Informe II de analítica

7/28/2019 Informe II de analtica

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Laboratorio de Qumica analtica, Abril 2013

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Demostraciones experimentales sobre los tipos de equilibrio

Edward Charris Sanson11Universidad del Atlntico

Facultad de Ciencias Bsicas

Programa de Biologa

Resumen

Esta prctica se realiz con el fin de identificar experimentalmente los equilibrios que se presentanen una reaccin. Para ello se realiz un procedimiento por el tipo de equilibrio estudiado. Los equili-

brios con los que se realizaron las experiencias fueron: el equilibrio Redox, para el cual se utilizaron

reactivos tales como Nitrato Frrico 0.01 M y Yoduro de Potasio 0.40 M, que al agregar unas gotasde Yoduro de Potasio 0.40 M al Nitrato Frrico 0.01M, se obtuvo un color rojo sangre y al agregar

Nitrato Frrico a la solucin producida no hubo cambios en el color. Otro tipo de equilibrio estudia-do fue el equilibrio de transferencia cido-Base para el cual se usaron reactivos tales como aguadestilada, HCl, anaranjado de Metilo y NaOH; que al agregar HCl al agua destilada, no se presenta-ron cambios en la coloracin del sistema y al aadir el anaranjado de Metilo en la solucin se presen-t una coloracin rosada y con la adicin de NaOH se torn transparente. Otro equilibrio trabajadofue el equilibrio de formacin de complejos Metal-Ligando, en este se usaron reactivos como: para la

parte a: Nitrato Frrico 0.01 M, Tiocianato de Potasio 0.1 M y Nitrato de Plata 0.1 M, que al agregar-le Tiocianato de Potasio 0.1 M a la solucin de color rojo sangre resultante de la unin entre el Ni-trato Frrico y el Tiocianato de Potasio se obtuvo un precipitado de color blanco. Para la parte b: deSulfato de Cobre 0.01 M, Amonaco concentrado y HCl 37%; a la solucin de color azul formada

por sulfato de cobre y Amonaco concentrado se le agrego cido Clorhdrico lo cual no produjo nin-gn cambio en el color. Concluyendo de esta manera que en los equilibrio en solucin acuosa se en-cuentran intercambios de partculas, y que estas partculas pueden ser electrones, protones, ligandoso iones, adems, que a partir de estos intercambios entre reactivos o productos se producen reaccio-nes, en donde se llega a una igualdad de entre la velocidad de la reaccin directa (formacin de pro-ductos) y la reaccin reversible (formacin de reactivos), y que sta reaccin reversible se presenta

por el aumento en las concentraciones ( hay mayor choque entre las molculas presentes), entonces,cuando la reaccin llega a este punto decir que la reaccin esta en equilibrio qumico.

1. Introduccin

El equilibrio es un estado en el que no se observan

cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando unareaccin qumica llega al estado de equilibrio, las con-centraciones de reactivos y productos permanecenconstantes en el tiempo, sin que se produzcan cambiosvisibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecularexiste una gran actividad debido a que las molculasde reactivos siguen formando molculas de productos,y stas a su vez reaccionan para formar molculas dereactivos. Pocas reacciones qumicas proceden en una

sola direccin. La mayora son reversibles, al menosen cierto grado. Al inicio de un proceso reversible, lareaccin procede hacia la formacin de productos. Tan

pronto como se forman algunas molculas de produc-to, comienza el proceso inverso: estas molculas reac-cionan y forman molculas de reactivo. El equilibrioqumico se alcanza cuando las velocidades de las reac-ciones directa e inversa se igualan y las concentracio-nes de los reactivos y productos permanecen constan-tes. El equilibrio qumico es un proceso dinmico. Se

puede comparar con el movimiento de los esquiadores


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en un centro de esqu repleto de personas, donde elnmero de esquiadores que suben a la montaa por eltelefrico es igual al nmero de esquiadores que bajandeslizndose. Aunque hay un acarreo constante deesquiadores, la cantidad de personas que hay en la

cima y la que est en la base de la ladera no cambia.Cabe sealar que en el equilibrio qumico participandistintas sustancias, como reactivos y productos. Elequilibrio entre dos fases de la misma sustancia sedenomina equilibrio fsico porque los cambios quesuceden son procesos fsicos. La evaporacin de aguaen un recipiente cerrado a una temperatura determina-da es un ejemplo de equilibrio fsico [1]. Para cual-quier reaccin que se encuentre en equilibrio se derivauna constante utilizando los principios de velocidad,los cuales dicen como vara la concentracin de losreactivos o de los productos con el tiempo, esta velo-

