACCIDENTE INFORMAR AL PERSONAL DOCENTE

2- Calentamiento:

Tener cuidado al calentar una sustancia, puede ser INFLAMABLE Y/O TXICA; consulte al docente.

Al calentar una solucin, colocar en el recipiente una varilla de vidrio para evitar salpicaduras.

Al calentar un lquido en un tubo de ensayos, dirigir la boca del tubo en una direccin tal que, de ocurrir una salpicadura, no ponga en riesgo a sus compaeros.

Armar sus equipos firmemente y alejados del borde de la mesada. No colocar material caliente sobre la mesada sin avisar a sus compaeros. Controlar la presencia de solventes inflamables antes de encender un mechero.

3- Manejo del material de vidrio:

No usar material de vidrio en malas condiciones. No aplicar con las manos presin en uniones de vidrio o en aparatos que estn pegados; usar

un repasador. No someter el material de vidrio a cambios bruscos de temperatura. Redondear los extremos de tubos y varillas en la llama.

4- Manejo de reactivos:

Evitar el contacto con la piel y la ropa. Evitar la inhalacin de vapores txicos. No llenar pipetas succionando con la boca, usar perita de goma o propipeta. Los cido concentrados que emiten vapores irritantes ( HNO3, HCl , H2SO4, actico), el

bromo, el amonaco y en general todos los solventes orgnicos deben manipularse bajo campana.

Descartar los desechos apropiadamente. Todo reactivo qumico debe considerarse txico y potencialmente peligroso. No arrojarlos a las piletas, sino a los botellones indicados para su descarte.

TRATAMIENTO EN CASO DE:

a) Quemaduras: En cara, brazos y piernas: En casos leves efectuar un lavado de arrastre con agua de la

canilla y secar suavemente con un pauelo limpio. Ante quemaduras de mayor consideracin cubrir la herida y acudir inmediatamente a un centro asistencial.

En el pelo: No correr, cubrirse con una manta de material no sinttico para ahogar el fuego. Luego colocar la cabeza bajo el agua.

En la ropa: No correr, arrojarse al suelo y girar sobre s mismo, protegiendo la cabeza. Ayudar al accidentado cubrindolo con una manta. Para evitar este tipo de accidentes se recomienda usar guardapolvo de algodn.

En los ojos: Lavar con abundante agua. Si se salpic con cido, lavar con una solucin de bicarbonato de sodio al 1%; si se trata de lcali, con una solucin de cido brico al 1%.

Por cidos: Lavar el rea afectada con abundante agua, no neutralizar con lcali. En caso de tratarse de cido sulfrico, neutralizar con bicarbonato de sodio y slo despus lavar con agua.

b) Cortes: Menores: Lavar la herida, retirar los fragmentos de vidrio, aplicar presin para detener la

hemorragia. Desinfectar y conseguir atencin mdica. Mayores: Si hay hemorragia importante, poner un pao directamente sobre la herida y

aplicar presin con firmeza. Abrigar al accidentado para evitar el shock y conseguir inmediata atencin mdica.

c) Ingestin de sustancias txicas: cidos: Tomar mucha agua para diluirlo, luego leche. No tomar emticos. Bases: Tomar mucha agua para diluirlo, luego vinagre, jugo de limn o solucin de cido

ctrico y finalmente leche. Tampoco tomar emticos

Trabajo Prctico N01 RECONOCIMIENTO DEL MATERIAL DE LABORATORIO. PREPARACIN DE

SOLUCIONES. LMITES DE ERROR, CLCULOS Y EXPRESIN DE RESULTADOS.

PREPARACIN DE SOLUCIONES 1) Solucin de azcar

En un vaso de precipitados de 250 cm3 previamente pesado, colocar 30,0 g de azcar. Agregar al vaso 70,0 g de agua destilada. Agitar con varilla de vidrio hasta disolucin total. Medir el volumen de solucin en una probeta de 100 cm3.

i) Calcular la concentracin de la solucin en % m/m. ii) Calcular la concentracin de la solucin en % m/V. iii) Calcular la molaridad y la molalidad de la solucin (Sacarosa: C12O11H22). iv) Con un picnmetro determinar la densidad de la solucin. 2) Solucin de etanol en agua

En un vaso de 250 cm3 incorporar 50 cm3 de agua destilada (medir la temperatura) y 50 cm3 de alcohol medicinal (etanol 95%) (medir la temperatura). Agitar con varilla hasta homogeneizar. Notar cambios en la temperatura de la solucin respecto a los componentes iniciales. Medir el volumen de la solucin final (probeta de 100 cm3)

i) Calcular la concentracin de la solucin en % V/V ii) Determinar la densidad de la solucin. iii) Calcular la molaridad de la solucin. 3) Influencia de la concentracin sobre la intensidad de color de una solucin Tareas a realizarar:

Preparacin de diluciones de una solucin coloreada conocida; Construccin de una serie colorimtrica para estimar la concentracin de una solucin

de la misma sustancia preparada por los docentes; Obtencin de una curva de calibracin espectrofotomtrica para determinar la

concentracin de la solucin anterior. Se proveer una solucin acuosa madre de naranja de metilo 4,580104 mol/L. (El nombre sistemtico del naranja de metilo es: 4-[4-(dimetilamino)fenilazo]bencenosulfonato de sodio; Mr = 327,34.) A partir de la solucin madre y con el material volumtrico disponible (pipetas de 2, 5, 10 y 25 mL y matraces aforados de 50, 100 y 250 mL) preparar soluciones acuosas de naranja de metilo cuyas concentraciones se indican en la tabla siguiente.

