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5/11/2018 Informe laboratorio Química - slidepdf.com

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Determinación de la cantidad de bicarbonato de calcio(NaHCO3) presente en el Alka Seltzer R

Sebastian Federico Vasquez Leon1

Diego Hernando Ramirez Melo2

RESUMEN

En esta práctica se desarrollaron dos métodosexperimentales útiles para determinar la cantidad yla concentración de bicarbonato de sodio (NaHCO3)presente en el Alka Seltzer. El primer método uti-lizado fue el de recolección de CO2 sobre agua. El se-gundo fue el de la disolución directa del Alka Seltzer

en el agua, determinando la cantidad de masa, CO2;desprendida en el proceso.

Teniendo en cuenta los resultados de la activi-dad se determina una diferencia sustancial entrelos datos experimentales obtenidos y la cantidadregistrada en el empaque del Alka Seltzer R, estodebido a que el contenido del empaque reaccionacon el agua y tras la reacción que allí se genera,una porción de la materia de la sal se libera en for-ma de Bi-oxido de Carbono CO2. La reacción delAlka Seltzer que podemos decir que es una base,reacciona con los ácidos para disminuir su alcalini-dad, dado que: los ácidos permiten la conducciónde cargas eléctricas al momento de ser diluidos enagua debido al carácter iónico de estos, los ácidosgástricos reaccionan provocando que el carácter deacidez desaparezca, pero la única característica queno desaparece es la conductividad eléctrica; de estamanera y al entrar en contacto con las sales o basesdel A-S, las cuales podemos decir tienen un saborcáustico o amargo, neutralizan las reacciones que

allí se desencadenan.

INTRODUCCIÓN

En la naturaleza se puede comprobar lo quese conoce como la ley de conservación de lamateria, según la cual las masas de los com-

puestos permanecen constantes después de losexperimentos. El Alka Seltzer R es un produc-to antiácido que se compone de Bicarbonato desodio(NaHCO3) 1,976 g, Ácido Cítrico(C6H8O7)1,000 g, Ácido Acetilsalicílico(C9H8O4) 0,324 g.Al diluirse el Alka Seltzer en agua (soluciónacuosa) reacciona de tal manera que se forma

una sal, agua y se desprende gas carbónico. Lasiguiente es la ecuación química de la reacciónque se lleva a cabo en ambas actividades.

NaHCO3(s)+ H3O+ !Na+(ac)+2H2O +CO2 "

La reacción produce un gas debido a la des-composición del bicarbonato de sodio, situaciónprovocada por la acción de los acidos presentesen la reacción. El gas se encarga de producirel desplazamiento de la columna de agua en laprobeta. Teniendo en cuenta que el gas que seproduce en la reacción es el dióxido de carbono(CO2); basta con calcular la cantidad de gas paradeterminar la cantidad y concentración de bicar-bonato de sodio presente en la pastilla. Es im-portante resaltar además que parte del gas sedisuelve en el agua de acuerdo a la ley de Hen-ry. Además se debe mencionar que de acuerdoal principio de conservación de la energía, cuan-do se produce la reacción los componentes de la

pastilla no se convierten totalmente en materiasino que se libera energía en forma de calor haciala solución acuosa y el ambiente.

De los resultados obtenidos mediante los dosmétodos experimentales se determina que la con-centración de bicarbonato de sodio di…ere bas-tante de lo registrado en el empaque. Para el

1 Licenciado en Física UPN. E-mail: [email protected]. Maestría en ciencias exactas y naturales. UN2 Licenciado en Física UPN. E-mail: [email protected]. Maestría en ciencias exactas y naturales. UN

1



FIGURA 1

primer método se obtuvo una concentración de28.14%; mientras que para el segundo se obtu-vo una concentración del 18.96%. Si se tiene encuenta que la concentración dada por el empaquees aproximadamente del 60 % los datos experi-mentales di…eren bastante de este valor. ¿Quépuede estar causando que di…era tanto la con-centración?, ¿Como se comporta el valor de laconcentración teniendo en cuenta los datos de losdemás grupos? ¿Por qué motivo los datos de ca-

da uno de los grupos di…eren, sise trabajo en lasmismas condiciones ambientales y de procedimi-ento?. Se procurara responder de la mejor formaestas preguntas en el desarrollo del informe.

METODOLOGÍA

METODO 1. El montaje experimental semuestra en la FIGURA 1.

