Masa Equivalente

QUIMICA GENERAL 1 Ao de Ingeniera Qumica UTN - FRRo

Ing. Ana Ettorre Marzo de 2011 Pag. 1

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL ROSARIO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA

CATEDRA DE QUIMICA GENERAL

TRABAJO PRACTICO - MASA EQUIVALENTE

TRABAJO PRCTICO N: ................................................... NOMBRE Y APELLIDO: ............................................................................................... FECHA:................................................................................... CURSO:............................. DIVISION.COMISIN: .................

Objetivo: Determinar la masa equivalente de elementos metlicos, midiendo el volumen de hidrgeno desplazado por una masa conocida del mismo metal que reacciona con cido clorhdrico.

Principios tericos: Si se considera la combinacin de diversos elementos con un elemento dado para formar compuestos, una cantidad invariable de cada. uno de aquellos elementos se combina con una cantidad fija de este otro elemento, de conformidad con la ley de las proporciones definidas. As, por ejemplo, con un gramo de oxgeno se unen: 0,126 g de hidrgeno para formar agua; 4,4321 g de cloro para formar xido hipocloroso, 0,3753 g de carbono para formar dixido de carbono; 1,0021 g de azufre para formar xido sulfuroso; y 2,5050 g de calcio para formar xido clcico. Pero los elementos hidrgeno, cloro, carbono, azufre y calcio pueden, a su vez, combinarse mutuamente y cuando lo hacen se encuentra, sorprendentemente, que estas cantidades son las que se unen entre s para formar los correspondientes compuestos multiplicados en algn caso con nmeros enteros sencillos En la tabla de la figura 1 se indican las relaciones en masa de estos elementos al unirse de a dos para formar determinados compuestos.

COMPUESTO FORMULA OXIGENO HIDROGENO CLORO CARBONO AZUFRE CALCIO Agua H2O 1 0,126 Oxido hipocloroso OCl2 1 4,4321 Dioxido de carbono CO2 1 0,3753 Oxido sulfuroso SO2 1 2,0041 Oxido clcico CaO 1 2,505 Acido clorhdrico HCl 0,126 4,4321 Metano CH4 0,126 0,3753 Acido sulfrico H2SO4 0,126 2,0041 Tetraclururo de carbono Cl4C 4,4321 0,3753 Cloruro clcico CaCl2 4,4321 2,505 Sulfuro de carbono CS2 0,3753 2,0041 Carburo clcico CaC2 0,3753 2,505 Sulfuro clcico CaS 2,0041 2,505



Si se extiende este ejemplo a cualquier otro elemento, se encuentra siempre el mismo resultado, el cual puede resumirse en la ley de las proporciones recprocas, conocida como ley de Richter, formulada como sigue: las masas de los elementos A y B, que se combinan por separado con una misma masa del elemento C, son 1as masas sus mltiplos o submltiplos, en que el elemento A se combinar con el elemento B. La ley anterior se basa en el Principio de Identidad: si dos cosas son iguales a una tercera, entonces son iguales entre s; sera si a=c y b=c, entonces a=b. Modificndole, para adaptarlo al tema: Dos masas que se combinan con una tercera, son las masas en que dichos elementos se combinarn entre s. La ley de las proporciones recprocas conduce a fijar a cada elemento una masa equivalente de combinacin, que es la masa de la misma que se combina con una masa determinada del elemento que se toma como referencia. Se puede definir entonces: La masa equivalente (o masa de combinacin o equivalente qumico) de un elemento es la masa del elemento considerado que se combina, reemplaza o equivale a tres partes en peso de carbono, a ocho partes en peso de oxgeno, a 1,008 partes en peso de hidrgeno, o a la masa equivalente de cualquier otro elemento. (Puede considerarse que una parte en peso es 1 UMA) Consecuentemente, podemos definir:

La masa equivalente gramo de una sustancia es la masa de un mol de equivalente, o sea es la masa de la misma que se combina, reemplaza o equivale a 3 g de carbono, o a 8 g de oxgeno, o a 1,008 g de hidrgeno o a la masa equivalente gramo de cualquier otro elemento o sustancia o que reaccione con un litro de cualquier solucin 1 N (uno normal) (Una solucin 1 N es aquella que contiene un equivalente gramo de sustancia disuelto en un litro de disolucin). El concepto de masa equivalente y la ley de Richter fueron de gran utilidad para los qumicos del siglo XVIII pues les permito preparar nuevos compuestos sin conocer las masas atmicas de los elementos. En la actualidad el concepto de masa equivalente aun tiene gran importancia en los clculos estequiomtricos pues se infieren que las reacciones qumicas siempre se producen en la relacin equivalente gramo a equivalente gramo (un equivalente gramo de una sustancia reacciona o equivale qumicamente, exactamente con un equivalente gramo de otra sustancia).

Adems, la masa equivalente de un elemento en un compuesto dado se define como la relacin entre la masa atmica del elemento y su nmero de oxidacin (valor absoluto).

masa equivalente de un elemento = masa atmica del elemento / nmero de oxidacin

Mtodos para la determinacin de masas equivalentes:

a) Desplazamiento del H2 - utilizado para elementos que liberan al H2 a partir del agua, alcohol o una solucin diluida de un cido o un lcali. Por ejemplo, para Zri, Fe, Mg, Ma, Al.

b) Mtodo de los xidos - se basa en la formacin del xido del elemento, pudiendo ser directa o indirectamente, y el proceso inverso, o sea la reducci6n de xido.

c) Mtodos de los cloruros - se basa en la facilidad de obtencin de los cloruros de muchos elementos y su conversin en AgCl (sal prcticamente insoluble) de la cual se conocen con extrema exactitud los pesos equivalentes de plata y de cloro.