Solucin N Concentracin / mol L1

1 9,160105 2 6,412105 3 5,496105 4 4,580105 5 3,664105 6 2,748105 7 1,832105 8 9,160106

Anlisis visual de la relacin entre color y concentracin:

Alinear todas las soluciones preparadas, en orden creciente de concentraciones colocadas en tubos de hemlisis de igual dimetro.

Observar y analizar la relacin existente entre el color y la concentracin de las soluciones.

Por comparacin visual, estimar la concentracin de una solucin de naranja de metilo que ser provista para tal fin.

Anlisis instrumental de la relacin entre color y concentracin Se medir la intensidad de color de las soluciones con un espectrofotmetro.

Representar grficamente absorbancia vs. concentracin. Colocar el valor de absorbancia de la solucin incgnita y, a partir de aquel, interpolar grficamente el valor de su concentracin; compararlo con el rango obtenido por estimacin visual. LMITES DE ERROR, CLCULOS Y EXPRESIN DE RESULTADOS

El alcance de las conclusiones que pueden obtenerse de datos experimentales depende de la confiabilidad de las mediciones efectuadas. stas estn siempre sujetas a incertidumbre a causa del error experimental. Ninguna de las medidas fsicas ms corrientemente usada en los clculos qumicos (masa, volumen, presin, etc.) puede realizarse en forma exacta. El objetivo de esta seccin es aclarar en forma resumida los conceptos principales de la estimacin y clculo de errores que deben tenerse en cuenta al analizar los resultados de un trabajo experimental de medicin.

Precisin y exactitud

La precisin de una medida est relacionada con la posibilidad de reproducirla, es decir con la concordancia de los valores obtenidos en determinaciones sucesivas. La precisin depende del mtodo y del instrumento empleado en la medicin. Ejemplo: se realiza la determinacin de la longitud de una mesa con una regla de 10 cm. Como la regla es mucho menor que la mesa, la precisin de la medida ser baja. Al realizarse la determinacin 5 veces se obtienen los valores de 122,1 cm, 129,8 cm, 118,4 cm, 123,3 cm y 127,4 cm. Si la medicin se realiza con un metro, los valores obtenidos luego de 5 mediciones sern: 124,5 cm, 124,0 cm; 124,4 cm, 124,1 cm y 125,0 cm. Obviamente el segundo

instrumento empleado en la determinacin de la longitud de la mesa (el metro) es ms preciso que el primero.

La exactitud expresa la concordancia entre el valor medido Mm y el valor verdadero o valor aceptado Mv. Si conocemos el valor verdadero u aceptado de la magnitud determinada podemos definir el error absoluto M de la medida como: M=Mv-Mm. Errores

Los errores pueden clasificarse en sistemticos y casuales (al azar). Los errores sistemticos son de magnitud constante y que corresponden a una ley conocida, siendo por lo tanto corregibles (por ejemplo, en nuestra determinacin de la longitud de la mesa, si la regla est mal calibrada tendremos un error sistemtico; se puede corregir la determinacin efectuada calibrando el instrumento de medicin contra un instrumento patrn). En cambio, los errores casuales dependen de factores impredecibles (en nuestro ejemplo, leer mal o equivocarse en el transporte de la regla) y por lo tanto la magnitud y el signo de estos errores son imposibles de predecir. Estos errores obedecen leyes de carcter estadstico y a ellos se refiere la teora estadstica de errores.

Una determinacin con errores sistemticos conduce a resultados poco exactos, an siendo precisos. Por el contrario, la teora estadstica de errores indica que, si los errores son slo casuales, en una serie de N mediciones el mejor valor est definido como el promedio de los valores medidos: Mm = mi / N. El smbolo significa sumatoria, es decir la suma de todos los N valores mi medidos. En nuestro ejemplo, en ausencia de errores sistemticos, el mejor valor medido con la regla de 10 cm sera (122,1 + 129,8 + 118,4 + 123,3 + 127,4)cm /5 =124,2 cm.

Tomando como valor verdadero el promedio (124,2 cm) podemos calcular el error de cada medicin obteniendo -2,1 cm, 5,6 cm, -5,8 cm, -0,9 cm y 3,2 cm. A estos errores se los denomina errores absolutos y se calculan aplicando la definicin anteriormente dada:

M=Mv-Mm .

Estos errores son nmeros con unidades (en este caso cm). La precisin de la medida

depender de la comparacin entre el error absoluto y la magnitud medida (no es lo mismo medir con un error absoluto de 5 cm una mesa de 124 cm que una tabla de 10 cm). Por lo tanto se define el error relativo como el cociente entre el error absoluto y el valor aceptado, es decir:

=M/Mv .

El error relativo porcentual % se define como el error relativo multiplicado por 100

% = 100 M/Mv

y resulta, para cada una de las 5 determinaciones con la regla de 10 cm igual a -1,7%, -4,5%, -4,7%, 0,7% y 2,6%.

Como conclusin, a las mediciones con la regla de 10 cm podemos adjudicarle un error casual del orden del 5%. Por ello, si realizramos una sola medicin de la longitud de otro objeto con el mismo instrumento y obtenemos como resultado de la medida 181,4 cm, el error absoluto esperado es 5*181,4cm/100 = 9cm, significando que el valor verdadero estar probablemente dentro del intervalo 172-190 cm. Como veremos ms adelante, el valor informado en ese caso ser (181 9) cm. Propagacin de errores

Cuando las cantidades medidas se usan para calcular el valor de una propiedad, los errores de medicin introducen errores en el resultado calculado. Por ello, los errores experimentales deben propagarse en el clculo. Nuevamente la teora estadstica del error nos indica como realizar la propagacin de errores. Las reglas son:

1) El error absoluto de una magnitud que resulta de la suma o resta de mediciones es la suma de los errores absolutos de cada medicin.