Es necesario llenar la probeta de tal maneraque al dejarla bocabajo sobre la cubeta de aguala presión atmosferica equilibre la columna deagua dentro de la probeta sin que haya ningúnvolumen de aire ni burbujas en el interior de laprobeta. Esto se consigue introduciendo la pro-beta en la cubeta por la parte inferior provocan-do que el agua ingrese a la probeta y esta se vayahundiendo lentamente hasta llenarla. Después dellenada se procede a dejar la probeta bocabajo,asegurandola con la nuez montada en el soporte

universal.Se toma el balón y se introduce 100 cm3

de agua, secando el cuello del balón despúes dehaber sido llenado.

Se determina la masa de alka Seltzer con elempaque mediante la balanza. A continuaciónse mide la masa de la pastilla sin el empaque.Se registran los datos. Después se parte la pas-tilla en cuatro pedazos procurando manipularlaen las menores condiciones de humedad posibles.

Cada uno de estos cuatro pedazos serán uti-lizados para introducirlos por a parte dentro delbalón de tal manera que hagan contacto con elagua. Es importante ajustar bien y lo más ra-pidamente posible el tapón a la boca del balónpara que no haya escapes al entorno. Se debeagitar bien la mezcla consiguiendo que se diluyacompletamente el trozo de pastilla. Por último sedebe resgistrar los valores de volumen y alturaobtenidos.

METODO 2. El estado inicial y …nal del sis-tema se muestran en la …gura 2 y Figura 3 res-pectivamente. Inicialmente se mide la masa delbeaker, 100 ml de agua, el cristal de reloj y elAlka seltzer sin diluir (ver FIGURA 2). A con-tinuación se mide la masa del sistema beaker,100 ml de agua, cristal de reloj y el Alka seltzerya diluido.

2



RESULTADOS Y DISCUSIÓN

MÉTODO 1. Para el registro de resultadosse va a tener en cuenta que hay unos datos queson tamados directamente de la actividad expe-rimental y otros que son calculados a partir deformulas dadas en la literatura cienti…ca. En laTabla 1 se registran los parámetros ambientalesdel laboratorio, los cuales se obtuvieron de tablasencontradas en bibliografía cientí…ca (química)o en tablas suministradas directamente en el la-boratorio donde se realizo el experimento. Estosdatos se asumen constantes al nivel de la ciudad

de Bogotá. La Tabla 2 registra los datos medi-dos directamente de la práctica experimental. Lamasa del Alka seltzer y la de cada uno de los tro-zos (los cuales se procuran del mismo tamaño) semidieron mediante una balanza electrónica tara-da (calibrada) previamente ; el volumen de gasque se mueve del balón de fondo plano hacia laprobeta, desplazando la columna de agua en elinterior de esta hacia el exterior debido a la di-ferencia de presiones entre la Patm y la del inte-rior de la probeta Pint, se midió utilizando unaprobeta en posición invertida y que contiene lacolumna de agua; y la altura h existente entre elnivel superior de agua en la probeta y el nivel deagua en la cubeta cuya medida fue tomada conuna regla. En la Tabla 3 se consigna los datoscalculados a partir de formulas dadas en la guíade laboratorio. En el caso de la presión de lacolumna de agua, teniendo en cuenta la alturah, se calcula a partir de la formula

P c=h

13;6

Para la presión de gas generado por el CO2

se empleo la siguiente ecuación.

P CO2= P AP vP c

donde P A es la presión atmosférica del labora-torio donde se desarrollo el experimento y P vcorresponde a la presión de vapor de agua quecontribuye a incrementar el volumen medido degas. Los cálculos de las magnitudes registradasen la Tabla 3 se encuentran en el ANEXO.

Es necesario mencionar que como se hace elestudio de un gas con…nado a un recipiente conun volumen V , una presión P , y una tempera-tura T podemos hablar de la ley del gas ideal. Siel gas se mantiene a muy baja presión (o bajadensidad), se encuentra experimentalmente quela ecuación de estado que relaciona estas tres va-riables es sencilla. La mayor parte de los gases atemperatura ambiente y presión atmosférica secomportan como si fueran gases ideales. Gracias

a que las condiciones de presión y temperaturadel laboratorio son aproximadas a las necesariaspara aplicar la ecuación de estado, se utiliza enel análisis hecho en el METODO 1. La ecuaciónes la siguiente.

