PORTADA DEL TRABAJO

Nombre y apellidos del alumno: Oswaldo Francisco Lescano Osorio

Código del alumno: 049365 – 0030

Año y sección: 5° “E”

Curso: Química NM

Título del trabajo: Reacciones de precipitación: formación de precipitados y

desplazamiento del equilibrio en estas reacciones

Profesor: Ibramn Silioman Mendocilla Baltazar

Fecha de asignación: 26/03/15

Fecha de entrega: 10/04/15

DECLARACIÓN DEL ALUMNO

El trabajo no se evaluará si la declaración no está firmada por el alumno.

Bajo mi honor y responsabilidad, declaro que este trabajo ha sido realizado

exclusivamente por mí, sin haber recibido ayuda no autorizada.

Cuando las palabras, ideas o gráficos usados no son míos, lo he hecho constar citando

las fuentes (escritas u orales) en detalle, según el modelo del colegio.

Firma del alumno:............................................. Fecha: 10/04/15

1

INFORME DE LABORATORIO: “REACCIONES DE PRECIPITACIÓN: FORMACIÓN DE PRECIPITADOS Y DESPLAZAMIENTO DEL EQUILIBRIO EN ESTAS REACCIONES” (OPD – CE) INTRODUCCIÓN Si hablamos de equilibrio químico, éste hace referencia al “estado que se alcanza cuando las concentraciones de los reactivos y los productos permanecen constantes a lo largo del tiempo” en una reacción (McMurry y Fay, 2009: p. 497). Este concepto lo podemos apreciar cuando se prepara una disolución acuosa con una sal de fórmula AnBm, ya que ésta se disocia en los iones Am+ y Bn-, formando la siguiente reacción reversible:

AnBm (s) ⇌ AnBm (ac) ⇌ n Am+ (ac) + m Bn- (ac)

Tras la disociación, según García, Olmo, Teijón y García (1996), “se establece un equilibrio entre la sal que no se disuelve y la sal disuelta y entre esta y los iones (…) presentes en la disolución” (p. 193). Es por ello que aplicando la ley de acción de masas hallamos la expresión de la constante de equilibrio:

𝐾𝑐 =[𝐴𝑚+]𝑛[𝐵𝑛−]𝑚

[𝐴𝑛𝐵𝑚] (𝑠)

Al ser la concentración de la sal sólida constante, despejándola se obtiene:

𝐾𝑐. [𝐴𝑛𝐵𝑚] (𝑠) = [𝐴𝑚+]𝑛[𝐵𝑛−]𝑚 A este producto de las concentraciones de los iones de la sal elevados a sus respectivos coeficientes estequiométricos se le conoce como producto de solubilidad (Ks). “Es característico de cada sustancia para una temperatura dada. Depende de la temperatura, pero es independiente de las concentraciones” (García et al., 1996, p. 193). Dentro de la diversidad de reacciones en equilibrio, una sección de éstas son reacciones de precipitación, simbolizadas por una flecha vertical con dirección hacia abajo (↓). Según Skoog y West (1986) “La constante del producto de solubilidad se puede utilizar para predecir si se formará o no un precipitado en condiciones dadas” (p. 114). Si el producto de las concentraciones iniciales de los reactivos, conocido como producto iónico (Q), es mayor al valor de la constante del producto de solubilidad, el desplazamiento de la reacción será hacia la izquierda y se formará un precipitado. Caso contrario, no se llevará a cabo una reacción de precipitación y el desplazamiento será hacia la derecha. Si los valores coinciden, estamos hablando de una solución saturada. El objetivo del presente laboratorio es observar la formación de precipitados y aplicar el principio de Le Chatelier en el desplazamiento del equilibrio químico.

2

Es menester mencionar que para cumplir dicho objetivo nos basaremos en el concepto de producto de solubilidad. MATERIALES

Tubos de ensayo

Gradilla

Vasos de precipitado

Matraces aforados

Balanza

Cucharilla

Pipeta con propipeta

Centrífuga

Mechero de Bunsen

Pinza de metal

Gotero

Disoluciones: Cloruro sódico (NaCl) 0.2 mol.dm-3 Nitrato de plata (AgNO3) 0.1 mol.dm-3 Cloruro de bario (BaCl2) 0.1 mol.dm-3 Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.1 mol.dm-3 Ácido clorhídrico (HCl) 0.25 mol.dm-3 Amoníaco (NH3) 0.1 mol.dm-3

Agua destilada (H2O) PROCEDIMIENTO

En un tubo de ensayo se vierten 5 cm3 de disolución de cloruro sódico y a continuación gotas de la disolución de nitrato de plata. Observar lo que ocurre. A continuación se le añade gota a gota la disolución de amoníaco. Observar lo que ocurre.