Como ejemplo: se determina la masa de slido contenido en un vaso de precipitados por diferencia entre la masa del vaso con el slido y la masa del vaso vaco. La balanza utilizada tiene una precisin de 0,0005 g.

Masa del recipiente ms slido: (25,4432 0,0005) g Masa del recipiente: (12,2411 0,0005) g Masa del slido: (13,2021 0,0010) g

2) El error relativo de una magnitud calculada como producto o cociente de valores medidos es igual a la suma de los errores relativos de cada medicin. Ejemplo: se determina la densidad de un lquido midiendo su masa y su volumen. Masa de lquido: (50,0345 0,0010) g Error relativo: = 0,0010/50 = 2,0 10-5 Volumen de lquido: (50,0 0,1) mL Error relativo: = 0,1/50 = 2,0 10-3 Densidad: 50,0345/50,0 = 1,00069 g.mL Error relativo: = 2,0 10-3 + 2,0 10-5 2,0 10-3 Error absoluto de la densidad: = 2,0 10-3 1,00069 g.mL = 0,002 g/mL

El resultado de la determinacin de la densidad a travs de la medida de la masa y el volumen del lquido es:

lquido = (1,001 0,002) g/mL Cifras significativas

Se denominan cifras significativas a aquellas cifras que tienen valor real, o sea aquellas que se conservan an cambiando el nmero a notacin exponencial. Por ejemplo, el nmero de cifras significativas en 128,3 es cuatro, en 0,00012 (que puede expresarse como 1,2 10-4) es dos pero en 0,000120 (1,20 10-4) es tres, en 308,44 es cinco, lo mismo que en 0,030844. En otras palabras, los nmeros del 1 al 9 se cuentan siempre como cifras significativas mientras que el 0 se considera slo en el caso de existir otro nmero distinto de cero a su izquierda.

Es de importancia fundamental manejar en forma correcta las cifras significativas. Para ello es preciso tener en cuento que: En la representacin del resultado de una medida slo debe incluirse una cifra significativa

incierta. Por ello si el resultado de la longitud de una mesa es 124,2 cm y tiene una incerteza de 5 cm, la manera correcta de informar el resultado es (124 5) cm, ya que con ello se inclye una nica cifra decimal incierta (el 4).

Cuando deban suprimirse cifras superfluas (no significativas) deber incrementarse en una unidad la ltima cifra retenida si la primera suprimida es 5 o mayor. Por ello en el resultado de la densidad del lquido (calculado en 1,00069 g/mL con un error absoluto de 0,002 g/mL) se mantienen las tres primeras cifras decimales y se aproxima la ltima cifra retenida (0) a 1 ya que la primera eliminada es 6.

En clculos complejos se recomienda no aproximar los resultados parciales, sino que se deben retener todos los dgitos; la aproximacin se realiza al expresar el resultado final.

Experimental En una probeta de 500 cm3 colocar 360 cm3 de agua. Pasar la probeta entre estudiantes y docentes y leer la probeta. Registrar la medicin en el pizarrn. Repetir la operacin hasta colectar al menos 50 mediciones. Graficar una distribucin N de veces que se repite una medida vs. "valor de la medida. Calcular el error relativo de las densidades determinadas en el TP de soluciones.

Trabajo Prctico N02 EQUILIBRIO DE FASES PROPIEDADES COLIGATIVAS CRIOSCOPA

Objetivo: Aplicar el mtodo crioscpico a la determinacin de la masa molecular relativa de un soluto.

Introduccin: La adicin de un soluto a un solvente disminuye la temperatura de fusin de ste. Para

un dado solvente, la disminucin del punto de fusin es directamente proporcional a la concentracin de partculas disueltas en l. En este experimento se determinar la masa molecular de la urea (soluto) disuelto en agua (solvente), determinando la temperatura de fusin de una solucin que contiene masas conocidas de ambos componentes. A partir del punto de fusin observado y determinando el punto de fusin del solvente puro y la constante crioscpica del mismo, es posible calcular la masa molecular del soluto.

Para determinar masas moleculares mediante la disminucin del punto de congelacin de un solvente es necesario primero medir su constante crioscpica por el agregado de una cantidad pesada de un soluto conocido y registrar la temperatura de fusin de la solucin. Se utilizar como soluto de masa molecular conocida el cloruro de sodio.

Parte experimental:

Arme el aparato ilustrado en la Figura 1

Base Tubo de crioscopa

Vaso de

precipitado

Termmetro

o termistor

1) Determinacin de la temperatura de fusin del solvente puro (agua)

Mida con exactitud 25,0 mL de agua destilada medidos en pipeta aforada o en matraz de 25 mL y virtalo en el tubo. Coloque el mismo dentro de un recipiente con una mezcla frigorfica (hielo y sal gruesa) hasta que el agua solidifique totalmente.

Una vez que ha comenzado a formarse el slido lea la temperatura cada 15 segundos

utilizando un termmetro electrnico, contine con las lecturas de temperatura hasta que sta permanezca constante durante unos minutos.

Grafique temperatura en funcin de tiempo, en papel milimetrado y determine la temperatura de fusin del solvente.