d) Mtodo de sustitucin - utiliza los conceptos de desplazamiento entre los elementos, en base a su ubicacin en la serie electroqumica. Conociendo el peso equivalente del elemento desplazado (o desplazante) es posible calcular el otro.

e) Mtodo electroltico - se basa en la segunda ley de la electrlisis de Faraday

Mtodo de desplazamiento del hidrgeno (mtodo de sustitucin volumtrico) Se basa en el ataque de una determinada cantidad de metal por un cido; de la reaccin se desprende hidrgeno. La masa de hidrgeno obtenida corresponde a la masa de metal empleado y, por definicin, para 1,008 g de hidrgeno corresponder la masa equivalente del metal empleado. Por ejemplo, si se ataca Mg con HCl:



2 HCl + Mg --------- MgCl2 + H2

o: 2 H+ + Mg --------- Mg2+ + H2

Siendo : m: masa de Mg empleado y m: masa de H2 obtenido Se puede escribir que:

m gramos H2 ---------------- m gramos Mg 1,008 g H2 ----------------- x

x = (1,008 X m) / m = masa equivalente gramo del Mg

Dado que el hidrgeno es un gas no se puede pesar. En consecuencia se proceder as: primero, se leer el volumen de hidrgeno obtenido a la presin y temperatura de la experiencia; luego, se corregir tal lectura a presin y temperatura normales descontando adems, el vapor de agua que humedece el hidrgeno, hasta aqu se tiene el volumen de hidrgeno en condiciones normales. Finalmente, mediante la densidad del gas se obtiene la masa de hidrgeno desprendida durante la reaccin.

Materiales: 1 probeta gasomtrica de 50 cm3 con tapn de goma perforado, 1 vaso de precipitado de 500 cm3, 1 vaso de precipitado de 100 cm3 1 soporte universal con agarradera para sujetar la probeta 1 pipeta de 10 cm3 1 termmetro O - 1OOC metal: magnesio (de 0,038 g a 0,044 g) aluminio (de 0,028 g a 0,032 g) cinc (1 granalla de 0,100 g a 0,120 g) alambre de cobre (10 cm); cido 1 HCl (conc.) l0 cm3

Tcnica operativa 1) Pesar el metal indicado anteriormente con precisin de O,5 mg 2) Atar el metal con alambre de cobre dejando unos centmetros para usarlo como

mango. Enhebrar el tapn de goma (ver fig. 2). 3) Llenar el vaso de 500 cm3 hasta la mitad con agua de la canilla. 4) Colocar en la probeta gasomtrica 10 cm3 de HCl concentrado. Con mucho cuidado

y despacio, llenar la probeta hasta e1borde agregando agua de modo que se deslice a lo largo de la pared de la probeta: tratar que el cido del fondo sea perturbado lo menos posible.

5) Con movimientos rpidos, firmes y seguros tape la probeta con el tapn preparado en el paso 2. Cierre el agujero del tapn con el dedo pulgar o ndice. Invierta rpidamente la probeta y colquela en el vaso preparado en el paso 3 asegurndose que no ha entrado nada de aire en la misma.



6) Asegure la probeta cerca del fondo del vaso y sujte1a con una agarradera. El hidrgeno desprendido en la reaccin ocupar la probeta desalojando agua.

7) Cuando la reaccin haya cesado espere cinco minutos. Ajustar la probeta de modo que el nivel del agua dentro y fuera de la misma sean iguales. Ahora, lea el volumen de H2 obtenido (ver fig.2).

8) Registre la temperatura del agua y la presin atmosfrica. 9) Busque en una tabla el valor de la presin de vapor de agua a la temperatura del

agua.

Datos experimentales Ensayo 1 Ensayo 2 Metal empleado Masa de metal empleado Vol de H2 recogido a temp y presin atmosfrico

Presin atmosfrica (H) Temperatura del agua (t) Presin de vapor del agua a temp t Masa equivalente del hidrgeno. 1,008 g 1,008 g

Clculos y resultados:

A) Clculo del volumen de hidrgeno seco a P y T normales. Como el hidrgeno se recoge sobre agua la presin atmosfrica H leda ser la suma de las presiones parciales del hidrgeno y del vapor de agua (a)

Presin atmosfrica leda = presin parcial del H2 + presin de vapor del agua H = P + a P = H - a De la ecuacin general de los gases: P V / T = Po Vo / To:

Vo = (P V To) / (T Po)

Que se aplica para obtener el volumen de hidrgeno en condiciones normales y seco.

Vo = {(H-a) mmHg . V cm3 . 273 K} / {(t+273) K . 760 mmHg}

Vo = ............................................ cm3 de H2 B) Clculo de la densidad del hidrgeno en condiciones normales (Do)

1 mol de H2--------- 2,016 g ----------- 22.414 cm3 = m / V = 2,016 g / 22.414 cm3 = 8,994 X 10-5 g/cm3

C) Clculo de la masa de H2 obtenido (m): Como densidad = masa / volumen Esto implica: masa = Vo X Do Masa = .............cm3 X 8,994 X 10-5 g / cm3 = ...................g H2

D) Clculo de la masa equivalente Ecuacin qumica Metal + HCl sal + H2 Ecuacin ionica Metal + H+ in metlico + H2 Siendo m: masa de metal empleado y m: masa de H2 obtenido Resultar que: m gramos H2 ------------------------m gramos de metal 1,008 g H2 ------------------------- x masa equivalente del metal x = 1,008 X m / m =.........................g

E) Clculo del error relativo porcentual Masa equivalente gramo del .................segn experiencia (Eq-g):.....................g Masa equivalente gramo del .................segn tablas (Eq-g):..............................g

Er (%) = (Eq-g Eq-g) / Eq-g X 100 = ............................

Masa Equivalente

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