Guia de Laboratorio Básico de Química

7/26/2019 Guia de Laboratorio Bsico de Qumica

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UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFACULTAD DE INGENIERA

CICLO BSICO

DEPARTAMENTO DE QUMICA APLICADA

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ELABORADO POR: GERMN SIEGERT CARRASQUEL (1998)PASADO A FORMATO DIGITAL POR:ALBA GODOY

GONZLEZ DOUGLAS

CARACAS, 2008


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Laboratorio Bsico de Qumica_____________________________________ 1

NDICEPG.

OBJETIVOS GENERALES 2INSTRUCCIONES GENERALES PARA LOS TRABAJOS PRCTICOS 3ERRORES Y TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES 6

PRCTICA N 1TECNICAS Y OPERACIONES RUTINARIAS DE LABORATORIO 22PRCTICA N 2REACTIVIDAD RELATIVA DE UN GRUPO DE METALES 34PRCTICA N 3EVALUACIN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES 47PRCTICA N 4

PREPARACIN DE SOLUCIONES 56PRCTICA N 5ESTANDARIZACIN DE UNA SOLUCIN 64PRCTICA N 6ESTEQUIOMETRA DE LA REACCIN DE UN METAL CON UN CIDO 71PRCTICA 7DETERMINACIN DE LA ACIDEZ TOTAL DEL VINAGRE 80PRCTICA N 8DUREZA DEL AGUA 86PRCTICA N 9REACCIONES DE XIDO-REDUCCIN 95PRCTICA N 10DESTILACIN SIMPLE 103

APNDICES 111


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OBJETIVOS GENERALES

Al finalizar el curso del laboratorio, el estudiante estar en condiciones de:

1. Conocer las normas de trabajo, comportamiento y seguridad en un laboratoriode qumica.

2. Conocer y utilizar las tcnicas de manipulacin de los diversos equipos yreactivos ms usuales en el laboratorio de qumica.

3. Aprender mtodos de medicin y determinacin de variables experimentalesobtenidas a travs de un desarrollo prctico.3.1. Desarrollar destrezas de manipulaciones e instrumentacin.3.2. Desarrollar destrezas de medicin.

4. Ser capaz de llevar a la prctica los conocimientos tericos adquiridos.4.1 Explicar desde un punto de vista terico los resultados, alcances ylimitaciones de las mediciones realizadas.

5. implementar estrategias que permitan el manejo de aparatos y reactivos.

6. Implementar estrategias que permitan efectuar montajes de aparatos as comode aplicar las tcnicas instrumentales.

7. Implementar estrategias que permitan la medicin cuantitativa de reactivos ymateriales en distintos estados fsicos.


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INSTRUCCIONES GENERALES PARA LOS TRABAJOSPRCTICOS

NORMAS ACADMICAS, RECOMENDACIONES Y SUGERENCIAS

1) Es indispensable y de carcter obligatorioel uso de una bata protectora demangas larga.

2) Todo estudiante llevar un cuaderno de laboratorio que ser exclusivo delmismo, en donde se asentarn todas las anotaciones que se produzcan duranteel desarrollo de las prcticas.

3) Queda terminantemente prohibido fumar en el laboratorio durante eldesenvolvimiento de las prcticas.

4) No se debe comer ni beber durante el desarrollo de las prcticas de laboratorio.5) De acuerdo con las listas de materiales que se le ha suministrado, revise su

equipo de laboratorio antes de comenzar cada trabajo prctico, as como al

terminar el mismo. Verifique que est completo, limpio y en buen estado; encaso contrario, notifquelo al instructor de laboratorio.6) Familiarcese con el material de trabajo de su equipo, as como con el equipo

comn del laboratorio. Consulte cualquier duda que tenga al respecto.7) Acostmbrese a seguir las instrucciones del libro de trabajos prcticos. No

pregunte a sus compaeros ni establezca tertulias de laboratorio. Ante cualquierduda consulte con el instructor de laboratorio.

8) Cercirese que el reactivo que va a utilizar es el mismo que se encuentra en elfrasco o recipiente que va a emplear; para ello lea con cuidado el nombre y laconcentracin del reactivo y compruebe que la etiqueta del recipientecorresponde con las instrucciones de la prctica.

9) Los reactivos deben ser utilizados en la misma proporcin que indique laprctica o el instructor de laboratorio.

10) Tanto su equipo, como su lugar de trabajo en el mesn deber conservarlolimpio y ordenado.

11) Despus de los ensayos y tan pronto como lo sea posible, lave con cuidadotodo el material de vidrio utilizado: pipetas, buretas, fiolas, matraces, etc. Evitelimpiar los tiles de vidrio con cepillos metlicos gastados, ya que estos puedenrallar la superficie del vidrio.

12) No intente nunca experimentos no sealados en la gua de trabajos prcticos,salvo que sean sugeridos de manera extra por el instructor de laboratorio.

13) No entre al laboratorio sin permiso.14) Nunca se lleve nada del laboratorio sin permiso.

15) Nunca lance objetos dentro de las instalaciones del laboratorio.16) En caso de accidente durante el trabajo prctico de laboratorio, notifique deinmediato al instructor de laboratorio quin le prestar la atencincorrespondiente.

17) Si se produce un pequeo incendio en su equipo de laboratorio domnelomediante el empleo de una toalla mojada y avise de inmediato al instructor delaboratorio.

18) Las quemaduras ocasionadas con objetos calientes pueden ser tratadas consoluciones de cido pcrico o cido brico, cubrindose luego con gasa y tela


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adhesiva segn la gravedad de la quemadura. Las producidas por cidoscorrosivos o custicos son convenientes tratarlas con soluciones de bicarbonatode sodio y agua.

19) Al emplear el mechero, asegrese de antemano que la llave de gas y laentrada de aire estn cerradas. Encienda un fsforo, acrquelo a la boca delmechero y abra lentamente la llave del gas hasta obtener una llama larga,suave y azulada que le permitir lograr un calentamiento lento y efectivo.

20) Al calentar objetos de vidrio (balones, fiolas, matraces, etc.) compruebe queestn completamente secos por fuera, y caliente de tal manera que la llamaincida sobre este por debajo del nivel del lquido que contiene. Utilice una rejillade asbesto o amianto para lograr una buena difusin del calor y por ende uncalentamiento uniforme.

21) Al calentar tubos de ensayo, desplace el tubo lentamente sobre la extremidadde la llama varias veces evitando as que el calentamiento se concentre en unazona en particular, luego caliente el fondo del tubo inclinndolo de talmanera que la boca del mismo no est dirigido hacia usted ni hacia sus

compaerosy nunca mire directamente dentro de uno de estos. Al comenzar ahervir el lquido, retrelo de la llama momentneamente y luego vuelva acalentar hasta obtener el resultado acorde con la experiencia.

22) Evite colocar objetos de vidrio muy calientes sobre superficies fras o mojadas.Djelos enfriar y espere suficiente tiempo antes de manipularlos con la mano; elvidrio caliente luce igual que el fro.

23) No utilice toallas o pedazos de tela para remover o levantar objetos calientesque estn colocados sobre el mechero use las pinzas apropiadas para este fin.

24) Nunca retorne los sobrantes de soluciones lquidas no utilizadas a los frascosde donde las tom. En el caso de restos slidos no empleados consulte con elinstructor del laboratorio el destino final de los mismos.

25) Nunca introduzca objetos dentro de los frascos de reactivos, para ello viertaaproximadamente la cantidad necesaria en un vaso de precipitado y tome lorequerido con una pipeta o cilindro graduado.

26) Las tapas de los frascos de los reactivos no deben ser colocadas en el mesn,mantngalas en su mano. No abra dos frascos a la vez; de esta manera evitarconfundir las tapas y contaminar los reactivos.

27) Para introducir termmetros en orificios de tapones, lubrique el orificio deltapn con aceite y glicerina.

28) Cuando se derramen cidos o bases sobre el mesn de laboratorio laveinmediatamente con agua.

29) No mezcle cidos concentrados con agua en cilindros graduados, ya que elcalor de dilucin de la mezcla puede quebrar la base de la probeta. Para tal fin

utilice vasos de precipitados colocados dentro de recipientes que contenganagua fra, y agregue lentamente el cido sobre el agua contenida en el vaso deprecipitado, agitando con un agitador de vidrio a medida que se va aadiendo elcido. No aada nunca el agua sobre el cido.

30) No almacene soluciones alcalinas en balones volumtricos, as evitar elatascamiento de los mismos. Utilice frascos con tapa de rosca.

31) Las soluciones alcalinas empleadas en buretas deben ser desechadasinmediatamente despus de su uso, luego lave la bureta cuidadosamente a finde evitar el atascamiento de la llave.


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32) Los residuos slidos en trozos o en polvo, deben ser desechados en el cesto delos desperdicios, n bote fsforos, papel de filtro ni slidos en el lavadero. Encaso de que caigan all, retrelos y btelos en el sitio correspondiente para talfin.

33) Cuando quiera conocer el olor de un lquido puro, de una solucin o de un gasque se desprenda, no acerque la nariz directamente al recipiente. Paserpidamente la mano sobre la boca del mismo, tratando de producir unacorriente de aire hacia usted.

34) No intente nunca conocer el sabor de una sustancia o solucin si no se le haordenado de manera expresa.

35) Los experimentos en los cuales se producen gases txicos deben serrealizados en campana de gas o en sitios con suficiente ventilacin.

36) Si se introduce algo en la boca, escpalo enseguida y lvese con abundanteagua.

37) Los productos qumicos no se deben tocar nunca directamente con las manos,especialmente aquellos que por su toxicidad produzcan lesiones graves. Todo el

manejo se hace mediante esptulas o pinzas.38) Todos los accidentes y roturas, aunque sean pequeos, deben ser reportadosenseguida al instructor de laboratorio.

39) El pelo largo de debe amarrar hacia atrs, y no se deben llevar sueltas lascorbatas ni las chaquetas. No se ponga laca en el cabello antes de entrar allaboratorio.

40) El equipo adicional que le fue entregado para la prctica devulvalo al sitiocorrespondiente o consulte al instructor de laboratorio sobre su destino final.

41) Antes de abandonar el laboratorio compruebe que el mesn y los lavaderosestn limpios, que el material del equipo est completo y limpio y que las llavesde gas y agua estn cerradas.

42) Utilice zapatos cerrados.