2) Determinacin de la constante crioscpica del agua.

Pese exactamente alrededor de 0,18 gramos de cloruro de sodio y disulvalos en 25,0 mL de agua destilada medidos como en 1) coloque nuevamente el termmetro electrnico.

Proceda del mismo modo que en el punto 1. 3) Determinacin del peso molecular de la urea

Pese con exactitud aproximadamente 0,36 g de urea y disulvalo en 25 mL de agua medidos como en 1). Proceda de la misma forma que en el paso 2, reemplazando el cloruro de sodio por la cantidad pesada de urea.

Nota: Durante estas operaciones la mezcla frigorfica debe agitarse y controlar su

temperatura. Datos y clculos necesarios:

Tabla de datos:

Masa de agua utilizada w1: Masa de cloruro de sodio utilizado w2: Masa molecular relativa del cloruro de sodio M2: Masa de urea utilizada w'2: Factor i (vant Hoff) iNaCl: 2

T = Kc (i)m Kc = T / (i)m m = w2 l000 g kg-1

/ w1 M2 w1 = masa de solvente utilizada; w2 = masa de soluto utilizada; M2 = masa molecular relativa del soluto.

Resultados:

1) Temperatura de fusin del agua pura: T0 = 2) Determinacin de la constante crioscpica del agua: temperatura de fusin de la solucin con NaCl, T = descenso del punto de solidificacin T0 -T = constante crioscpica del solvente Kc =

3) Determinacin de la masa molecular relativa de la urea:

temperatura de fusin de la solucin con urea T' = descenso del punto de fusin T0 - T' = molalidad de la solucin m = masa molecular de la urea en la solucin M2 = Cuestionario:

1)En qu ley se basan las determinaciones crioscpicas? Enuncie dicha ley y exprese las condiciones de validez. 2) Qu condiciones deben cumplirse para aplicar el mtodo crioscpico? Cmo influye la concentracin del soluto en la determinacin de masa moleculares por el mtodo crioscpico? 3) Cmo sera el descenso crioscpico observado para una solucin de un soluto que est en equilibrio de dimerizacin: 2 A A2 comparado con el que se observara en ausencia de esta reaccin? 4)Qu otros mtodos de laboratorio conoce para determinar masas moleculares? 5) Qu clase de error se comete en la determinacin de la masa molecular si:

a) la constante crioscpica real es mayor que la determinada? b) la disolucin del soluto es incompleta? c) durante la fusin se evapora parte del solvente? d) el solvente est impurificado con un soluto no voltil?

6) a) Explique a qu se debe la forma de la curva temperatura vs. tiempo para el enfriamiento de la solucin de urea en agua y para el agua pura. b) Indique qu porcin de las curvas se utiliza para determinar los puntos de solidificacin. Justifique.

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Trabajo Prctico N03 TERMOQUMICA

OBJETIVOS: Determinacin de la variacin de entalpa asociada a procesos qumicos. Aplicacin de conceptos termodinmicos: temperatura, calor, entalpa. Verificacin de la ley de Hess INTRODUCCIN Cuando una reaccin ocurre, la variacin de energa interna asociada a ese proceso U puede ser intercambiada (como calor Q y/o trabajo W) con el medio ambiente. U = Q + W (1) Asociado a este U existe una variacin de entalpa H H = U + (pV) (2) Si slo existe trabajo de volumen (W = -pext V) y la presin del sistema es igual a la presin externa (pext = p) entonces las ecuaciones (1) y (2) pueden reescribirse: U = Q - p V

H = Q + V p (3) (4)

Las ecuaciones (3) y (4) indican que, en ciertas condiciones, el calor intercambiado es igual a la variacin de una funcin de estado (U o H). Veamos: si la reaccin ocurre a volumen constante V = 0 la ecuacin (3) resulta

QV = U si la reaccin ocurre a presin constante p = 0 la ecuacin (4) resulta

Qp = H Esto significa que para medir U o H de una reaccin alcanzara con

medir el calor intercambiado como resultado de dicha reaccin y saber en qu condiciones se realiz dicha reaccin.

En este trabajo prctico se estudiarn cambios de entalpa debidos a reacciones de neutralizacin y dilucin midiendo el calor intercambiado a presin constante.

Pero puede medirse el calor? Existe un calor-metro?

La respuesta es: lo que puede medirse es el efecto que el calor intercambiado tiene sobre el estado trmico de un sistema. Si vinculamos calor absorbido con variacin de temperatura, la forma de medir calor puede ser simplemente medir variacin de temperatura. Calor: El calor es una de las formas de intercambiar energa entre dos sistemas. Ocurre siempre que stos estn en contacto trmico y exista una diferencia de temperaturas entre los mismos. El calor absorbido o cedido se manifiesta como una variacin de temperatura (siempre que no exista calor latente, es decir que no exista un cambio de fase).