P V = nRT

Donde R es una constante que tiene el valor deR = 0;821L atm=M K , si se expresa la presión

3



Tabla 1. Parámetros ambientales del laboratorioPresión atmosférica Presión de vapor de agua Temperatura del Temperatura del agua

(mmHg) (mmHg) laboratorio (oC) (oC)560 14,530 17oC

Tabla 2. Datos tomados experimentalmente.Número de ensayo

(1)(2)(3)(4)

Alka Seltzer (g) Volumen (mL) Altura h (mm)1 42 99

1,254 54 801,145 42 991,068 39 107

Tabla 3. Datos calculados.Número de ensayo

(1)(2)(3)(4)

Presión de la columna de agua Presión del gas carbónico(mmHg) (mmHg)

7,3 538,1705,9 539,5707,3 538,1707,8 537,670

en atmosferas (atm) y el volumen en litros(L). El valor n corresponde al número de molesde la sustancia en cuestión.

El parrafo anterior es util para conocer dedonde se establece el número de moles de dioxi-do de carbono obtenidas tras la reacción del Al-

ka seltzer en la disolución acuosa. Por lo tantoel número de moles de CO2 se cálcula de la si-guiente expresión.

n =PV RT

Otra cuestión importante al realizar el es-tudio tiene que ver con la ley de Henry. Es-ta fue formulada en 1803 por William Henryy establece que a una temperatura constante,la cantidad de gas disuelta en un líquido es di-rectamente proporcional a la presión parcial queejerce ese gas sobre el líquido. Matemáticamentese representa de la siguiente forma.

c = k P

donde P es la presión parcial del gas, c es la con-centración del gas y k es la constante de Henry

que depende de la naturaleza del gas, la tem-peratura y el líquido. El valor de la constanteutilizada fue tomado de la guía de laboratoriotrabajada, kH = 3;4 102M=atm1, para elCO2 y valores de temperatura de 298 K.

Los datos obtenidos para el método 1 fueron

los siguientes.Ensayo 1.nCO2

= 3;66 103M = 0;3074g que corres-ponde a una concentración de 30;744%:

Ensayo 2.nCO2


Ensayo 3.nCO2


Ensayo 4.nCO2= 3;563103M = 0;2993g que corres-

ponde a una concentración de 28;02 %:

La forma en que se obtuvieron los anterio-res resultados se desarrolla con detalle en elANEXO.

El resultado obtenido mediante el método 2es de 0;6014 g de NaHCO3 esto es 18. 296%

4



Tras realizar el cálculo de las masas molecu-lares para el bicarbonato de sodio y bióxido decarbono se encontró que:

NaHCO3 = 84 g/MCO2 = 44 g/MLos cuales son datos necesarios para realizar

los cálculos en cada uno de los ensayos.

En seguida se presentan los datos experimen-tales en porcentajes aportados por los demásgrupos para el METODO 1.

72,0 71,0 68,3 26,018,6 19,1 9,5 10,711,1 10,2 37,7 26,510,9 10,4 18,2 6,77,7 6,3 24,5 26,5

24,0 21,7 20,9 53,6

El promedio de los datos sumistrados por to-dos los grupos es 25,9% con una desviación es-tandar de 18,9%. Es decir el valor de la con-centración de NaHCO3 es de 25,918; 9 %, estocorresponde al intervalo [7; 44;8] :Este intervaloni siquiera alcanza a incluir el valor aproximadode 60% dado por el empaque.

Los datos para el METODO 2 son:

4,0 6,0 5,4 13,78,9 9,3 10,8 11,2

18,3 20,1 8,5 6,05,6 7,5

El promedio y la desviación estándar en estecaso son 10,2% y 5,2% respectivamente. Por lotanto el valor de la concentración es 10,25,2%,que en la notación de intervalo es [5; 15;4] : Inter-

valo de valores aún más alejado que en el primercaso.

A continuación se tratara de dar justi…caciona la diferencia entre el dato teórico y los datos ex-perimentales. Existen una serie de variables queafectan el experimento y no es posible controlar-las, como son la presión atmosférica, la humedaden el ambiente, la temperatura del ambiente jun-to con la temperatura del agua.