cidad se expresa:V=

La constante de equilibrio, Keq, para la siguiente reac-cin se representa:

aA+ bB cC + dD

Keq=Donde a, b, c y d son los coeficientes estequiomtricos[2].Los diferentes tipos de equilibrio qumico que msinteresa a la qumica analtica son aquellos que seestablecen en soluciones acuosas y se caracterizan porintercambiar una determinada de clase de partculas.Estos equilibrios qumicos sencillos son:

Equilibrio de Oxidacin-Reduccin: La oxidacinse define como la prdida de electrones y la reduccincomo la ganancia de electrones por un tomo. A vecesla oxidacin se define como el aumento del estado deoxidacin de un elemento y la reduccin como unadisminucin del estado de oxidacin. En una reaccinRedox la oxidacin y la reduccin ocurren simult-neamente; depende la una de la otra, es decir; que enuna reaccin de OxidacinReduccin no hay excesoni deficiencia de electrones; por ejemplo:

2Fe2+ + 3Cl2 2FeCl3

Aqu, el agente oxidante es el Cloro (0), por ser lasustancia que causa la oxidacin del Hierro (II) y co-mo resultado su nmero de oxidacin disminuye (-I) yel agente reductor es el Hierro (II), por ser la sustancia

que causa la reduccin del Cloro (0) y como resultadosu nmero de oxidacin aumenta (III), en consecuen-cia el agente oxidante se reduce, y agente reductor seoxida.

Equilibrio de transferencia Acido-Base: Brnsted yLowry propusieron una definicin que establece queuna reaccin cido-base implica la transferencia de

protones; el cido es una especie (in o molcula) quedona un protn y la base es una especie (in o molcu-la) que acepta el protn. Ejemplos:

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O

+cido Base Base cido

En esta reaccin, el CH3COOH es el cido, porquedona, cede o intercambia un protn con la base que esel H2O, quien recibe el protn y forma su especie con-

jugada que es el ion H3O+. El cido Actico al cederel protn, se desprotona y forma su especie conjugadael ion CH3COO

-.

Formacin complejos Metal-Ligante: La mayora delos iones metlicos reaccionan con donadores de paresde electrones formando complejos o compuestos decoordinacin. La especie donadora, llamada ligando,debe tener disponible al menos un par de electrones nocompartido para formar un enlace covalente dativo. Elagua, el amoniaco y los iones de halogenuros son losligandos inorgnicos ms comunes de hecho muchos

iones metlicos existen en solucin acuosa comoacuocomplejos. El nmero de coordinacin de un ca-tin, es el nmero de enlaces covalente que tienden aformar con los donadores de electrones, o sea el nme-ro de ligandos unidos al ion metlico. Los nmeros decoordinacin ms comunes son: dos, cuatro y seis. Los

productos de coordinacin pueden ser especies concargas elctricas positivas, neutras o negativas. Porejemplo, en la reaccin del ion metlico Ag+ con lamolcula Amonaco, se forma el ion complejoAg(NH3)2

+, el cual tiene como nmero de coordina-cin dos (2). O sea dos ligandos unidos al ion Plata.

Ag+

+ 2NH3 Ag(NH3)2+

Formacin de precipitados: En este equilibrio se dala formacin de un segundo estado o fase de la mate-ria, dentro de una primera fase, es decir, se da la ob-tencin de materia slida que por efecto de ciertasreacciones qumicas se forma en el seno de una diso-lucin y se deposita ms o menos rpidamente. Esto eslo que se conoce comnmente como precipitado. El


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ion plata por ejemplo al mezclarse en solucin con ioncloruro en solucin, forma un slido insoluble de clo-ruro de plata.

Ag+ + Cl- AgCl(s)

2. Parte experimentalPara llevar a cabo la experiencia se siguieron los si-guientes pasos:

Para equilibrio de Oxidacin-Reduccin:En un tubo de ensayo, adicionar 1-2 ml de NitratoFrrico 0.01M, agregar unas gotas de Yoduro de Pota-sio 0.40M. Homogenice y anote las observaciones.Luego, adicione 10 gotas de Nitrato Frrico 0.01M.Mezclar anote las observaciones.