Q = C T donde C representa la capacidad calorfica de todas las partes que reciben o ceden calor (sistema y medioambiente). En general:

Q = Qsist + Qma = Csist T + Cma T Medir la variacin de temperatura del medio ambiente por efecto de una reaccin que se realiza en el laboratorio es poco prctico. Para ello, en lugar de medir Qma lo que suele

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hacerse es forzarlo a que ese trmino sea 0. Para ello la reaccin se lleva a cabo en un recipiente adiabtico (Qma = 0), y entonces el calor slo puede ser intercambiado con el sistema reaccionante (productos) y con el propio recipiente. (Ver Nota)

Q = Qsist = Csist T = m c T + Krecip T Este recipiente adiabtico resulta ser entonces un calormetro. Se denomina entonces calormetro a un recipiente adiabtico que permite aislar trmicamente el sistema a estudiar del medio ambiente. De esta manera todo el calor liberado en la reaccin ser absorbido por el sistema y ello se traducir en un aumento de la temperatura del mismo. Las mediciones calorimtricas se basan en medir ese calor intercambiado, a travs de la determinacin de la variacin de temperatura experimentada por el sistema. Nota: Si existe un calor latente propio del sistema (cambio de fase o reaccin qumica, QL), la ecuacione resultante es:

Q = Qsist = QL + Csist T = QL + m c T + Krecip T PARTE EXPERIMENTAL Se utilizar como calormetro un recipiente de Dewar (termo de vidrio) y se medirn las variaciones de temperatura con un termmetro diferente: un termmetro electrnico. Medicin de la temperatura. El principio de funcionamiento de todo termmetro es la medicin de una propiedad que vara con la temperatura. As, en los termmetros de mercurio la propiedad que se emplea para determinar la temperatura es la densidad, es decir el volumen, del mercurio, ya que ste es funcin de la temperatura. En este trabajo prctico, se utilizarn termmetros electrnicos, los cuales poseen un sistema en base a transistores que permite realizar la lectura directamente en el display de un tester (colocado en 2000mV se lee, por ej, 226, lo cual indica 22.6C). Atencin: Conecte la batera de los termmetros slo una vez que las fichas banana del termmetro estn conectadas al tester. A. Determinacin de la constante del calormetro Se denomina constante del calormetro Kcalorim a la cantidad de calor que debe entregarse al calormetro (paredes internas, agitador, termmetro) para aumentar 1oC su temperatura. Antes de realizar las determinaciones de las variaciones de entalpa de reaccin debe medirse la constante del calormetro. Todas las experiencias posteriores deben ser realizadas con el mismo volumen de lquido que se us en la determinacin de Kcalorim pues si ste se modifica cambia la constante del calormetro. Durante todas las experiencias deber agitarse suave y continuamente el contenido del calormetro. Tcnica: Se determinar la constante del calormetro a travs de la medicin de la temperatura final que alcanza el sistema al mezclar cantidades conocidas de agua a diferentes temperaturas iniciales. Coloque el termmetro en un recipiente con agua a temperatura ambiente. Registre el valor de la temperatura del termmetro electrnico (T1).

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Coloque en el calormetro 100 cm3 de agua previamente calentada (aproximadamente a 50-55oC, medido con un termmetro de mercurio). Tape y agite suavemente. Coloque el termmetro electrnico en el calormetro, de modo que quede soportado por la tapa y que su parte sensible est en contacto con el agua caliente. Registre la temperatura 10 segundos y grafique la temperatura en funcin del tiempo. Luego de 10 mediciones de la temperatura del agua caliente, agregue 100 cm3 de agua a temperatura ambiente. Agite suavemente y vuelva a registrar temperatura en funcin del tiempo (cada 10 segundos) hasta obtener otras 10 mediciones de la temperatura final. Extrapole las dos partes del grfico (antes y despus del mezclado) para determinar T2 y Tf, las temperaturas del sistema justo antes y justo despus del mezclado.

Tablas de datos : Temperatura del agua fra: Temperatura del agua caliente: Volumen de agua fra (V1) : Volumen de agua caliente (V2) : Temperatura , estado final : Masa de agua fra (m1 = 1 V1) : Masa de agua caliente (m2 = 2 V2) : Teniendo en cuenta que el proceso fue realizado en forma adibtica, calcule la constante del calormentro resolviendo:

m1 c (tf - t1) + m2 c (tf - t2) + Kcalorim (tf -t2) = 0 donde c es el calor especfico del agua. Repita la determinacin y si la concordancia entre ambas est dentro del error experimental (consultar con los docentes), tome el promedio entre ambas como el valor correcto de la constante del calormetro. B. Determinacin de calores de reaccin. Se medir y comparar la cantidad de calor desarrollado en tres procesos: 1) Dilucin de cido sulfrico concentrado H2SO4 (c) 2 H+(aq) + SO42- (aq) 2) Reaccin de cido sulfrico concentrado con una solucin acuosa de hidrxido de sodio para formar agua y una solucin acuosa de sulfato de sodio H2SO4 (c) + 2 Na+(aq) + 2 OH- (aq) 2 Na+(aq) + SO42- (aq) + 2 H2O 3) Reaccin de cido sulfrico diluido con una solucin acuosa de hidrxido de sodio para formar agua y una solucin acuosa de sulfato de sodio 2 H+(aq) + SO42- (aq) + 2 Na+(aq) + 2 OH- (aq) 2 Na+(aq) + SO42- (aq) + 2 H2O Tcnica: En todos los experimentos siguientes procurar que la temperatura inicial sea aproximadamente la misma (temperatura ambiente).