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ERRORES Y TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES

El concepto de mediacin es fundamental tanto en el estudio de los fenmenos

naturales, como en la comprensin de las experiencias que se llevan a cabo en unlaboratorio de fsica o de qumica, ya que magnitudes como, por ejemplo, masa,longitud, tiempo, temperatura, etc. se definen sobre la base de su medicin.

Segn el modo de operacin, las mediciones pueden ser directas o indirectas. Seentiende por medicin directa, la operacin de comparar una cantidad desconocidacon otra de la misma especie que se toma como unidad de medida. Generalmente serealiza con la ayuda de un instrumento; para medir intervalos de tiempo utilizamos uncronometro, para medir temperaturas empleamos un termmetro, para determinaruna masa usamos una balanza y as sucesivamente. El resultado de una dedicindirecta es la relacin existente entre el valor de la magnitud que se determina y launidad de medida que se ha escogido para realizar la medicin.

Una medicin indirectaes aquella en la cual e valor de la magnitud deseada secalcula en funcin de una o ms magnitudes fsicas que se han determinado a su vezde manera ya sea directa o indirecta. As por ejemplo, para determinar laconcentracin molar de una solucin necesitamos conocer la masa de soluto presentey el volumen de la solucin producida.

Todas las mediciones fsicas poseen algn grado de incertidumbre o duda; estadepende tanto del instrumental empleado para realizar a experiencia as como de lapericia que tenga el usuario en el manejo de dicho instrumental. Por ejemplo, laincertidumbre en el peso de un objeto depender del tipo de balanza que se emplee y

de la destreza del usuario al emplearla. Determinar la magnitud de esta incertidumbrepuede ser, a veces, una operacin difcil y requerir de un esfuerzo adicional. Unamedida cuya exactitud sea totalmente desconocida es poco til y, por otro lado, unresultado que no sea particularmente exacto puede llegar a ser muy til si se conocecon un alto grado de seguridad el error que lo acompaa.

En este captulo se tratar de los errores que pueden afectar un experimento, dela informacin y mtodos para reconocerlos, de las tcnicas para establecer sumagnitud, as como tambin de algunos de los conceptos matemticos que seencuentran en todo tipo de mediciones cuantitativas y clculos.


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DEFINICIN DE TRMINOS

1) CIFRAS SIGNIFICATIVAS: Excepto cuando todos los nmeros de unaoperacin son enteros, (contar el nmero de jugadores de un equipo, pasajeros

de un avin, naranjas de un saco, etc.), con frecuencia es muy difcil obtener elvalor exacto de una cantidad que se investiga. Al realizar una medicin directano se obtiene un nmero exacto, sino cierto intervalo de valores dentro del cualest contenida la medicin realizada; cada vez que se emplea en el laboratorioun instrumento de medicin, las cifras numricas se obtienen como producto deuna lectura en la escala del aparato de medicin, y el ltimo nmero de estalectura siempre tiene que ser estimado introduciendo entonces unaincertidumbre en la medicin realizada.Como esta incertidumbre es propia de todo proceso de verificacin, esimportante sealar el margen de error en las mediciones realizadas, indicandoel nmero de cifras significativas de la medida efectuada. Las cifrassignificativas no son ms que los dgitos representativos de una cantidadcalculada o medida.Para la determinacin del nmero de cifras significativas se siguen lassiguientes reglas, sobreentendindose que el ltimo dgito de la expresinsiempre es incierto.

a) Las cifras anotadas son todas las que se conocen con certeza, ms la primeraque se considere incierta. As en 41,93 %, hay cuatro cifras significativas, losnmeros 4, 1 y 9 son cifras ciertas y el nmero 3 es la primera cifra incierta.

b) Cualquier dgito diferente de cero es significativo. As, 8239 km tiene cuatrocifras significativas y 2,83 g/mLposee tres cifras significativas.

c) Los ceros colocados entre dgitos distintos de cero son significativos. As, 20805seg tiene cinco cifras significativas y 18,03 cm3 tiene cuatro cifras

significativas.d) Los ceros a la izquierda del primer dgito distinto de cero no son significativos(slo indican la posicin de la como adicional). As, 0,0072 Ntiene dos cifrassignificativas y 0,0005 molestiene una sola cifra significativa.

e) Si un nmero es mayor que uno (>1), todos los ceros escritos a la derecha de lacomo decimal cuentan como cifras significativas. As, 12,00 g tiene cuatrocifras significativas, y 43,040 mtiene cinco cifras significativas.

f) Si un nmero es menor que uno (


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reducindolo a un nmero con menor cantidad de dgitos. Para el redondeo denmeros se siguen las siguientes reglas generales:

a) Si el dgito que se va a eliminar es menor que cinco (5), el digito precedentepermanece sin cambiar. Por ejemplo: 13,451 se redondear a 13,45 y 1,22 seredondear a 1,2.

b) Si el dgito que se va a quitar es mayor o igual que cinco (5), el dgitoprecedente se incrementa en una unidad. Por ejemplo: 13,459 se redondea a13,46 y 1,25 se redondea a 1,3.

c) En una serie de clculos se llevan los dgitos adicionales (en exceso) hasta elresultado final y despus se redondea dicho nmero siguiendo las reglas a) y b).

d) Es incorrecto el empleo de una secuencia de redondeo. Al redondear slo seusa el primer nmero de la derecha de la ltima cifra significativa. Por ejemplo,si se quiere redondear el nmero 8,649 con dos cifras significativasobservamos que la tercera cifra es menor que cinco y aplicamos la regla a),el resultado del redondeo nos da 8,6. (Note un redondeo en secuencia nosdara el nmero 8,7).

3) CLCULOS CON CIFRAS SIGNIFICATIVAS:a) Adicin y sustraccin: El nmero de cifras significativas a la derecha de la

coma decimal en la cantidad resultante, vendr dado por el trmino que tengamenor nmero de decimales (trmino limitante). Por ejemplo, en la siguientesuma: (183,45 + 16,7 + 1,306)

183,45+ 16,7 (trmino limitante)

1,306201,456 Resultado: 201,5

En la sustraccin: (3,6784 0,14)3,6784

0,14 Error! Vnculo no vlido.3,5384 Resultado: 3,54

(En la adicin y en la sustraccin se cuentan los decimales)b) Multiplicacin y divisin:La regla propuesta es retener en cada trmino y en

el resultado final un nmero de dgitos tal que indiquen una incertidumbrerelativa no menor de la que tenga el trmino con la mayor incertidumbrerelativa (ver pg 13). Esta regla se deriva del hecho de que los errores relativosse propagan en forma directa al resultado final en las operaciones de

multiplicacin y divisinMuy frecuentemente (pero no siempre) se cumple en la multiplicacin ydivisin, que el nmero de cifras significativas del resultado final es igual al dela medicin que tenga el menor nmero de cifras significativas.

c) Logaritmos: Para escribir un nmero en forma logartmica se deben utilizartantos nmeros decimales en la mantisa como cifras significativas tenga elnmero. La caracterstica del logaritmo no es una cifra significativa ya que esuna funcin del punto decimal del nmero al cual se la quiere determinar sulogaritmo.


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Log 2,421 x 1016= 16,383995 Resultado: 16,3840

Log 18,2 x 103= 4,2600714 Resultado: 4,260

d) Antilogaritmos:Se toman tantas cifras significativas como decimales posea laposea la mantisa del nmero al cual se le quiere determinar su antilogaritmo.

Antilog 5,432 = 270395 Resultado: 2,70 x 105

Antilog 18,26 = 1,819718 Resultado: 1,8 x 1018

4) MEDIA Y MEDIANA: La media, media aritmtica o promedio (M) sontrminos sinnimos que se emplean para describir el valor numrico que seobtiene dividiendo la suma de cada uno de los trminos (Xi)de una serie demedidas repetidas entre el nmero total de medidas realizadas (N).

Por ejemplo, para la serie: 20,08%; 19,87%; 20,32%; 20,02% y 19,95%provenientes de la determinacin del porcentaje de hierro en un mineral delmismo metal, obtenemos que la media o promedio sera:

%048,205

%24,100

5

)%95,1902,2032,2087,1908,20(

N

XM i

M = 20,05 %

La mediana (m)de una serie de medidas, es el resultado alrededor del cual sedistribuyen los dems por igual, la mitad son numricamente ms pequeos y la otramitad numricamente ms grandes. Para la serie de medidas anteriores podemosordenar de manera decreciente:

20,32 %20,08 %20,02 % m = 20,02 %19,95 %19,87 %

Cuando se tiene una serie con nmero par de medidas, la mediana ser el

promedio del par central de medidas. Por ejemplo para la serie: 0,57; 0,82; 0,63;0,75; 0,60 y 0,78 ordenando tenemos:0,570,82 0,63 + 0,75 1,380,63 m = = m = 0,690,75 2 20,600,78


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De manera ideal, la media y la mediana deberan ser idnticas, perofrecuentemente no lo son, particularmente cuando el nmero de medidas esrelativamente pequeo.

5) EXACTITUD Y PRESICIN: Aun cuando estos dos trminos se utilizan comosinnimos en las conversaciones cotidianas, se deben distinguir de manera claracuando se relacionan con los datos cientficos, ya que generalmente se puedenasociar dos contribuciones a la incertidumbre total; una limitacin de exactitud yuna limitacin de precisin.El trmino precisin se utiliza para describir la reproducibilidad de losresultados obtenidos. Puede definirse como similitud existente entre los valoresnumricos de dos o ms medidas que fueron obtenidos de idntica forma.

La precisin se expresa en trminos de desviacin, la cual puede ser absoluta (D)orelativa (DR). La desviacin absoluta consiste simplemente en la diferencia

numrica (sin tomar en cuenta el signo) entre un valor experimental y la media (M)de al serie, que se toma como el mejor valor de todo el conjunto. La desviacinabsoluta puede ser expresada mediante la ecuacin: D = |O M|, donde O es elvalor individualmente observado de una serie de medidas experimentales, y M es lamedia aritmtica de la serie en que se encuentra O. Ejemplo: Para una solucinbinaria de lquidos voltiles, se determin el volumen del lquido ms voltil (B)pormedio de tres experiencias realizadas de la misma forma. Los resultados encontradosse reportan en la siguiente tabla:

EXPERIENCIA(N)

% B D = |O M|

1 23,16 2,252 20,82 0,093 18,75 2,16

M = 20,91 D = 1,50El resultado de la determinacin anterior se expresa como: % B = (20,91 1,50)

donde el promedio de las desviaciones (D) indica la precisin del anlisis.