Para equilibrio de transferencia Acido-Base:A aproximadamente 20 ml de agua destilada en unvaso de 50 mL, adicione 5 gotas HCl 1M; luego algu-nas gotas del indicador anaranjado de Metilo, hastaque el color observado persista; luego adicione gotasde NaOH, usando la varilla agitadora para homogenei-zar la solucin hasta observar el viraje del color delindicador.

Para formacin de complejos Metal-Ligando:a) A 1-2 ml de Nitrato Frrico 0.01M en un tubo deensayo, agregue unas gotas de Tiocianato de Potasio0.1M. Homogeneizar y anotar observaciones. Luegoagregue 10 gotas de Nitrato de Plata 0.1M mezclar yanotar observaciones.

b) A 1-2 ml de Sulfato de Cobre 0.01M en un tubo deensayo, agregar gotas de Amonaco concentrado, hastaobservar intensificacin de color. Luego adicione go-tas de HCl 37% hasta observar cambios. Anote lasobservaciones.

Para formacin de precipitados:A 1-2 ml de una solucin de Cloruro de Bario, en untubo de ensayo, adicione unas gotas de Nitrato de Pla-

ta hasta la formacin de precipitado. Agite y divida endos porciones:

a) A la porcin 1 adicione gotas de Cloruro de sodio.Hasta observar cambios.

b) A la porcin 2 adicione gotas de Sulfato de Potasio.Hasta observar cambios.

3. Resultados y discusinLuego de realizar los procedimientos respectivos paracada uno de los pasos se obtuvieron los siguientes resultados. Las imgenes tomadas para cada uno delos resultados obtenidos sern adicionadas en el anexo

#1. Para el equilibrio Oxido-Reduccin:

Al agregar unas gotas de Yoduro de Potasio 0.40M alnitrato frrico 0.01M, se obtuvo un color rojo sangre yal agregar Nitrato Frrico a la solucin producida nohubo cambios en el color (Fig. 1.).

Para equilibrio de transferencia Acido-Base:Al agregar HCl 1M al agua destilada, no se presenta-ron cambios y al aadir el anaranjado de Metilo diouna coloracin rosada y con la adicin de NaOH se

puso naranja transparente (Fig. 2.).

Para el equilibrio de formacin de complejosMetal-Ligando:

a) Al agregar Tiocianato de Potasio al Nitrato Frri-co 0.01M, se form un color rojo sangre al cualse le agreg Nitrato de Plata 0.1 y se obtuvo un

precipitado de color blanco (Fig. 3.).b) Al agregar Amonaco concentrado a una solucin

de Sulfato de Cobre se form una solucin de co-lor azul. La solucin de color azul formada porsulfato de cobre 0.01M y Amonaco concentradose le agreg cido Clorhdrico lo cual no produjo

ningn cambio en el color de la solucin (Fig. 3).

Para el equilibrio de formacin de precipita-dos:

Al mezclar Cloruro de Bario (BaCl2) con Nitrato dePlata (AgNO3), qued una pequea porcin de precipi-tado la cual se dividi en dos porciones:A la porcin A: se le agreg Cloruro de Sodio (NaCl)y se form una mayor cantidad de precipitado, ade-ms, la solucin pas de un color transparente a uncolor amarillo plido y transparente.A la porcin B: se trat con Sulfato de Potasio

(K2SO4) y tambin se form una mayor cantidad deprecipitado, pero la muestra no cambio de color.

DiscusinPara realizar un anlisis para cada uno de los resulta-dos se respondern las preguntas incluidas dentro de lagua de trabajo para el experimento:1. Cules son sus observaciones sobre la evidenciade reaccin qumica en cada caso?


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R/: En el equilibrio oxido-reduccin cuando se leagreg Yoduro de Potasio (KI), al Nitrato FrricoFe(NO3)3, la disolucin paso de color anaranjado a uncolor rojo sangre, luego al adicionar otras gotas deFe(NO3)3 se not que la muestra se aclar mnima-

mente, pero persista el color rojo.En el equilibrio cido-Base al HCl (color transparen-te) se le adicionaron unas gotas de naranja de Metilo(indicador) hasta que la disolucin se tornara de uncolor rosa plido, inmediatamente se le agreg Hidr-xido de Sodio hasta lograr la neutralizacin del cidoy esto se da en el momento en que la solucin retomael color del indicador, que en este caso es de colornaranja.