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1) Coloque 200 cm3 de agua medidos con una probeta en el calormetro. Tpelo y agite suavemente. Mida la temperatura cada 10 segundos durante 3-4 minutos y grafique en funcin del tiempo en forma anloga a lo realizado en la experiencia de determinacin de la constante del calormetro, Mida con una pipeta aforada 2 cm3 de cido sulfrico concentrado (98% m/m; = 1,841 g/cm3 a 18oC) y virtalo en el calormetro tomando la precaucin de no mojar sus paredes. Tape rpidamente y agite para lograr una buena homogenizacin de la solucin, midiendo la temperatura cada 10 segundos. sta debe llegar a un valor prcticamente constante. Grafique temperatura en funcin del tiempo y determine Ti y Tf, tal como lo hizo en la experiencia anterior. Calcule T1. Antes de realizar la siguiente experiencia lave con abundante agua el calormetro y los accesorios correspondientes. 2) Repita el procedimiento anterior sustituyendo los 200 cm3 de agua por igual volumen de NaOH 0,75 M. Grafique y determine 2. 3) Coloque 100 cm3 de NaOH 1,50 M en el calormetro y 100 cm3 de H2SO4 (2:100) en un vaso de precipitados. Antes de tapar el calormetro, determine la temperatura del H2SO4 diluido. Enjuague el termmetro para eliminar el H2SO4 y mida la temperatura de la solucin de NaOH. Coloque el termmetro en la tapa del calormetro. Agregue la solucin de H2SO4. Mezcle rpidamente y tome los datos de temperatura como en las experiencias anteriores. Grafique temperatura en funcin del tiempo y determine Ti y Tf, tal como lo hizo en la experiencia anterior. Con estos valores calcule T3. Haga cada experiencia por duplicado, verificando cada vez qua la concordancia entre los resultados de ambas est dentro del error experimental. Clculos: Para cada una de las reacciones estudiadas calcular el H correspondiente, es decir las variaciones de entalpa debidas a los procesos de dilucin, neutralizacin/dilucin, y neutralizacin. Para realizar estos clculos, plantee para cada reaccin el ciclo entlpico correspondiente y tome como datos todos los calores especficos (supngalos igual al del agua pura). Considere las densidades de las soluciones diluidas igual a la del agua pura, a la temperatura de trabajo. Para realizar estos clculos, construya la siguiente tabla: 1) 2) 3) Kcalorim Volumen de H2SO4 (c) (cm3) nmero de moles de H2SO4 Volumen de H2O (cm3) Volumen de NaOH (aq) (cm3) Volumen de H2SO4 (aq) (cm3) Volumen final de solucin (cm3) (en oC) Qliberado (kJ) H (kJ/mol H2SO4)

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Compare los valores de H2 con la suma (H1+ H3). Justifique el resultado recordando que la entalpa es una funcin de estado. Enuncie la ley de Hess. NOTA: El cido sulfrico, especialmente el concentrado, puede producir quemaduras. Evite el contacto con la piel y la ropa. Nunca llene la pipeta succionando con la boca: use la perita de goma o propipeta. Los vapores que emite el cido sulfrico concentrado son muy irritantes. Cuestionario: 1)Por qu en la medicin calorimtrica de entalpas de reaccin es necesario conocer la constante del calormetro? Si en la determinacin del H de una reaccin se omite considerar ese trmino, el valor obtenido ser mayor o menor que el verdadero? Depende el error porcentual cometido en ese caso de la magnitud de H? Y de su signo? 2) Proponga otra tcnica para la determinacin de la constante del calormetro. 3) Qu tipo de error comete (por exceso o por defecto) si, en la determinacin de la constante del calormetro: a) supone que hay inicialmente ms agua en el calormetro de la que realmente hay? b) pierde parte del HCl en el momento de transvasarlo al calormetro? c) mide las temperaturas inicial y final en Kelvin? 4) En la determinacin del calor de neutralizacin del cido, es necesario que la base y el cido estn en proporciones estequiomtricas? 5) Cmo ser el error en la determinacin del Hdil del cido sulfrico si: a) usa una pipeta de doble aforo sin tener en cuenta el segundo aforo? b) no vaca completamente el calormetro luego de la experiencia anterior? c) parte del cido es vertido en la boca del calormetro.

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Trabajo Prctico N04 EQUILIBRIO CIDO - BASE

OBJETIVO Familiarizarse con los conceptos de neutralizacin, pH, hidrlisis y empleo de indicadores. Adquirir destreza en tcnicas de titulacin cido-base y en utilizar material volumtrico en general. 1) Medicin del pH de soluciones mediante una escala de referencia Introduccin La medicin de pH puede hacerse tanto mediante soluciones indicadoras que viran su color con distintas condiciones de pH o midiendo con un instrumento denominado peachmetro provisto de un electrodo sensible al ion H

+ que debe calibrarse con soluciones patrn, es decir, de pH conocido.

Tcnica Se utilizarn muestras lquidas y slidas de uso corriente. Coloque 2 o 3 mL de cada muestra lquida en un tubo de ensayos, o la misma cantidad de soluciones acuosas de las muestras slidas. Para cada muestra: a) agregue 5 gotas de indicador universal, o b) moje con ella una pequea porcin de papel indicador universal y compare los colores con los de la escala de referencia, o c) introduzca el electrodo de vidrio conectado la peachmetro y lea la indicacin de pH. d) clasifique las sustancias estudiadas en cidas, bsicas y neutras. 2) Valoracin de una solucin de cido clorhdrico Introduccin La titulacin es una de las tcnicas ms comunes en la qumica analtica para determinar la concentracin de sustancias en solucin. Dada una solucin cida de concentracin desconocida, sta puede determinarse midiendo el volumen de la misma requerido para neutralizar una solucin bsica cuya concentracin se conoce. El punto en el que han reaccionado cantidades estequiomtricamente equivalentes de cido y base se conoce como punto de equivalencia. Para reconocer el punto de equivalencia puede utilizarse un indicador que cambie de color en ese punto, o medirse continuamente el pH durante el agregado de la solucin hasta llegar a neutralizacin. En el caso de usar un indicador, el cambio de color indica el punto final de la titulacin. Un indicador posible es la fenolftalena que "vira" (pasa de color rosa en medio bsico a incolora en medio cido) en el intervalo de pH 8,3-10. Cuando se titula una cido fuerte con una base fuerte (NaOH con HCl) el punto de equivalencia ocurre a pH=7 (pH de una solucin de NaCl). Pese a esta diferencia de pH entre el punto de equivalencia y el punto de viraje del indicador (punto final), la fenolftalena se emplea muy frecuentemente para la titulacin de un cido fuerte con una base fuerte ya que el error introducido es pequeo. En una titulacin debe entonces elegirse cuidadosamente el indicador de modo que el punto final coincida (dentro de 1 a 2 unidades de pH) con el punto de equivalencia.