N

DD

La desviacin relativa(DR) no es ms que la razn existente entre el promedio

de las desviaciones (D) y la media (M) expresada en partes por cien, mil o milln. As:

100xM

DDR

Aplicada al ejemplo anterior obtenemos:

10091,20

50,1xDR DR= 7,17 %


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Otro trmino til para la medicin de la precisin es el llamado intervalo,recorridoo rango (W) en una serie de datos experimentales, y no es ms que ladiferencia numrica existente entre los valores extremos encontrados en la seriereferida. Para el ejemplo anterior.

w = 23,16 18,75; w = 4,41

Mientras menor sea el intervalo o recorrido de una serie de medicionesexperimentales, mayor ser entonces la precisin alcanzada en la experimentacin.

El trmino exactitudes una medida de la diferencia numrica entre el valor mediode un grupo de mediciones y el valor verdadero de dicha medicin. Un resultadoexacto es aquel que concuerda muy de cerca con el valor verdadero de una cantidadmedida. La comparacin se hace con frecuencia en base a una medida inversa a laexactitud alcanzada, que es el error, mientras ms pequeo sea el error mayor serla exactitud alcanzada. El trmino exactitud es entonces expresado en funcin delerror, que igual que en el caso de la precisin puede ser reportado como absoluto orelativo.

El error absoluto(E) es la diferencia numrica entre el valor observado (O) y elvalor aceptado (A): E = O A

Supongamos que en el ejemplo anterior, el contenido de lquido ms voltil en lamezcla binaria sea exactamente de 21,50 % de B. Tomando como valor observado delas medidas de media de las mismas, escribimos:

E = O A = M A = 20,91 21,50 E = - 0,59

Note que el error absoluto puede tener signo positivo o negativo, indicando estoque el error en las mediciones puede estar por encima o por debajo del valor aceptadocomo verdadero.

El error relativo (ER) de una medida no es ms que la razn existente entre elerror absoluto (E) y el valor aceptado (A), expresado en partes por cien, mil o milln.

100A

EER

Aplicando al ejemplo anterior nos da:

10050,21

59,0

RE ER= -2,74 %

La diferencia fundamental entre precisin y exactitud es clara; la precisin

compara cada uno de los valores individuales de una serie de medidas con el mejorvalor del conjunto de todos los valores obtenidos de la misma forma. La exactitudinvolucra una comparacin de los valores obtenidos con el valor verdadero o aceptadode dicha medida.

Un conjunto de resultados idnticos (alta precisin) puede estar influido por unerror grave que ocasione que el resultado obtenido tenga muy poca exactitud. Alcontrario, un conjunto de resultados obtenidos de la misma manera puede tener muypoca precisin, pero combinarse de tal manera que la media sea muy cercana al valorverdadero y dar un resultado de gran exactitud. Una serie de experiencias realizadas


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de manera correcta deberan tener una baja desviacin (alta precisin) y un error bajo(alta exactitud).

En la figura E-1 se pone de manifiesto la diferencia entre exactitud y precisinutilizando una competencia de tiro al blanco: el jugador que lanzo los crculos fue muypreciso y exacto, el responsable de los tringulos fue preciso ms no exacto, y el autorde los cuadrados no fue ni preciso ni exacto.

Figura E-1(Exactitud y precisin en una competencia de tiro al blanco)

ERRORESEl trmino error se refiere a la diferencia numrica existente entre el valor

medido de la experiencia realizada y el valor que se considera como verdadero o real.An cuando no existan reglas rigurosas y claras que permitan decidir o precisar sin

ningn cuestionamiento el origen de un error particular, el esquema que se presenta a

continuacin muestra algunos de los fenmenos y acciones responsables de lasmedidas experimentales realizadas.


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a) Errores determinados: Llamados tambin asistemticos, tienen, por lomenos en teora, causas especficas y definidas. Por lo general sonreproducibles, en muchos casos predecibles y unidireccionales en el sentido deque causan que todos los resultados de una serie de medidas ejecutadas seanaltos, o bajos, pero no altos y bajos al mismo tiempo.Ejemplos: Emplear una pesa desgastada u oxidada, un instrumento malcalibrado, un reactivo contaminado, etc. Pueden ser instrumentales, demtodoo personalesdependiendo de la fuente de donde procede el error.Los errores determinados tambin pueden ser constanteso proporcionales.La magnitud de un error constante es independiente del tamao de la serie dedatos considerada, mientras que los errores proporcionales aumentan odisminuyen segn el tamao de la serie de datos que se ha obtenido.

b) Errores indeterminados: Son aquellos errores cuyas causas especficas sedesconocen dado que no tienen un origen nico, sino que proceden de unaacumulacin de incertidumbre individuales demasiado pequeas como para

detectarse; estas incertidumbres pueden ser tanto personales, comoinstrumentales y de mtodo. El efecto acumulativo de estas incertidumbres esvariable y normalmente tienden a contrarrestarse unas con otras produciendoun efecto final mnimo.

PROPAGACIN DE ERRORESEn lneas generales, el resultado numrico de una medicin particular no es de

inters por s mismo, sino que es empleado junto con otras mediciones diferentes conel fin de obtener una cantidad total, por ejemplo, a travs de una frmula o ecuacin.Como cada medicin est asociada con un error, el resultado final tendr tambin unerror que depender de la relacin aritmtica que exista entre los diferentes trminosque contengan los errores y la cantidad que se va a precisar. Estas diferentesrelaciones aritmticas propagan hasta el resultado final los errores cometidos en lasmediciones individuales.

1) En las adiciones y sustracciones: Las incertidumbres absolutas (IA)

determinadas se trasmiten directamente al resultado final. El resultado final nopuede tener una precisin mayor que la del nmero menos preciso utilizado.

EJEMPLO 1: Sea X = A + B, donde los valores de A y B as como susincertidumbres absolutas son conocidas:

A = 22,13 0,01 y B = 16.54 0,01Efectuando las operaciones indicadas, encontramos:

22,13 0,0116,54 0,01


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38,67 0,02 X = 38,67 0,02

Como los dos trminos poseen la misma incertidumbre, en el resultado final sepropaga el efecto combinado de la misma.

EJEMPLO 2: Sea Y = C + D E , donde los valores de C, D y E, as como susincertidumbres absolutas son conocidas:

C = 21,319 0,001, D = 16,24 0,01 y E = 22,1 0,1Efectuando las operaciones indicadas, obtenemos:

21,319 0,00116,24 0,01

-22,1 0,115,5 0,1 Y = 15,5 0,1

Por la propagacin del error, el resultado final se escribe con un solo decimal, yaque este no puede tener una incertidumbre menor que la de la medicin menosprecisa (en este caso la correspondiente a la medicin E).

2) En las multiplicaciones y divisiones: Las incertidumbres relativas (IR), (yno las absolutas como en la adicin y sustraccin), determinadas se trasmitende manera directa al resultado final. El nmero de cifras significativas en elresultado final, vendr dado por la medicin que posea la mayorincertidumbre relativa.

EJEMPLO 3: Considrese la operacin algebraica: Z = (A B)C + (A + D)ELos valores de los parmetros A, B, C, D y E as como las incertidumbreabsolutas de los mismos son conocidos de los dos ejemplos anteriores.

Sustituyendo los valores numricos de cada uno de los parmetros anteriores enla expresin dada, obtenemos:

1,22)24,1613,22(

319,21)54,1613,22(

x

xZ

Para la realizacin de una operacin de este tipo, podemos proceder de lasiguiente manera:

a) Primero consideramos las sumas y las diferencias:22,13 0,01 22,13 0,01-16,54 0,01 -16,24 0,01

5,59 0,02 38,37 0,02

b) Reescribimos la operacin y obtenemos el resultado de la misma:

1405382,0)1,22)(37,38(

)319,21)(59,5(Z


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c) Calculamos la incertidumbre absoluta del nmero nque se est considerando(ver las operaciones en la tabla siguiente).

NMERO (n) IA IR= IA/n5,59 0,02 0,0035778

21,319 0,001 0,000046938,37 0,02 0,000521222,1 0,1 0,0045249

d) Multiplicamos entonces el resultado de la operacin anterior (0,1405382) porla mayor incertidumbre relativa (0,0045249), por lo que el resultado final dela operacin estar limitado por este nmero:

0,1405382 x 0,0045249 = 0,000635901

e) En la multiplicacin y divisin el nmero de cifras significativas del resultadofinal no debe ser mayor que la del trmino que tenga la mayor incertidumbre

relativa; en este caso el nmero 22,1 tiene la mayor incertidumbre relativa, ydicho nmero slo tiene tres cifras significativas, por lo que podemos escribir:

Z = (0,141 0,001)

Podemos verificar la operacin anterior determinado la incertidumbre relativa delresultado encontrado: IR= 0.001/0,141 = 0,007 que es del mismo orden de magnitudque el nmero que posee la mayor incertidumbre relativa.

REPRESENTACIONES GRFICAS

La forma ms ntida de representar la relacin existente entre dos variables fsicasexperimentales es mediante el uso de una grfica. Usualmente la variable que semodifica experimentalmente recibe el nombre de variable independiente y serepresenta a lo largo del eje horizontal o eje de las abscisas (eje x). La variable queresponde al cambio de la variable independiente recibe el nombre de variabledependiente y se representa a lo largo del eje vertical o eje de las ordenadas (eje y).

Veamos algunos ejemplos de lo antes expuesto:

1) Supongamos que en un experimento llevado a cabo a presin constante se mideel volumen de una masa dada de gas cuando se vara la temperatura absolutade la misma, y se obtiene el siguiente conjunto de valores volumen-temperatura:

VOLUMEN(L) TEMPERATURA (K)0.5 601.0 1201.5 1802.0 2403.0 3604.0 480


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El anlisis de la tabla manifiesta de inmediato que el volumen aumenta con elaumento de la temperatura. Para conocer la relacin exacta que existe entre elvolumen (V) y la temperatura (T) podemos graficar en papel milimetrado ocuadriculado los datos obtenidos experimentalmente, llevando los valores de Val ejede las ordenadas y los valores de Tal eje de las abscisas tal como se muestra en eldibujo siguiente y en el cual se observa que la relacin entre Vy Tes de naturalezalineal, donde V = kTsiendo k una constante igual a la pendiente de la recta graficada.