La presión atmosférica incide en la tempe-ratura del agua, en la presión del gas con…na-do en la probeta determinando directamente elvolumen de gas en el interior de la probeta. Lahumedad en el ambiente incide directamente enla temperatura del agua por convección térmica.

El aumento de temperatura disminuye la so-lubilidad de gases (oxígeno) y aumenta general-mente la de las sales.

También se debe tener en cuenta que lasaguas naturales pueden tener pH ácidos por elCO2 disuelto desde la atmósfera o proveniente delos seres vivos; por ácido sulfúrico procedente dealgunos minerales, por ácidos húmicos disueltosdel mantillo del suelo. La principal substanciabásica en el agua natural es el carbonato cálcicoque puede reaccionar con el CO2 formando unsistema tampón carbonato/bicarbonato.

La aguas contaminadas con vertidos mineroso industriales pueden tener pH muy ácido. El pHtiene una gran in‡uencia en los procesos quími-cos que tienen lugar en el agua, actuación de los‡oculantes, trataminetos de depuración, etc.

Por otro lado la reacción que se genera en-tre dos masas o compuestos y libera parte de suenergía como calor hacia el exterior se denomi-

na exotérmica. La consecuancia es una variaciónnegativa de entalpía y un incremento de la en-tropía del sistema. La reacción exotérmica se daprincipalmente en reacciones de oxidación.

La contaminación térmica se produce cuan-do en un proceso se altera la temperatura delmedio de forma indeseada o contraproducente.Los medios más habituales donde se producenson en el agua y el aire, pero el aire disipa más fá-cilmente este tipo de exceso energético o de calor.Las temperaturas al momento de incrementarse

hacen descender la concentración de oxígeno di-suelto en el agua, para el caso de la presenteactividad experimental se afecta los datos quese recolectan, pues al incrementar la temperatu-ra del medio se ve afectada también la expresiónpara hallar el número de moles de CO2 que de-pende de la temperatura.

MÉTODO 2. Se midio la masa del sistemabeaker, cristal de reloj, Alka seltzer(con y sin

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TABLA 4Masa (g) Masa (g) Masa (g) Masa (g) Masa (g)

a g u a + va s o a g u a + va s o + v id r i o a g u a + va s o + v id r i o+ A S c o n e n vo l tu r a a g u a + va s o + vi d r io + A S s i n e n vo l t ur a a g u a + va s o + v id r io + A S d i lu i d o

170,287 206,785 210,667 210,088 209,773

empaque), 100 ml de agua de la forma en que

se indica en la Figura 2. A continuación se midiola masa del mismo sistema, pero ya con el Alkaseltzer diluido en el agua como se mustra en laFigura 3.

Los datos obtenidos son consignandos en laTabla 4.

La diferencia de masas antes y después de laexperiencia indica que tras la reacción química,parte de la energía contenida en la tableta se li-bera en forma de calor tanto al ambiente comoal agua. Además el contenido de la materia que

existe en la tableta se transforma tras la reacciónH2O + Alka Seltzer; en donde el material másdenso se deposita en el fondo del beaker que con-tiene la solución acuosa y el excedente es libera-do en forma de dióxido de carbono CO2 + calor.Después de realizar esta experiencia se midio lacantidad de materia existente en el sistema trasla reacción H2O + Alka Seltzer encontrando quela masa …nalmente es menor a la inicial como seindica en la Tabla 4.

Como el NaHCO3 tiene 84 g/M que corres-ponde a su peso molecular, y el CO2 44 g/M, ytras colocar a reaccionar el H2O + Alka Seltzerse libero una porción de la materia contenidaen la tableta en forma de gas se asume que sonequivalentes en cantida de sustancia. Se encon-tró que la diferencia entre las masas antes ydespués de la reacción es de 0,315 g los cualescorresponden a la materia disipada al ambienteen forma gaseosa y de calor.

CONCLUSIONES

La comparación y recolección de los datosde todos los grupos tiene como objeto:veri…car y contrastar los resultados, parasaber si los resultados obtenidos son o novalidos y pues concuerdan con los datos decontrol dados por los demás.

El dato del porcentaje experimental no

concuerda con el teórico, dado que el Alka

Seltzer adquiere humedad al momento dealmacenarlo.

Una posible causa de esto también es da-da por la temperatura, pues puede llegar aincidir en el compuesto.