En la formacin de complejos se llevaron a cabo dosreacciones, la primera se le adicionaron gotas de Tio-

cianato de Potasio (KSCN) al Fe(NO3)3, la muestra setorn de color rojizo, luego se aadieron unas gotas deNitrato de Plata (AgNO3) y la solucin tomo un coloramarillo muy plido con una pequea porcin de pre-cipitado en el fondo del tubo del mismo color de ladisolucin. En otro tubo de ensayo se coloc a reac-cionar Sulfato Cprico (CuSO4) con Amonaco con-centrado (NH3), la muestra tomo un color azul marinoluego se le agreg HCl, en este caso no se produjeroncambios.

En la formacin de precipitados tambin se tomarondos muestras de la reaccin de Cloruro de Bario

(BaCl2) con Nitrato de Plata (AgNO3), donde queduna pequea porcin de precipitado; a la primera se leagreg Cloruro de Sodio (NaCl) y se form una mayorcantidad de precipitado, adems, la solucin paso deun color transparente a un color amarillo plido ytransparente; la otra porcin se trat con Sulfato dePotasio (K2SO4) y tambin se form una mayor canti-dad de precipitado, pero la muestra no cambio de co-lor. De esto podemos decir que la las evidencias mscomunes en estos equilibrios se distinguieron por elcambio en la coloracin de las sustancias (esto es unaseal de que hubo reaccin), y tambin por la forma-

cin de precipitados.2. Escriba las ecuaciones inicas de las reaccionesque suceden en cada uno de los cuatro procedi-mientos y exprese las constantes de equilibrio.R/: Para equilibrio de oxidacin-reduccin:

En este equilibrio se not:

Ecuacin inica:

Constante de equilibrio:

Para equilibrio cido-Base:


En este equilibrio se not lo siguiente:

Para formacin de complejos:1.

Ecuacin inica:


Al agregar AgNO3:

Ecuacin inica:


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2.

Ecuacin inica:


Al agregarle HCl:

Ecuacin inica:


En el equilibrio de formacin se not:

Constante de equilibrio para la ecuacin final:

Para formacin de Precipitados:Ecuacin inica 1:

Constante de equilibrio 1:

Ecuacin inica 2:

Constante de equilibrio 2:

3. Cundo se agrega Fe(NO3)3 0.010M en el pro-cedimiento 1, gotas de NaOH en el procedimiento2, AgNO3 0.01 M en el procedimiento 3a, gotas deHCl en el 3b, gotas de NaCl en el 4a y gotas deK2SO4 en el procedimiento 4b, se producen per-turbaciones a los equilibrios establecidos. Expli-que a qu se deben estas perturbaciones y haciadnde se desplaza el equilibrio en cada caso.R/: Con respecto a la primera reaccin, al agregaruna cantidad adicional de Fe(NO3)3, aumenta su vo-lumen en la reaccin, se altera el equilibrio de esta ytrata de llegar a un nuevo equilibrio desplazando lareaccin hacia la derecha.

Se trata de consumir la cantidad adicional deFe(NO3)3 con el Yoduro de Potasio (KI) por tantodisminuye la concentracin de estas especies y au-menta la concentracin de las especies que se en-cuentran a la derecha de la reaccin. La segundareaccin se trataba de una neutralizacin entre uncido y una base fuerte. Primero el cido (HCl) seencontraba disociado en sus iones (disociacin com-

pleta), al agregar el Hidrxido de Sodio (NaOH), loque ocurre es que se empieza la forma de la sal y elagua (la reaccin tambin es directa y se dirige hacialos productos).

En esta reaccin el equilibrio se forma al igualar lasconcentraciones de los protones con los iones hidrxi-do para la formacin de agua y llevar la solucin a un

pH neutro.

En esta reaccin al agregarle el AgNO3 a una reaccinen equilibrio entre el Fe(NO3)3 y el KSCN, el nitratode plata se disocia en sus iones Ag+ y (NO3)3

-. En estareaccin se produce un Ion comn (NO3)3

- el cualaumenta el volumen de nitrato en los productos


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La reaccin llega a un nuevo equilibrio cuando se

empieza a consumir el exceso de NO3 con las demsespecies llevado la reaccin hacia los reactivos; por lotanto, la concentracin de las especies en los reactivosaumenta y la concentracin en los productos disminu-ye.