Figura E-2(Variacin isobrica del volumen con la temperatura para una masa dada de gas)

2) Supongamos que en un experimento realizado a temperatura constante se varala presin de una masa dada de gas y se mide el volumen correspondiente acada variacin de la presin, obtenindose el siguiente conjunto de datospresin-volumen:


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PRESIN(Atm)

VOLUMEN(L)

0.2 10.00.3 6.7

0.5 4.00.8 2.51.0 2.01.2 1.7

Del anlisis de la tabla de datos se concluye de inmediato que una variabledisminuye cuando la otra aumenta. Para conocer la relacin exacta que existe entre lapresin (P) y el volumen (V) representamos de nuevo en papel milimetrado ocuadriculado el conjunto de datos P-V obtenidos, graficando en el eje de las ordenadaslos valores de P y en el eje de las abscisas los valores de V, tal como se observa en lagrfica siguiente:

Figura E.3(Variacin isotrmica del volumen con la temperatura para una masa dada de gas)


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En el grfico se observa que la relacin entre P y V es de tipo hiperblico, por loque podemos escribir la relacin PV = k siendo k una constante que depende de latemperatura y del nmero de moles de gas.

REPRESENTACIN DE PUNTOS EXPERIMENTALES

A continuacin se exponen algunos criterios tiles para la representacin de puntosexperimentales en un sistema de coordenadas cartesianas:

a) En el eje de las ordenadas (eje y) se colocan los valores experimentales de lavariable dependiente, mientras que en el eje de las abscisas (eje x) se colocanlos valores de la variable independiente del experimento.

b) Cada uno de los ejes coordenados se escalan e identifican de manera clara yprecisa, teniendo muy en cuenta en colocar los nombres de las variables agraficar, el rango de valores en los cuales estas han variado, las unidades fsicas

que expresan su medida, la longitud de la unidad de la variable que se grfica,tomando esta unidad de manera tal que cubra la mayor parte del espaciodestinado a la graficacin. Como ejemplo se da a continuacin un conjunto dedatos de calentamiento de un cierto material en funcin del tiempotranscurrido.

TEMPERATURA (C) TIEMPO (minutos)24 225 426 427 6

28 10

En los dibujos siguientes se muestra el mismo conjunto de datos graficados por dospersonas diferentes.


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Figura E.4Calentamiento de una sustancia en funcin del tiempo, graficado por dos personas

diferentes.

Observe que el grfico de la izquierda se cumple exactamente con los criteriosanteriormente expuestos, mientras que en el de la derecha se utiliza slo una fraccindel espacio disponible para la representacin del fenmeno estudiado, hacindosemenos claro la variacin experimental estudiada. Ntese que no necesariamente lalongitud de las unidades seleccionadas debe ser la misma en los dos ejes coordenados,ni tampoco estar obligatoriamente el origen del sistema de coordenadas ubicado en elpunto 0,0.

c) La curva a dibujar debe ser continua (siempre que se representen variablescontinuas en cada uno de los ejes). No necesariamente la curva dibujada tieneque abarcar todos los puntos experimentales obtenidos. En el ejemplo anterior,el tiempo cero (O) se puede tomar a partir de aquella medicin en la cual seempiece a notar alguna variacin en la temperatura.

d) Sobre el grfico, la curva que representa el fenmeno estudiado debe pasar por

la mayora de los puntos experimentalmente, pero no necesariamente por todosy cada uno de esos puntos. Los puntos experimentales se deben distribuir,cuando sea necesario, con igual peso a ambos lados de la curva dibujada.


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A continuacin se dan datos de cambios de concentracin para reactivos (A) yproductos (X) en funcin del tiempo durante el transcurso de una reaccin qumica.

[A](M)

[X](M)

Tiempo(min)

[A](M)

[X](M)

Tiempo(min)

1,10 0,00 0 0,44 0,65 250,95 0,18 5 0,33 0,70 300,76 0,31 10 0,27 0,78 350,65 0,42 15 0,28 0,76 400,51 0,58 20 0,23 0,77 45

Una grfica de estos valores pone de manifiesto la anterior (Figura E.5)

Figura E.5

e) De una tabla de datos experimentales, y de la grfica construida a partir dedicha tabla, se puede obtener por extrapolacin, valores de la variable en

estudio que no fueron tabulados. Para esto, la curva dibujada se prolonga antesy despus del rango de valores obtenidos experimentalmente. Por ejemplo, parala siguiente tabla de valores obtenidos experimentalmente de solubilidad declorato de potasio (KClO3) en funcin de la temperatura centgrada.


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TEMPERATURA (C) SOLUBILIDAD(g sal/100 g agua)

20 7,430 10,5

40 14,250 19,360 24,570 30,280 38,5

De esta tabla de valores, obtenemos la siguiente grfica de solubilidad en funcinde la temperatura centgrada.

Figura E.6

Las solubilidades obtenidas experimentalmente, se encuentran todas en la curvadibujada (lnea de trazo llano), y representan con muy buena aproximacin los datosde solubilidad para la sal estudiada. Todos los puntos de la curva representan lacomposicin de la solucin saturada. Cualquier punto por debajo de la curvarepresenta una solucin no saturada.

Las partes en lneas son las extrapolaciones. Con frecuencia se extrapola curvascomo estas una corta distancia que va ms all, por arriba y por debajo, del intervalode datos experimentales obtenidos, (a 10 C la solubilidad es de 4,2 y a 90 C es de49 gramos de sal por cada cien gramos de agua), aunque los datos determinados porextrapolacin puede que no sean tan precisos como los obtenidos por medio de unaexperiencia. La extrapolacin slo se justifica cuando exista ausencia de datos de altaconfiabilidad.


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PRACTICA N 1TECNICAS Y OPERACIONES RUTINARIAS DE LABORATORIO

OBJETIVOS DE LA PRCTICA: Estudiar Algunos aspectos relacionados con lastcnicas empleadas en la medida y transferencia de slidos y lquidos, adems seaprender a usar adecuadamente el mechero de gas y la balanza

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIN: El estudiante recibir un equipo de usorutinario que estar bajo su responsabilidad durante todo el perodo de prctica, elcual incluye entre otros utensilios: matraces, probetas, pipetas, embudos, diversosmateriales de madera, porcelana y metlicos. Tambin trabajar con material delaboratorio de uso comn como: buretas, balanzas, mecheros y otros. Se familiarizarcon este material conociendo y determinado su utilidad, manejo y apreciacin.

Una vez logrado estos fines los pondr en prctica realizando determinaciones

sencillas de masa, volumen y densidad.INTRODUCCIN: Los instrumentos y tiles de laboratorio estn construidos de

diversos materiales (hierro, cobre, nquel, platino, slice, madera, vidrio, porcelana,plstico, etc.) y se emplean para diferentes usos especficos como pueden ser: mediosde soporte de otros utensilios, para realizar reacciones qumicas, para determinarvolmenes y masas, para transferir slidos y lquidos, etc.

Con fines exclusivamente didcticos clasificaremos el material de laboratorio en:a) Material metlico y de madera.b) Material de vidrio y porcelana.A continuacin se describe brevemente algunos de los instrumentos de uso

rutinario fabricados con material metlico o madera.

MATERIAL METLICO Y DE MADERA:

1) Soporte Universal: Utensilio de hierro formado por una varilla de 60 cm o ms,fija a un pie plano y cuadrangular. Sirve para sujetar anillos o pinzas que a suvez pueden sostener diversos instrumentos (vasos, balones, buretas, etc.).

2) Trpode: Utensilio de hierro provisto de un aro y tres patas que hacen desoporte. Se emplea para colocar instrumentos que es necesario calentar.

3) Rejilla Metlica: De forma cuadrangular, constituida por hileras de alambresentrecruzados e incrustados en su parte central en un crculo de amianto;sirve para dispersar el calor con uniformidad.

4) Pinzas para Soporte: Las hay de diferentes tipos. Son de metal, por unextremo se sujetan al Soporte Universal mediante un tornillo, el otro extremoest provisto de dos ramas cubiertas de goma para evitar roturas al materialde vidrio que sostienen.

5) Pinzas para tubos de ensayos: Poseen dos ramas, una larga y otra corta, quegiran sobre un resorte. Se utilizan para sostener tubos de ensayos alcalentarlos.

6) Gradilla: Soporte espacial de madera o metlico empleado para colocar tubosde ensayo.


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7) Mechero: Generador de energa calorfica; el de Bunsen (ver figura 1.3) es elms corriente.

En los dibujos siguientes se muestran algunos de los instrumentos tpicos de unlaboratorio de qumica.

Figura 1.1.(Tomada de Qumica una Ciencia Experimental Manual de Laboratorio,

Reverte)


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Figura 1.2(Tomada de Qumica una Ciencia Experimental Manual de Laboratorio,

Reverte)


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MATERIAL DE VIDRIO

El instrumental de vidrio usado para realizar investigaciones o reacciones qumicasdebe ser fabricado con materiales resistentes a la accin de los agentes qumicos; sonconstruidos de vidrio y con menos frecuencia de porcelana (hoy se fabrican tambinnumerosos recipientes de plstico).

El vidrio corriente no sirve para la fabricacin de instrumentos de laboratorio porser muy frgil y vulnerable a los agentes qumicos y fsicos. Por tal razn seconstruyen de cristal de vidrio, pudiendo ser este de vidrio grueso o de vidrio delgado.

Los instrumentos construidos de vidrio grueso slo son apropiados para contener,transvasar o medir, si se intenta calentarlos se pueden romper con mucha facilidad.Ej: embudos, cilindros graduados, mediadas cnicas y agitadores.

Los instrumentos construidos con vidrio delgado son muy resistentes al calor, peroslo cuando son calentados gradualmente y, enfriados de la misma manera, por eso serecomienda interponer una rejilla metlica entre el fondo del recipiente y el mecherocuando va a realizarse un calentamiento del instrumento. Hay tiles de este tipo

construido de un vidrio especial muy resistente al calor (Pyrex, Vycor, Kimble, etc.).Ej: balones, matraces, vasos de precipitados, tubos de ensayo, etc.Los aparatos volumtricos de vidrio delgado se caracterizan por su gran precisin,

a diferencia de los de vidrio grueso que son menos precisos.A continuacin se describen algunos de los instrumentos de uso rutinario fabricados

con vidrio.

1) Vasos de precipitados: Son recipientes cilndricos de vidrio delgado, con o sinpico en el borde. Se conocen tambin como breakers y vienen en diferentestamaos (10, 25, 50, 100, 125, 250 mL etc.), se utilizan para calentar lquidos,preparar soluciones, obtener precipitados, llenar buretas y realizar titulaciones.