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Tcnica a) Uso correcto de la bureta: Las buretas (figura 1) deben estar perfectamente limpias para que las mediciones de volmenes sean reproducibles en todas las titulaciones. Si se necesita engrasar la llave de paso, debe usarse la menor cantidad posible de grasa o vaselina para lubricarla. Si la llave es de tefln debe extraerse y limpiarse perfectamente, al igual que la superficie de vidrio, para eliminar partculas de polvo que podran rayar la superficie de tefln al girar la llave. Al insertar la llave debe obtenerse el ajuste correcto de lo contrario se producirn fugas de la solucin y se obtendr un error por exceso en el volumen consumido. En una bureta limpia y seca, cuidando que la llave est cerrada, se aade la solucin titulante usando un embudo dispuesto de modo de permitir la salida del aire desplazado a medida que ingresa el lquido. Si la bureta estuviese limpia pero hmeda, enjuguela con varias porciones pequeas de la solucin titulante antes de llenarla por encima de la ltima marca de volumen.

Coloque un recipiente debajo de la bureta y abra la llave completamente permitiendo que el lquido fluya rpidamente, esto har que la parte debajo de la llave se llene completamente sin que queden burbujas atrapadas. Logrado esto se llena la bureta nuevamente y se enrasa (es decir, se lleva el nivel de lquido a la marca de cero). Las soluciones acuosas mojan la pared del vidrio por lo que la superficie del lquido adquiere una superficie cncava llamada menisco. Las lecturas deben efectuarse en la parte inferior del menisco y para observar ms claramente el mismo puede colocarse detrs de la bureta un trozo de cartulina o de papel de color contrastante. La trayectoria de la vista debe estar en un mismo plano con el menisco para que no haya errores de lectura (paralaje). En trabajos de gran precisin conviene calibrar la bureta midiendo diversos volmenes de agua y pesndolos con exactitud. Esto permite corregir los volmenes de solucin de acuerdo con una tabla de calibracin preparada previo al experimento. Al terminar de usar la bureta debe lavarse con agua y detergente y enjuagarse con agua corriente y luego con agua destilada, quite la llave para asegurara su limpieza. b) Titulacin de la solucin de cido clorhdrico

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Mida con una pipeta aforada 5,0 mL de la solucin preparada y colquelos en un erlenmeyer de 250 mL. Aada 20 o 30 mL de agua destilada con una probeta. Agregue 5 gotas de fenolftalena y titule con la solucin valorada de NaOH, agitando continuamente, hasta que el indicador vire a un color rosa plido persistente durante 30 segundos. Para evitar errores es conveniente preparar un blanco del color esperado agregando a 50 mL de agua destilada 5 gotas de fenolftalena y una gota de la solucin de NaOH. La reaccin de neutralizacin es la siguiente:

HCl + NaOH NaCl + H2O

En el punto de equivalencia n de moles de H

+ = n de moles de OH

-

considerando la estequiometra,

nHCl

= nNaOH

V HCl

x M HCl

= V NaOH

x MNaOH

M

HCl = V

NaOHx M

NaOH/ V

HCl

Tabla de datos

Experiencia VHCl

[mL] V NaOH

[mL] MNaOH

MHCl

Promedio

N 1

N 2

Halle el error porcentual del mtodo, propagando los errores en las determinaciones de los volmenes y en la concentracin de la solucin de NaOH. Si la diferencia entre las dos determinaciones est comprendida dentro del margen de error informe el valor promedio, de lo contrario titule por duplicado nuevamente. 3) Determinacin del % (P/V) del cido actico en el vinagre El vinagre es esencialmente una solucin diluida de cido actico en agua. El actico (CH

3COOH o,

abreviando, HAc) es un cido monoprtico, de peso molecular 60,00. Tcnica Mida 1 mL de vinagre con una pipeta aforada y colquelo en un erlenmeyer de 125 mL. Agregue 30 mL de agua y 5 gotas de solucin de fenolftalena. Titule con solucin de NaOH valorada hasta viraje del indicador. Clculos Considerando la estequiometra,

HAc + NaOH NaAc + H2O en el punto de equivalencia

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V NaOH

x MNaOH

= n de moles de cido actico en 0,001 L de vinagre (V x M)

NaOH x 60 = g de c. actico en 0,001 L de vinagre

(V x M)NaOH x 60 x 0,100 = g. de c. actico en 100 mL de vinagre 0,001 Tabla de datos Volumen de vinagre: Volumen de solucin de NaOH: Molaridad de la solucin de NaOH: Resultados:.g de cido actico por 100 mL de vinagre. 4) Determinacin de la constante de disociacin de un cido o base dbil Introduccin Cuando una sal se disuelve en agua, los iones de la misma pueden reaccionar con sta modificando la concentracin de los iones H

+ del agua pura. Por ejemplo cuando el acetato de sodio se disuelve

en agua, el in acetato acta como una base y acepta protones del agua.