En esta reaccin que en un principio est en equilibrioal agregar las gotas de HCl lo que sucede es que seafecta el pH de la solucin de una manera drstica.

En esta reaccin tambin hay un Ion comn que en

este caso es el Ion Cl-, tambin se agrega en los reacti-vos.

El Ion cloruro se consume en los productos con lasdems especies que se encuentran tambin en los pro-ductos disminuyendo la concentracin de las especiesen los productos y aumentando la concentracin de lasespecies en los reactivos, por tanto esta reaccin se dahacia los reactivos.

En esta reaccin se form un precipitado inicialmente

de Ba(NO3) (reaccin en equilibrio) y luego al agregarel K2SO4, la reaccin llega a un nuevo equilibrio for-mando otro precipitado de Ba(SO4) [3].

Qu se puede concluir en cada uno de los equili-brios estudiados?R/: Se puede concluir que en los equilibrios en solu-cin acuosa se encuentran intercambios de partculas,y que estas partculas pueden ser electrones, protones,ligndoos o iones, adems, que a partir de estos inter-

cambios entre reactivos o productos se producen reac-ciones, en donde se llega a una igualdad de entre lavelocidad de la reaccin directa (formacin de produc-tos) y la reaccin reversible (formacin de reactivos),y que sta reaccin reversible se presenta por el au-mento en las concentraciones ( hay mayor choqueentre las molculas presentes), entonces, cuando lareaccin llega a este punto decir que la reaccin estaen equilibrio qumico. Tambin se puede afirmar que

los equilibrios qumicos pueden ser afectados por unagente externo o perturbador que hace que la solucinexperimente cambios en sus propiedades y a su vez se

produzca un nuevo equilibrio en sentido contrario delagente perturbador [4].

4. ConclusionesCuando un sistema en equilibrio es alterado por cual-quier causa o fenmeno externo perturbador, el siste-ma responde espontneamente a la alteracin minimi-zando los efectos que produce en l.

Referencias

[1] Chang Raymond. Qumica. 9 edicin. China:McGraw-Hill interamericana, 2007. 600-604p.ISBN 978-970-10-6111-4.

[2] Bolaos ChomboVicente. Qumica analtica cua-litativa: reacciones en solucin. 3 edicin.UAEM, 2003. 15-30p. ISBN 978-968-83-5799-6.

[3] Qumica Analtica Moderna / David Harvey /Mac Graw Hill.

[4] Fundamentos de Qumica Analtica / VIII Edicin/ SKOOG.


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Anexo #1Imgenes de los resultados de la experiencia:

Fig. 1. Fig. 2. Fig. 3. Fig. 4.

Fig. 5. Fig. 6Figura 1: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de Oxido-Reduccin. al agregarle Yoduro de Po-

tasio 0.40M al nitrato frrico 0.01M, donde se obtuvo un color rojo sangre y al agregar Nitrato Frrico a la solu-cin producida no hubo cambios en el color.

Figura 2: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de transferencia cido-Base. Al aadir el anaran-jado de metilo dio una coloracin rosada y con la adicin de NaOH se puso naranja transparente.

Figura 3: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de formacin de complejos Metal-Ligando. Para laparte A: Al agregar Tiocianato de Potasio al Nitrato Frrico 0.01M, se form un color rojo sangre al cual se leagreg Nitrato de Plata 0.1 y se obtuvo un precipitado de color blanco.

Figura 4: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de formacin de complejos Metal-Ligando. Para laparte B: Al agregar Amoniaco concentrado a una solucin de Sulfato de Cobre se form una solucin de colorazul. A la solucin de color azul formada por sulfato de cobre 0.01M y Amoniaco concentrado se le agreg ci-do Clorhdrico lo cual no produjo ningn cambio en el color de la solucin.

Figura 5: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de formacin de precipitados. Al mezclar Clorurode Bario (BaCl2) con Nitrato de Plata (AgNO3), qued una pequea porcin de precipitado la cual se dividi endos porciones: A la porcin A: se le agreg Cloruro de Sodio (NaCl) y se form una mayor cantidad de precipi-tado, adems, la solucin pas de un color transparente a un color amarillo plido y transparente.

Figura 6: Imgenes de los resultados obtenidos del equilibrio de formacin de precipitados. A la porcin B: setrat con Sulfato de Potasio (K2SO4) y tambin se form una mayor cantidad de precipitado, pero la muestra nocambio de color.

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