2) Matraz Erlenmeyer: Es una variedad especial de matraz conocido tambincomo fiola. Son recipientes de forma cnica y fondo plano de gran superficie,adaptados para calentar lquidos con gran rapidez, usados ampliamente entitulaciones y valoraciones.

3) Tubos de ensayo: Son tubos de vidrio de paredes delgadas, cerrados en unode sus extremos, apropiados para calentar directamente a la llama.

4) Embudos: Son instrumentos de forma cnica, con tallo inferior hueco yfabricados en vidrio grueso. Se utilizan para transvasar y filtrar lquidos. Seclasifican segn la inclinacin de sus paredes o el dimetro del cono, as comotambin de acuerdo al tipo de tallo que posean, sea ste corto o largo. Lo msusados tienen una inclinacin de 60 y tallo corto. Pueden ser de superficie lisao acanalada, presentando esta ltima mayor superficie lisa o acanalada,

presentando esta ltima mayor superficie de filtracin.Otra variedad de embudo es el embudo de separacin, instrumentogeneralmente de forma cnica, con o sin tapa y provisto de una llave de pasoque permite la separacin de lquidos de diferente densidad.

5) Cilindros graduados: Llamados tambin probetas graduadas, son recipientesde vidrio grueso, forma cilndrica y dimetro uniforme, provistos de pi paradarles mayor estabilidad. Graduados en mililitros o mltiplos o submltiplos deste. No son aptos para calentar ni para realizar reacciones qumicas. Se usanpara medir lquidos con una incertidumbre de a 1/5 de la menor graduacin


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que tengan. Los hay de 10, 25, 50, 100, 125, 250, 500 mL y de uno o mslitros.

6) Pipetas: Son tubos de vidrio de dimetro uniforme y capacidad determinada,destinadas a medir o transvasar cantidades exactas de lquidos. Su extremidadsuperior termina en un borde romo para poder obturar con el dedo; suextremidad inferior, estrechada y afilada permite la salida de pequeas gotas.

Podemos considerar dos tipos generales de pipetas:a) Pipetas volumtricas: Sirven para transvasar o contener un determinado

volumen de lquido. Su parte central est ensanchada en forma de bulbo, noposeen graduacin y generalmente son de un solo aforo.

b) Pipetas graduadas: Capaces de contener un volumen de lquido comprendidoentre cero y el mximo de la capacidad del instrumento, que puede ser50,25,20,10,5,2,1,0,5, 0,2 y 0,1 mL. Para anlisis especiales existen pipetasde 5,2 y 1 mL divididas en centsimas, reciben el nombre de micropipetas.Existen a su vez dos tipos de pipetas graduadas: las de un solo aforo y las de

doble aforo. En las primeras (pipetas terminales) el volumen total indicado porla pipeta est comprendido entre cero y la punta. En las de doble aforo (pipetasno terminales), el aforo inicial corresponde a cero y el inferior a la divisin queindica la capacidad total de la pipeta.

7) Buretas: Son tubos largos de vidrio que se emplea siempre en forma fija yvertical, perfectamente graduadas, de dimetro inferior uniforme y pequeo,abiertas por su extremidad superior y terminadas en punta afilada en suextremo inferior, con un dispositivo en forma de llave que regula la salida dellquido y se utilizan sobre todo en las titulaciones. Las buretas se puedenconsiderar como pipetas graduadas con una llave de paso para poder medir losvolmenes con mayor exactitud que estas. Las capacidades ms frecuentes de

las buretas son de 50,25 y 10 mL.Sean las buretas de una u otra clase, el tubo de salida debe estrecharsegradualmente en su extremo y tener un dimetro tal que permita la salida deuna gota de lquido de volumen mucho menor del que se pueda apreciar entrelas divisiones ms finas marcadas en la escala de la bureta.

MATERIAL DE PORCELANA

Tambin se fabrica instrumental de porcelana, por ser ms resistente que el vidrio,y se usa, por lo general, cuando se van a someter sustancias a elevadas temperaturas(crisoles), cuando es necesario triturarlas (morteros) o evaporarlas completamente

(cpsulas.1) Cpsulas: Son recipientes de forma cnica muy resistentes a las altas

temperaturas. Se presentan en diferentes tamaos, pueden ser hondas ollanas y se utilizan para verificar reacciones qumicas, calentar sustancias yevaporar lquidos. Tambin las hay de vidrio.

2) Crisoles:Son recipientes en forma de vaso, por lo general provistos de tapa,y estn especialmente diseados y adaptados para soportar altastemperaturas. Se emplean muy especialmente en la calcinacin e incineracinde sustancias qumicas. Se fabrican tambin de platino y de vidrio.


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3) Morteros: Instrumento de paredes gruesas y en forma de taza que secomplementa con un mango o vstago. Se emplean para triturar y pulverizarsustancias. Las hay tambin de vidrio y metlica.

FUNDAMENTO TERICO: Se dar una breve descripcin de algunos de losequipos que van a emplearse en esta prctica.

1) Uso de las Probetas: Para medir el volumen deseado se vierte el lquido enla probeta (cilindro graduado) hasta que su nivel coincida con la marca degraduacin correspondiente. La probeta no es un instrumento de muchaprecisin, y sta disminuye a medida que aumenta la capacidad de la misma,por esta razn, dependiendo de la situacin, se usa entonces la probeta mspequea posible.

2) Uso de las Pipetas: Las pipetas estn diseadas para permitir el transvasede volmenes exactamente conocidos de un recipiente a otro. Una Pipeta

aforada o volumtrica verter un volumen nico y fijo entre 0,5 y 200 mL;muchas de estas pipetas tienen un cdigo de color que indica el volumen ypermiten su identificacin y clasificacin. Las pipetas graduadas estncalibradas en unidades adecuadas que permitan el vertido de cualquiervolumen inferior al de su capacidad mxima; los tamaos oscilan entre 0,1 y25 mL.

Al usar las pipetas aforadas y graduadas se llenan hasta una marca inicial secalibracin; la forma en que se realiza el vertido depende del modelo. Debido a lasfuerzas de adhesin entre el vidrio y la mayora de los lquidos, tiende a quedar unagota a la salida de la pipeta, esta gota se tiene en cuenta en algunas pipetas pero en

otras no (aforadas).La punta de la pipeta debe mantenerse sumergida en el lquido durante la operacinde llenado, despus que se ha succionado el lquido se coloca rpidamente el dedondice en la abertura superior de la pipeta y se deja salir lquido hasta que la parteinferior del menisco coincida con la marca de aforo.

En la Figura 1.4 se muestra algunos de los tipos ms comunes de pipetas, tanto detipo volumtricas como graduadas.


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Figura 1.4.

Pipetas tpicas: a) Volumtrica b) Mohr c) serolgica

3) Uso de las buretas: Las buretas, al igual que las pipetas graduadas permitenverter cualquier volumen inferior a su mxima capacidad. La precisin que sepuede alcanzar con una bureta, es notablemente mayor que la conseguida conuna pipeta. La principal diferencia entre las buretas estriba en el tipo de llave.Las buretas con llave de vidrio necesitan un lubricante entre la superficieesmerilada de la llave y la de la base para conseguir un buen cierre. Algunassoluciones, principalmente las alcalinas, producirn despus de algn tiempola obturacin y atasque de la llave, por lo tanto es necesario una limpieza afondo despus de cada uso.

Para su uso, la bureta limpia se cura tres veces con el reactivo que se va a usar yluego se llena con el mismo, utilizando frecuentemente un embudo. Como el volumentransferido se determina por diferencia, no es necesario que el nivel inicial del lquidoest en cero. Hay que tener cuidado en que no queden burbujas de aire en el inferiordel lquido, y adems de ajustar el nivel inicial del menisco el pico de la bureta debeestar completamente lleno de lquido. El uso de la bureta es ms eficiente si se manejala llave con la mano izquierda. No se deben dejar jotas de lquido suspendida en la


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punta de la bureta contra la pared interna del recipiente al cual de est transfiriendo ellquido.

Figura 1.5.a) Bureta b) manera correcta de tomar la llave

(Tomado de Day. Underwood Qumica Analtica Cuantitativa PrenticeHall)

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: (Se le recomienda al estudiante que antesde iniciar la parte experimental relativa al uso del mechero y a la transferencia ymedida de lquidos y slidos, lea y estudie de manera completa y cuidadosa toda la

informacin referente a instrucciones generales para los trabajos prcticosespecialmente las que ataen directamente a los dos puntos anteriores).

Transferencia y medida de slidos y lquidos:

i) Despus de la explicacin del manejo y uso de las balanzas se realizarn variaspesadas utilizando un slido provisto en el laboratorio por el docente o elpreparador.

ii)Se determinar la densidad de una solucin de sulfato de cobre II (CuSO4), paraello se mide con una bureta tres volmenes diferentes de solucin que sedescargan en tres breakers previamente limpios, secos y pesados. Losbeakers anteriores se pesan de nuevo con la solucin de CuSO4; con los valores

ya determinados de masa y volumen de solucin, se realizan los clculoscorrespondientes para obtener la densidad, as como la desviacin absoluta yrelativa de la medida realizada.

iii)Se calcular el volumen de una gota de agua, para lo cual se recoge en unbeaker limpio, seco y previamente pesadoun volumen determinado de aguadescargado gota a gota desde una bureta. Se cuenta el nmero de gotasrecogidas en el beaker y se pesan, realizando una relacin simple se obtiene elvolumen y masa de una gota.


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ANOTACIONES: El estudiante deber llevar un registro de las siguientesanotaciones y determinaciones experimentales realizadas en la prctica.

1) Volumen en mL de solucin acuosa de sulfato cprico (CuSO4) para cada unade las tres (3) determinaciones a realizar.

2) Peso en gramos de cada una de las tres soluciones anteriores de CuSO43) Densidad en g/mL para cada una de las experiencias anteriores.4) Densidad promedio de la solucin de CuSO4en g/mL.5) Desviacin relativa de la medida anterior.6) Masa en gramos y volumen en mL de una cierta cantidad de agua descargada

con la bureta.7) Nmero de gotas de agua contenidas en la mediacin anterior.8) Volumen en mL de una gota de agua.9) Apreciacin de los equipos utilizados.10) Observaciones, discusin de resultados y conclusiones.

PREGUNTAS Y PROBLEMAS

1) Qu instrumento utilizara para realizar las siguientes actividades?a) Medir con gran precisin volmenes de lquidos.b) Extraer y medir cantidades pequeas de lquidos.c) Filtrar una suspensin de un lquido.d) Evaporar una solucin hasta sequedad completa.e) Hervir un lquido hasta su punto de ebullicin.f) Determinar masas.

g) Generar calor.h) Montar aparatos.