Ac- + H2O HAc + OH- Esta reaccin provoca un aumento en la concentracin de iones OH

- y una consecuente disminucin

de la concentracin de iones H+. La solucin tiene un pH mayor que 7, o sea que es una solucin

bsica. Por otra parte, cuando el cloruro de amonio se disuelve en agua, el in amonio acta como cido reaccionando con el agua formando iones hidronio:

NH4+ + H2O NH3 + H+

Esta reaccin aumenta la concentracin de iones hidronio y el pH de la solucin es menor que 7, es cida. LA REACCIN DE LOS IONES DE UNA SAL CON EL AGUA SE DENOMINA HIDRLISIS. Tcnica En un tubo de ensayos coloque 2 o 3 mL de la solucin de concentracin conocida. Agregue 5 gotas de indicador universal o moje una porcin de papel pH y compare con la escala de referencia. Determine el pH aproximado y estime la constante de disociacin del cido o base dbil. La concentracin de las soluciones de acetato de sodio y cloruro de amonio es 0.5 M. Resultados a) Ecuacin correspondiente a la disociacin de hidrlisis de la sal estudiada.

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b) K(constante de disociacin del cido o base dbil). Cuestionario: 1) Qu es el punto de equivalencia en una titulacin cido-base? 2) Cmo se establece la relacin de nmero de moles en el punto de equivalencia en una titulacin cido-base? 3) Qu error introducira en una titulacin el hecho de quedarse una burbuja de aire atrapada en el pico de la bureta y que desaparezca durante la titulacin? 4) Describa el principio involucrado en la utilizacin de indicadores cido-base. 5) En el equilibrio dado para un indicador:

HIn H+ + In- Ka = 10-5 a) Si el pH es 6, cunto vale la relacin de concentraciones [HIn] / [In

-]?

b) dem para pH = 8. c) Qu pH se requiere para que la relacin de concentraciones [HIn] / [In

-]

i) sea mayor que 10 ? ii) sea mayor que 0,1 ? 6) Indique cundo puede utilizar fenolftalena como indicador. 7) Para la titulacin de cada una de las siguientes soluciones: a) HCl 0,1 M con NaOH 0,1 M b) NH

3 0,1 M con HCl 0,1 M (pKb = 4,75)

c) HAc 0,1 M con NaOH 0,1 M (pKa = 4,75) Qu indicador de las siguientes eligira para cometer menos errores? Justifique. Indicador A: pKa = 4,9 Indicador B: pKa = 8,6 Indicador C: pKa = 6,8 Indicador D: pKa = 3,2 8) Un estudiante encuentra un frasco de NaOH (s) que alguien dej destapado. El hidrxido de sodio ha absorbido humedad del aire y el estudiante desea determinar cul es el porcentaje en peso real del NaOH. Despus de disolver 10g de NaOH. en 25mL de agua, el estudiante determina que se requieren 74,0mL de HC1 3,0 M para titularlos. Cul es la pureza del NaOH en porcentaje? Rta.: 88,8% 9) Un qumico mide con exactitud 25,0 mL de cido y le agrega un indicador adecuado. Por medio de una bureta, le aade lentamente NaOH 0,2 M. Al obtener un cambio permanente de color, se han consumido 35,2 mL de NaOH; Cul es la concentracin del cido? Rta.: 0,282 M

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Qumica general. Segundo cuatrimestre de 2009 Da Fecha Terico-prcticos.

8.30 a 12.30 hs Laboratorio

8.30 a 12.30 hsMa 18-8 Serie 1. Propiedades.Compos.

porcentual

Jue 20-8 Serie 2. Atomos, molculas. Frmula mnma y molecular

Ma 25-8 Serie 3. Configuracin electrnica Jue 27-8 Serie 3. Tabla peridica. Props.

peridicas

Ma 1-9 Serie 4. Uniones qumicas Jue 3-9 Serie 5. Estados de agregacin.

Gases ideales

Ma 8-9 Serie 5. Estados de agregacin. Gases ideales

Jue 10-9 Serie 6. Compuestos qumicos Ma 15-9 Serie 6. Compuestos qumicos Jue 17-9 Serie 7. Soluciones Ma 22-9 Serie 7. Propiedades coligativas TP SolucionesJue 24-9 Serie 7. Propiedades coligativas TP SolucionesMa 29-9 Repaso y consultas Jue 1-10 PARCIAL Ma 6-10 Serie 8. Estequiometra TP ColigativasJue 8-10 Serie 8. Estequiometra TP ColigativasMa 13-10 Serie 9. Termodinmica Jue 15-10 Serie 9. Termodinmica Ma 20-10 Serie 10. Equilibrio qumico Jue 22-10 Serie 10. Equilibrio qumico Ma 27-10 Serie 10. Equilibrio qumico TP

CalorimetraJue 29-10 Serie 10. Equilibrio qumico TP

CalorimetraMa 3-11 Serie 11. Equilibrio cido-base Jue 5-11 Serie 11. Equilibrio cido-base Ma 10-11 Serie 11. Equilibrio cido-base Jue 12-11 Repaso y consultas TP cido-baseMa 17-11 Repaso y consultas Jue 19-11 PARCIAL Ma 24-11 TP cido-baseJue 26-11 RECUPERATORIO

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