El agua que se trabajo no es comple-tamente pura y puede llegar a contenermuchas trazas (cantidades muy pequeñas)de sales, es decir exceso de iones que impi-den que el agua reaccione completamentecon el bicarbonato de calcio.

La cantidad de reactante (agua) no es lasu…ciente para el reactivo (Alka Seltzer),pues en el fondo del balón siempre quedaun residuo o precipitado.

El calor descompone los carbonatos y losbicarbonatos.

La solubilidad en agua es de 10,3g/100g de

H20, la cual es una propiedad química.El precipitado es de acido acetilsalicílico aligual que acido cítrico.

ANEXO

Procedimientos de datos calculadosMETODO 1

Presión de la columna de agua resión del gascarbónico

Ensayo 1.P c = h

13;6 = 9913;6 = 7: 2794 7;3

Ensayo 2.P c = h

13;6 = 8013;6 = 5: 8824 5;9

Ensayo 3.P c = h

13;6 = 9913;6 = 7: 2794 7;3

Ensayo 4.P c = h

13;6= 107

13;6= 7: 8676 7;9

Presión del gas carbónico

6



Ensayo 1.P CO2

= P A P v P c= 560 14;530 7;3 = 538: 170

Ensayo 2.P CO2

= P A P v P c= 560 14;530 5;9 = 539: 570

Ensayo 3.P CO2

= P A P v P c= 560 14;530 7;3 = 538: 170

Ensayo 4.P CO2

= P A P v P c= 560 14;530 7;9 = 537: 570

Cantidad y concentración de NaHCO3 presenteen Alka Seltzer

Ensayo 1.n1 =

P CO2V

RT = (0;708)(0;042)

(0;082)(290;15)

= 1: 2498 103 1;250 103M

n2 = K H P CO2= 3;4 102 0;708

= 2: 4072 102 2: 41 102M

0;0241M 1000mlx 100ml

x = 0;0241

1001000 = 0;002 41 = 2;41 10

3M

nTOTAL = n1+n2 = 1;250103+2;41103

= 3: 66 103M 84g=M = 0;3074g

1;000g 100%0;3074g x

x = 0;30741001;000 = 30: 74 %

Ensayo 2.n1 = P CO2V

RT = (0;709)(0;054)(0;082)(290;15)

= 1: 6092 103 1;609 103M

n2 = K H P CO2= 3;4 102 0;709

= 2: 4106 102 2: 411 102M

0;02411M 1000mlx 100ml

x = 0;024111001000

= 2: 411 103M

nTOTAL = n1 + n2

= 1;609 103 + 2: 411 103

= 4 ;02 103M 84g=M = 0;3377g

1;254g 100%0;3377g x

x = 0;33771001;254 = 26: 930%

Ensayo 3.n1 =

P CO2V

RT = (0;708)(0;042)

(0;082)(290;15)

= 1: 2498 103 1;250 103M

n2

= K H P

CO2

= 3;4 102 0;708= 2: 4072 102 2: 41 102M

0;0241M 1000mlx 100ml

x = 0;02411001000 = 0;002 41 = 2;41 103M

nTOTAL = n1+n2 = 1;250103+2;41103

= 3: 66 103M 84g=M = 0;3074g

1;145g 100%0;3074g x

x = 0;30741001;145

= 26: 847%

Ensayo 4.n1 =

P CO2V

RT = (0;707)(0;039)

(0;082)(290;15)

= 1: 1589 103 1;159 103M

n2

= K H P

CO2

= 3;4 102 0;707= 2: 4038 102 2: 404 102M

0;02404M 1000mlx 100ml

x = 0;024041001000

= 2: 404 103M

nTOTAL = n1 + n2

= 1;159 103 + 2: 404 103

7



= 3: 563 103M 84g=M = 0;2993g

1;068g 100%0;2993g x

x = 0;29931001;068 = 28;024%

Procedimientos de datos calculadosMETODO 2

Diferencia entre las masas obtenidas.210;088 209;773 = 0;315 g

84g=M NaHCO3 44 g=M CO2

x 0;315 g CO2

) x = 0;315gCO284g=MNaHCO3

44g=MCO2= 0;6014 g

NaHCO3

Como la masa de Alka seltzer sin envolturamedida en la balanza fue de 3.287 g se tiene.

3;287 g 100%0.6014 g x

) x = 0;6014g100%3;287g

= 18;296% NaHCO3

BIBLIOGAFÍA

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