2) Una bureta tiene veinte (20) divisiones entre dos medidas consecutivas devolumen. Qu % de error se producir en dicha bureta al descargar 25 cm3de lquido?

3) Con una bureta de apreciacin 0,05 mL se miden 6,25 mL de una sustancia A,5,50 mL de una sustancia B y 3,80 mL de una sustancia C. Si las tressustancias fueron colocadas en un mismo vaso de precipitado. Cul ser entrminos de volumen el error mximo cometido en la operacin anterior?Cul ser el grado de incertidumbre de dicha medida?

4) Un termmetro domestico para uso medicinal tiene una apreciacin de 0,1C, mientras que otro termmetro de uso cientfico tiene una apreciacin de 0,02 C. Exprese el porcentaje de error esperado al medir una temperatura de39,8 C utilizando cada uno de los termmetros anteriores.

5) El peso de un objeto es determinado en una balanza de platillos y en unabalanza de resorte y en ambos el resultado de la medida fue de 300 gramos.Si imaginamos las balanzas (con todo su equipo) trasladadas a la Luna, cul


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sera all en cada balanza, el peso del objeto? La gravedad en la Luna esaproximadamente 1/6 del de la tierra.

6) Se quiere determinar de manera rpida (pero no muy precisa) la densidad deun slido que posee una masa de 235,4 g. Para esto se coloca en un cilindrograduado que contiene agua destilada hasta una marca de 75,0 mL,ascendiendo el menisco hasta una marca de 110,7 mL. Calcule la densidad delslido en g/mL.

7) Un tubito de vidrio pesa 2,2645 g cuando est vaco y 24032 g cuando se llenacon agua destilada hasta una seal grabada en el mismo. El mismo tubito seseca y se llena con una disolucin acuosa hasta la misma marca anterior,entrndose ahora que el peso es de 2,5123 g. Si todas las medidas fueronhechas a la misma temperatura, cuntas vale la densidad de la solucincuando se la compara con la del agua?Si se quisiera conocer el volumen del tubito de vidrio, qu informacin extra

se debera conocer? Explique.

8) En la presente tabla se dan algunos valores del volumen en mL de 1 gramo deagua para diversas temperaturas en C.

T(C) V(mL) T(C) V(mL)15 1,0019 24 1,003717 1,0023 26 1,004220 1,0028 28 1,004822 1,0033 30 1,0054

Se desea calibrar una bureta de 50 mL, para este fin la bureta se enrasa con aguadestilada hasta la marca del cero y se descarga hasta la marca de 50 en un vaso deprecipitado. Si el peso del vaso vaco y seco fue de 32,46 g antes de aadir el agua y82,47 despus de aadida, y la temperatura del ambiente y del agua fue de 26 C.

a) Cul es el volumen real de la bureta?b) Cul es el error relativo (en partes por mil) de la medida anterior?

9) Con la misma bureta anterior se calibra a su vez un matraz de 100 mL; paratal fin se descarg por dos veces consecutivas la bureta llena de aguadestilada sobre el matraz limpio y seco, adems hubo que agregar 0,5 mL deagua para llegar a la marca de enrase del matraz. Si esta operacin se realiza una temperatura de 26 C. Cul sera el volumen real de este matraz?Cul es ell error relativo en la determinacin anterior?

10) En los aparatos volumtricos de vidrio se desprecia generalmente el+coeficiente de expansin del vidrio por ser ste muy pequeo comparado conel coeficiente de expansin del lquido que se coloca en el instrumento. Lafrmula siguiente permite corregir el volumen del lquido en funcin de latemperatura centgrada.

V2= V1 + (T2T1)


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Donde V2 y V1 son volmenes del lquido a la temperaturas T2 y T1respectivamente y es el coeficiente de expansin cbica por C del lquido que semide.

Si se toman 46,50 mL de una solucin acuosa a 10 C. Qu volumen ocuparesta misma muestra a 90 C conociendo que el coeficiente de expansin cbica de lasolucin es de 0,028 por cada 100 C? Cul sera el error relativo en la medidaanterior si no se aplica la correccin del volumen con la temperatura?


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PRCTICA N 2REACTIVIDAD RELATIVA DE UN GRUPO DE METALES

OBJETIVO DE LA PRCTICA:Determinar cualitativamente la reactividad relativade un grupo de metales, estudiando sus reacciones con un cido inorgnico diluido ycon soluciones acuosas de algunas de sus mismas sales metlicas.

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIN:Se examinar cuidadosamente muestrasde tres (3) metales diferentes y algunas de sus propiedades sern anotadas ytabuladas. Una muestra, por separado, de cada uno de los metales seleccionados seraadida al cido inorgnico diluido proporcionado en el laboratorio, y lasobservaciones iniciales y finales sern usadas para determinar si la reaccin ocurri ono.

A continuacin una muestra de cada uno de los metales seleccionados ser

aadida, por separado, a soluciones acuosas de sales de los mismos metalesestudiados, y las observaciones iniciales y finales sern tambin usadas paradeterminar si la reaccin ocurri o no.

De los resultados recabados en las dos experiencias anteriores, los metales podrnser ordenados en orden decreciente de reactividad.

INTRODUCCIN: En el campo de las Ciencias de la Ingeniera es de muchaimportancia el conocimiento, aplicacin y manejo de la reactividad de los metales queentran en juego en un proceso en particular. As en los procesos de Control deCorrosin, Mantenimiento Industrial, Seleccin de Materiales, Anlisis de Fallas, etc.,hay que tomar en cuenta las caractersticas reactivas de los metales involucrados.En lneas generales, cuando dos metales distintos se encuentran en contacto

electroqumico entre s, el metal ms reactivo de corroe (destruye) de manerapreferencial, y en algunos casos de forma pronunciada.

El conocimiento de la reactividad de los distintos metales sirve como base en laingeniera para el diseo y desarrollo de tcnicas de proteccin de otros metales quehan sido empleados en la construccin de piezas, aparatos, instrumentos ymaquinarias de valor econmico relativamente alto.

Si nos referimos al hierro, por ejemplo, que es el metal ms empleado en laindustria y en la vida diaria, veremos que este puede ser protegido, entre otrosmtodos, mediante recubrimientos con otros metales ms reactivos como el cinc,aluminio o cromo que son capaces de formar una capa protectora de xido metlico,por su accin impermeable frena el proceso de desgaste y corrosin en el hierro

estos metales son ms reactivos con el oxgeno del aire hmedo que lo que es elhierro con el mismo gas).Tambin puede cubrirse la superficie del hierro o del acero con recubrimientos

delgados de metales menos reactivos como pueden ser el nquel, estao, plomo, cobreo plata que crean una barrera protectora contra la corrosin.

Otra tcnica utilizada en la proteccin de estructuras de hierro y acero, como sonlos tanques de agua y combustible, gasoductos, tuberas, barcos y otrasembarcaciones etc., es la Proteccin Catdicaque consiste en el sacrificio de unmetal mucho ms reactivo que el hierro, como puede ser el magnesio o el zinc,producindose la oxidacin de estos ltimos y resguardando con esta accin la


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estructura de hierro. En este proceso de oxidacin del magnesio se ocasiona ladisolucin lenta del mismo, por lo cual hay que reemplazarlo de manera peridica.

FUNDAMENTO TERICO: Definimos una reaccin qumica como un procesomediante el cual una o ms sustancias de partida, se convierten en otras distintas. Lassustancias que se forman durante una reaccin qumica reciben el nombre deproductos y las que desaparecen de reacionantes. Las reacciones qumicas conbastante frecuencia producen indicios visuales que sealan su ocurrencia, sin embargono todas las reacciones qumicas son visibles. En ocasiones, el nico indicio de que seproduce una reaccin qumica es el cambio de temperatura al desprenderse oabsorberse calor.

Algunos de los hechos que ponen de manifiesto la ocurrencia de una reaccinqumica pueden ser agrupados en la siguiente lista:

a. Se origina algn cambio de coloracin, ya sea en una disolucin o en unslido.

b. Formacin de un precipitado.

c. Desprendimiento de un gas, observable por la formacin de burbujas queemergen del recipiente de reaccin.d. Aparicin de turbidez en el seno de una disolucin.e. Absorcin o desprendimiento de calor o de otra forma de energa tal como luz

o electricidad.La representacin simblica de una reaccin qumica la hacemos mediante la

denominada ecuacin qumica y esta nos aportar, entre otras cosas, los mediosnecesarios para:

a. Resumir la reaccin.b. Determinar las sustancias que reaccionan.c. Predecir los productos que se forman.

d. Indicar las cantidades de todas las sustancias que participan en dichareaccin.Las reacciones qumicas ordinarias pueden ser clasificadas, de manera arbitraria,

en cinco categoras distintas para las cuales pueden escribirse las ecuaciones qumicascorrespondientes. (En el esquema siguiente A, B, X yZson elementos o compuestos;H y O conservan su significado habitual).

1) Reacciones de Combinacin:A + Z AZ

2) Reacciones de Descomposicin:AZ A + Z

3) Reacciones de Sustitucin nica:

A + BZ AZ + B4) Reacciones de Sustitucin Doble:

AX + BZ AZ5) Reacciones de Neutralizacin:

HX + BOH BX + HOH

Las reacciones involucradas en esta prctica de laboratorio corresponden aReacciones de Sustitucin nica, donde un elemento reacciona reemplazando a


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otro elemento en un compuesto. Este tipo de reaccin est representado por dossituaciones generales.

a) Un no-metal sustituye a un ion no metlico de su sal o cido.b) Un metal sustituye a un ion en su sal (i), o un ion hidrgeno (ii) en el cido

correspondiente: las ecuaciones implicadas en este caso particular son lassiguientes:

i)A + BZ AZ + By

ii) A + HX AX + H2En el segundo caso contemplado (b), que es la situacin objeto de esta prctica, el

metal A slo reemplazar al metal Bde una de sus sales o al hidrgeno (H) en loscidos correspondientes, cuando el metal Asea ms reactivo que el metal Bo que elhidrgeno; en caso contrario no podr ocurrir el proceso de sustitucin nica oreemplazo, no producindose por lo tanto ningn tipo de reaccin.

Ha sido posible acomodar a los metales en un orden de reactividad determinado,por ejemplo decreciente, de tal modo que cada miembro de la serie podr desplazar

de su sal a cualquier miembro de la misma serie que aparezca a la derecha de l. Unejemplo abreviado de esta serie de reactividad decreciente lo representa la siguientelista de metales (en esta lista se incorpora el Hque no es un metal).

Li, K, Ba, Ca, Na, Al, Mn, Cr, Fe, Cd, Tl, Co, Ni, Sn, Pb, H, Hg, As, Ag, Pd, Pt, Au

De esta serie es posible predecir muchas reacciones qumicas. Cualquier metal dela lista desplazar de una sal los iones de aquellos metales que aparezcan en cualquierlugar a la derecha de l en la misma lista, o desplazar el hidrgeno (H) de uno de suscidos si ste se encuentra a la derecha de l en la misma ordenacin. As el litio (Li)desplazar a los otros metales de sus sales o al hidrgeno de sus cidos, el potasio (K)

desplazar de sus sales, exceptuando al litio, a los otros metales de la serie y assucesivamente. (En la lista, el oro sera el menos reactivo de todos los metales).Utilizando la serie anterior, el estudiante podr inferir la reactividad relativa de un

grupo de metales ante un reactivo comn. Un metal puede reaccionar con un reactivoespecfico, pero tambin es posible que no ocurra ninguna clase de reaccin. De lamisma manera un metal puede reaccionar con un reactivo especfico a una velocidaddiferente que otros metales que tambin reaccionan con dicho reactivo, estodepender de que tanto alejado, a la izquierda, est dicho metal del reactivoconsiderado en la serie de reactividad. De esta manera pudiera inferirse el orden dereactividad relativa de dichos metales.

(Figura 2.1)


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En la figura 2.1 se muestra una lmina de aluminio metlico sumergida en unasolucin de sulfato ferroso; como el aluminio es ms activo que el hierro desplazar aeste ltimo de la solucin precipitndolo y pasando l a la solucin.

(Series de actividad para otros elementos tambin pueden ser planteadas; para laserie de los halgenos podemos escribir en orden decreciente de reactividad: F2, Cl2,Br2, I2).

En esta prctica el aluminio trabajar con muestras de los metales magnesio (Mg),cinc (Zn) y cobre (Cu); con una solucin de cido clorhdrico 6M y con solucionesacuosas de las sales MgSO4, ZnSO4y CuSO4todas 0,5 M.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:a) Apariencia de los metales:

El estudiante examinar cuidadosamente las muestras de Mg, Zn y Cu que lefueron suministradas y anotar propiedades tales como color, aspecto,textura, brillo y forma inicial.

b) Reaccin con HCl 6M:En tres tubos de ensayo limpios y previamente identificados coloque 3 mL deHCl 6M, medidos mediante un cilindro graduado de 10 mL. Coloque en un tubode ensayo la muestra de magnesio, en otro la muestra de cobre. El metal queno haya mencionado ser colocado en el recipiente designado por el instructorde laboratorio.

c) Reaccin de metales con soluciones de sus sales:El estudiante utilizar nueve (9) tubos de ensayo perfectamente limpios eidentificados; en tres de ellos colocar tres (3) mL de solucin acuosa deCuSO40,5 M; en otros tres tubos de ensayo colocar tres (3) mL de solucinacuosa de ZnSO4y en los tres ltimos tubos de ensayo colocar tres (3) mL de

solucin acuosa de MgSO40,5 M (todos los volmenes sern medidos con uncilindro graduado de 10 mL).A los tres tubos de ensayo conteniendo una solucin en particular, por ejemplo

MgSO40,5 M, aadir en unos de los tubos una muestra de magnesio, en otro de lostubos una muestra de cinc y en el tercero una muestra de cobre. Este mismo procesolo repetir de manera similar para cada una de las otras dos soluciones acuosas(ZnSO40,5M y CuSO40,5M).

(Figura 2.2)


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En la figura 2.2 se muestra la reaccin de seis metales diferentes con una mismasolucin cida (HCl 1M). Observe la disminucin de la reactividad desde el aluminio(muy reactiva ) hasta la plata (no reacciona).

(Figura 2.3)En la figura 2.3 se observa la reaccin de tres metales diferentes con la misma

solucin acuosa de una de los metales utilizados. Ntese que en1no hay ningn tipode reaccin y que en 3se presenta la reaccin ms enrgica.


a) Reaccin con HCl 6M:1) Anote todas las observaciones pertinentes a las reacciones de los metales

suministrados en el laboratorio con el HCl 6M. estas anotaciones deben incluirtanto las observaciones hechas cuando el metal fue aadido inicialmente a lasolucin cida, as como tambin las observaciones hechas despus de 10minutos de reaccin.

2) Anote todas las observaciones pertinentes a la velocidad relativa de reaccinde los metales con el cido clorhdrico.

3) Basndose en las observaciones anteriores ordene los metales en ordendecreciente de reactividad.

4) Escriba las ecuaciones qumicas correspondiente a la reaccin de cada metalcon el cido clorhdrico.

b) Reaccin de metales con soluciones de sus sales:1) Anote todas las observaciones pertinentes a las reacciones de los metales

suministrados en el laboratorio con las distintas soluciones acuosas de sussales. Estas anotaciones deben incluir tanto las observaciones hechas cuandoel metal fue aadido inicialmente a la solucin de la sal del metal, as comotambin las observaciones hechas despus de 10 minutos de reaccin.

2) Anote todas las observaciones pertinentes a la velocidad relativa de reaccin

de los metales con las soluciones de las sales metlicas correspondientes.3) En base a las observaciones anteriores ordene los metales en ordendecreciente de reactividad.

4) Escriba las ecuaciones qumicas correspondientes a la reaccin de cada metalcon cada una de las soluciones metlicas suministrada.

c) Observaciones, discusin de resultados y conclusiones.


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(Cuando sea necesario utilice la serie de actividad de los metales presentada enesta misma prctica en la pgina nmero 63).

1) Cuando se ponen limaduras de acero en una solucin de CuSO4, el acero secubre de cobre y se desvanece lentamente el color azul caracterstico de lassoluciones de sulfato de cobre. Interprete lo anterior mediante una ecuacinqumica.

2) Utilizando la serie de actividad de los metales conteste lo siguiente: Podrautilizarse sin ningn peligro una solucin de cido clorhdrico (HCl) paralimpiar una pieza de oro puro? Podra guardarse sin ningn riesgo unasolucin de Hg+2 en un tanque de acero? Podra guardarse sin ningninconveniente una solucin de cloruro de sodio en un recipiente de aluminio?Explique.

3) Explique si los siguientes pares de reactivos reaccionan o no en solucinacuosa:

a) Ba + Ca+2 b) Ag + H+ c) As + Mn+2 d) Al + CdSO4(ac)

4) En la corrosin de un metal, ste se oxida con el oxgeno atmosfrico enpresencia de humedad ambiental. Escriba una ecuacin balanceada para lacorrosin de los metales: aluminio, hierro, cromo y nquel con O2atmosfrico.

5) A partir de la serie de actividad de los metales, prediga lo siguiente:a) Qu especie convierte el Sn+en Sn pero no convierte el Co+2en Co?

b) Qu especies convierten el Cd+2

en Cd pero no convierten el Al? Explique.6) El aluminio, magnesio, manganeso, plomo y cinc desplazan a la plata de sus

soluciones acuosas. Qu cantidad de metal desplazar la mayor masa deplata si se agrega a una solucin saturada de nitrato de plata (AgNO3).

a) 1,00 g de Al b) 1,00 g de Mg c) 2,00 g de Fe d) 4,00 g de Zne) 5,00 g de Pb

7) Cul de las siguientes cantidades de metal desplazar el mayor nmero demoles de hidrgeno (H2) cuando se aade a un exceso de HClO4 1,00M?

a) 3,00 g de Al b) 2,00 g de Ag c) 3,00 g de Mn d) 10,00 g de Sne) 5,00 g de Hg

8) Una vez mezclados, Cul de las siguientes parejas de reactivos deberanproducir una reaccin espontnea?

a) Ni+2y Al+3 b) Co y Sn+2 c) H2 y Na+ d) Pb y Li+ e) H+ y Co+2f) Fe y Ag+

9) Una vez mezclados, todas menos una de las siguientes parejas de reactivosproducen una reaccin la reaccin espontnea?

a) Ca y Al+3 b) Na y Fe+2 c) Fe y H+ d) Ag+y Hg e) Mn y Ba+2


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f) Au y Cd+210) Si se aade 1 g de Mn metlico a 150 mL de solucin de Sn(NO3)2 0,500 M

Cuntos gramos de estao metlico pueden formarse?Suponiendo que no hay cambio en el volumen de la solucin. Qu concentracin

de Sn quedar en solucin?

11) Un estudiante obtiene los siguientes resultados en el estudio de la reactividadde los metales F, G, H y J con sus respectivas sales FX, GX, HX y JX.

SALES METLICASMETALES FX GX HX JX

F No No No SiG Si No No SiH Si Si No SiJ No No No No

Ordene los metales en orden decreciente de reactividad (Si significa que reaccionay No significa que no hay reaccin).

12) Si la reactividad de los metales A, B, C, D Y E es : D> A> C> E. Llene la tablasiguiente con los resultados que usted esperara encontrar al hacer reaccionara estos metales con sus sales, y las sales de los otros metales. (Si reaccionaindquelo con Si, e indique con Nola situacin contraria).

SALES METLICASMETALES AZ BZ CZ DZ EZ

ABC

DE


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PRCTICA N 3EVALUACIN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES

OBJETIVO DE LA PRCTICA:Evaluar, mediante mediciones P, V y T la ConstanteUniversal de los Gases (R).

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIN: Haciendo uso de una reaccin dedesplazamiento, en la cual un metal sustituye al ion hidrgeno de su cidocorrespondiente, se obtendrn datos de presin, volumen y temperatura del gasrecogido. Conocida perfectamente la estequiometria de al reaccin utilizada, podrcalcularse el nmero de moles de gas hidrgeno producido. Sustituyendoconvenientemente en el Ecuacin de Estado del Gas Ideal los valores del nmero demoles del gas recogido, as como los valores PVT previamente, determinados se podrobtener el valor de la Constante Universal de los Gases.

INTRODUCCIN: En la tecnologa moderna los cientficos e ingenieros querealizan nuevos desarrollos y diseos, deben conocer con bastante exactitud laspropiedades de los gases, lquidos y slidos con los cuales trabajan. Si estndiseando equipos, por ejemplo el volumen de un reactor, necesitan entonces conocerla densidad del gas o del lquido que introducirn en el mismo en funcin de latemperatura y presin y presin aplicadas. Si estn interesados en predecir, porejemplo, la extensin de una precipitacin pluvial, tienen que conocer la relacin entrela presin de vapor de agua y la temperatura. Podran ponerse innumerables ejemplosen los Campos de la Ciencia y de la Ingeniera donde se hace imprescindible elconocimiento de las propiedades de los fluidos (gases y lquidos) y de los slidos. Elconocimiento del comportamiento de los gases y la prediccin de los cambios que

experimentan sus propiedades cuando se modifican las condiciones externas resultade mucha importancia, pues gran cantidad de procesos y fenmenos que nos rodeany afectan estn directamente relacionados con dicho conocimiento. Fenmenos comopor ejemplo, la respiracin, accin de anestsicos, riesgos del submarinismo, cambiosclimticos, humedad y estabilidad atmosfrica, prediccin del tiempo, contaminacinambiental, evaporacin de masas de agua etc, estn relacionados con las propiedadesde los gases. En el campo ingeneril, el conocimiento de las propiedades de los gases,as como el manejo de los mismos, es fundamental para el buen funcionamiento demuchas empresas e industrias que hacen uso de aparatos y maquinarias que implicanel empleo de gases, como son: compresores y expansores; hornos, quemadores ymecheros, motores de combustin, reactores y turbinas; calentadores y

refrigeradores; mquinas de vapor, bombas de vaco, destiladores, extintores ymuchos ms.Evidentemente, como no es posible tener a la mano datos detallados y confiables

de tipo experimental referentes a todos los gases puros mezclas de los mismos, sehace necesario establecer una ecuacin que nos permita estimar y predecir laspropiedades de dicho estado de agregacin. Esta ecuacin recibe el nombre deEcuacin de Estado y una expresin matemtica de la misma sera:

F(V,P,T,n) = O


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c) Relacin entre V y n:A presin y temperatura constante el volumen de unamasa dada de gas es directamente proporcional a la cantidad de sustanciapresente. Esta relacin se conoce como Ley de Avogadroy puede ser escritamatemticamente como:

V n (a P y T constante)

En los dibujos siguientes (figura 4.1) se muestra en forma grfica las leyes deBoyle (a), Charles y Gay Lussac (b) y Avogadro (c).

(Figura 4.1)

Los gases que cumplen de manera simultnea con las leyes de Boyle, Charles yAvogadro son llamados Gases Ideales.

Las tres ecuaciones anteriores que representan el comportamiento PVT de losgases ideales pueden ser agrupadas en una simple ecuacin que relacione volumen,temperatura, presin y cantidad de substancia presente. Ya que V es inversamenteproporcionan a Py directamente proporcional T y a n, podemos escribir:

P

nTV

Introduciendo la constante de proporcionalidad adecuada que nos transforme laproporcin anterior en una igualdad, denotando a dicha constante con la letra R ymultiplicando ambos lados de la igualdad por P, podemos encontrar la llamadaEcuacin de Estado del Gas Ideal.

PV = nRTEn esta expresin la cantidad R que aparece en la ecuacin de estado del gas ideal,

es una constante de tipo universal; (su valor es el mismo para todos los gases y esindependiente de los valores de P,V,T y n empleados)

Para determinar el valor de R, slo se necesita establecer experimentalmente unaserie de valores de P,V,T y n en la ecuacin de estado del gas ideal. Sabiendo porejemplo, que 32 g de oxgeno (1 mol) a 0 C (273 K) y 1 atm de presin, ocupan unvolumen de 22,4 litros, podemos despejar a R de la ecuacin de estado del gas idealy sustituir los valores PVTn reportados.


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molxK

atmL

xmol

Lxatm

nT

PVR

082,0

2731

4,221

El valor numrico de R depender, por supuesto, de las unidades empleadas en ladeterminacin de la misma. Otros valores de R empleados en los clculos corrientesde la ingeniera son:

mollbxR

ftxmmHg

molxK

LxmmHg

mollbxK

ftxatm

molxK

cmxatm

9,554

36,62

314,1

06,82

3

33

La Constante Universal de los gases (R) no slo interviene en los clculos PVT, sinotambin juega un papel muy importante en todos los fenmenos que comprendencambios energticos en los sistemas moleculares. Este aspecto de la constante de losgases no debe sorprender si se tiene en cuenta que R posee las dimensiones deenerga.

Podemos observar que dimensionalmente:

LongitudxFuerzaLongitudxrearea

FuerzaVolumenxesin Pr

Las magnitudes de fuerza multiplicada por longitud son una energa. Se deduce que

R tendr las dimensiones de energa por grado y por mol. Algunos de los valoresnumricos de R que corresponden a unidades de energa se indican a continuacin:

1,987 cal 8,314 Joule 5,82 x 10-4 Kw-hrK x mol K x mol R x -mol

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: En esta prctica se recoger gas hidrgenomediante la reaccin de magnesio metlico con una solucin 1.0 N de HCl. El metalser el reactivo limitante en esta reaccin de sustitucin.

Monte el aparato para la recoleccin y medicin del gas hidrgeno tal como semuestra en la figura adjunta 4.2. el montaje consta de una jeringa de 50 mL, provistade un mbolo, un tubo de ensayo de (25 x 200) mm, un tapn de goma N 5 y lasconexiones de vidrio y goma apropiadas.


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(Figura 4.2)Mantenga la jeringa en posicin horizontal usando un soporte universal provisto de

una pinza. Pipete 4 mL de HCl 1,0 N e introdzcalo en el fondo del tubo de ensayo,incline el tubo de ensayo y coloque una cinta de magnesio humedecida con agua de talmanera que descanse en una de las paredes internas del tubo, teniendo mucho

cuidado que la cinta de magnesio no entre en contacto con la solucin de HCl.Introduzca todo el mbolo en la jeringa, gire el mbolo de manera tal que sterote en la jeringa sin mucha friccin. Inserte cuidadosamente el tapn de goma degoma que est conectado con la jeringa en el tubo de ensayo, no permitiendo que lacinta de magnesio caiga en la solucin cida; al realizar esta operacin el mbolo dela jeringa se mover ligeramente hacia fuera debido al aire desplazado por el tapn degoma, la posicin del mbolo en la jeringa le dar el volumen inicial de la misma(tmelo como su volumen cero). Mueva y agite el tubo de ensayo de manera tal quela cinta de magnesio se deslice por las paredes internas del tubo y caiga en la solucincida, producindose de inmediato una enrgica reaccin entre el metal y el cido,dando como resultado el desplazamiento del mbolo hacia fuera debido al gashidrgeno generado. Permita que la reaccin proceda hasta que todo el magnesio haya

reaccionado con el cido y no exista ms evolucin de burbujas de gas desde el fondodel tubo ensayo. Rote el mbolo para asegurarse que este no se peg, deje todo elmontaje en reposo durante 5 minutos con el fin de que se restablezca el equilibrioentre el aparato y el medio exterior. Rote el mbolo de nuevo y anote el volumen finalde la jeringa, as como la presin baromtrica y la temperatura ambiente. Vace ydescarte el contenido del tubo de ensayo y repita el experimento por dos veces ms(el tubo de ensayo no necesita ser limpiado para las pruebas subsecuentes).


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CLCULOS: Los clculos siguientes son vlidos para cada una de las tresdeterminaciones experimentales a realizar:

1) Nmero de moles de magnesio:

molg

gMgdeacdemasaMgdemolesdeN

/31,24

)(int

(6.1)

2) Nmero de moles de gas hidrgeno recogido:Conocida la estequiometria de la reaccin.

Mg(s) + 2HCl(ac) MgCl2(ac) + H2

Podemos escribir la siguiente relacin:

nMgnHdondedenMg

nH

2

2 ;1

1

(6.2)

3) Presin de vapor del gas:La presin de vapor de agua puede ser calculada de varias maneras, queaunque diferentes nos dan la misma informacin, por ejemplo; ya sea utilizadouna tabla de datos experimentales entre presin de vapor y temperatura, omediante una expresin analtica, o mediante un grfico de valores de presinde vapor y temperatura, o mediante una expresin analtica, o mediante ungrfico de valores de presin de vapor contra temperatura. En la pginasiguiente se muestran las tres opciones presentadas en este punto.

Temperatura Pv(mmHg) Temperatura(C)

Pv(mmHg)

20 17,5 26 25,221 18,7 27 26,722 19,8 28 28,323 21,1 29 30,0024 22,4 30 31,825 23,8 31 33,7

(Tabla 6.1)

La presin de vapor de agua tambin puede ser calculada analticamente utilizando

la Ecuacin de Antoine:log Pv = 8,10765 1750,286/(235 + t) (6.3)

La cual nos da la relacin entre la presin de vapor (Pv) del agua en mmHg y latemperatura en grados centgrados (C). La ecuacin anterior es vlida desde 0 Chasta 60 C, lo que cubre todo mbito posible de las experiencias de laboratorio.


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(Figura 4.3)(Grfico de presin de vapor de agua pura contra temperatura)

4) Presin corregida (P.c) en atmsferas.

atmmmHg

mmHgPvmmHgaBaromtricPcP

/760

)()(..

(6.4)

5) Volumen de gas hidrgeno recogido:Se calcula por la diferencia de volumen (en mL) medidos con la jeringa degases.

V H2= Volumen final Volumen inicial

Transforme el volumen de hidrgeno recogido de mL a litros, multiplicando por elfactor: 1 litro / 103mL

6) Constante Universal de los Gases:Emplee la ecuacin de Estado del gas ideal en la forma:

(6.6)

Donde Pest en atmsferas de Estado, Ven litros, Ten grados absolutos (K) y nest en moles.


1) Masa en gramos de la cinta de magnesio en cada una de as tres (3)determinaciones.

nT

PV

R


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2) Nmero de moles de magnesio en las determinaciones anteriores.3) Nmero de moles de gas hidrgeno recogidos en las mediciones previas.4) Volumen de H2en mL recogidos en las tres determinaciones precedentes.5) Presin baromtrica en mmHg.6) Presin de vapor de agua en mmHg.7) Presin corregida en atmsferas.8) Valor obtenido en la constante universal de los gases (R) para cada una de

las tres determinaciones realizadas.9) Valor promedio de la constante universal de los gases (R).10) Desviacin relativa de la medida de R.11) Error relativo en la medida de la constante R, tomando como valor verdadero

de dicha medida R = 0,082 L-atm/K x mol.12) Observaciones, discusin de resultados y conclusiones.


1. Qu

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