En otro tubo de ensayo se vierten 5 cm3 de cloruro de bario y a continuación gotas de la disolución de carbonato de sodio. Observar lo que ocurre. A continuación se le añade gota a gota la disolución de ácido clorhídrico, observar lo que ocurre.

OBTENCIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS

Tabla 1

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

M =nsto

V(dm3)sol

=W(g)sto

M̅(g.mol−1)sto× V(dm3)sol

50 cm3 de cloruro sódico (NaCl) 0.2 mol.dm-3

25 cm3 de nitrato de plata (AgNO3) 0.1 mol.dm-3

0.2 mol. dm−3 =W(g)sto

58.44 g. mol−1 × 0.05 dm3

∴ Wsto = 0.584 g NaCl ± 0.01 g

0.1 mol. dm−3 =W(g)sto

169.87 g. mol−1 × 0.025 dm3

∴ Wsto = 0.425 g AgNO3 ± 0.01 g

3

M

=0.584 g ± 0.01 g

58.44 g. mol−1 × (0.05 dm3 ± 5 × 10−5 dm3)

M = 0.200 mol. dm−3 ± 4 × 10−3 mol. dm−3

M

=0.425 g ± 0.01 g

169.87 g. mol−1 × (0.025 dm3 ± 2.5 × 10−5 dm3)

M = 0.100 mol. dm−3 ± 2 × 10−3 mol. dm−3

100 cm3 de cloruro de bario (BaCl2) 0.1 mol.dm-3

100 cm3 de carbonato de sodio (Na2CO3) 0.1 mol.dm-3

0.1 mol. dm−3 =W(g)sto

208.23 g. mol−1 × 0.1 dm3

∴ Wsto = 2.08 g BaCl2 ± 0.01 g

0.1 mol. dm−3 =W(g)sto

105.99 g. mol−1 × 0.1 dm3

∴ Wsto = 1.06 g Na2CO3 ± 0.01 g

M

=2.08 g ± 0.01 g

208.23 g. mol−1 × (0.100 dm3 ± 10−4 dm3)

M = 0.100 mol. dm−3 ± 5 × 10−4 mol. dm−3

M =1.06 g ± 0.01 g

105.99 g. mol−1 × (0.100 dm3 ± 10−4 dm3)

M = 0.100 mol. dm−3 ± 10−3 mol. dm−3

50 cm3 de ácido clorhídrico (HCl) 0.25 mol.dm-3

100 cm3 de amoniaco (NH3) 0.1 mol.dm-3

0.25 mol. dm−3 =W(g)sto

36.46 g. mol−1 × 0.05 dm3

∴ Wsto = 0.456 g HCl ± 0.01 g

0.1 mol. dm−3 =W(g)sto

17.03 g. mol−1 × 0.1 dm3

∴ Wsto = 0.170 g NH3 ± 0.01 g

M

=0.456 g ± 0.01 g

36.46 g. mol−1 × (0.05 dm3 ± 5 × 10−5 dm3)

M = 0.200 mol. dm−3 ± 6 × 10−3 mol. dm−3

M =0.170 g ± 0.01 g

17.03 g. mol−1 × (0.100 dm3 ± 10−4 dm3)

M = 0.100 mol. dm−3 ± 6 × 10−3 mol. dm−3

Nota: cálculos de la concentración de las soluciones con incertidumbre.

Cálculo del producto iónico (Q) y comparación con el producto de solubilidad (Ks) Experiencia 1 La primera reacción en el tubo de ensayo fue:

NaCl (ac) + AgNO3 (ac) ⇌ NaNO3 (ac) + AgCl (ac) ↓ Analizamos por separado las reacciones iónicas del NaCl y del AgNO3 para calcular las concentraciones de los iones Ag+ y Cl-, respectivamente.

AgNO3 (ac) ⇌ Ag+ (ac) + NO3- (ac)

0.1 mol.dm-3 𝑥 mol.dm-3 𝑥 mol.dm-3

4

𝑥 + 𝑥 = 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2 × 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 → 2𝑥

= 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2 × 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ∴ 𝑥

= 0.0500 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3

NaCl (ac) ⇌ Na+ (ac) + Cl- (ac) 0.2 mol.dm-3 𝑦 mol.dm-3 𝑦 mol.dm-3

𝑦 + 𝑦 = 0.2 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 4 × 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 → 2𝑦

= 0.2 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 4 × 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ∴ 𝑦

= 0.100 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2 × 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3

Calculamos el producto iónico multiplicando las concentraciones de los iones Ag+ y Cl-.

[𝐴𝑔+][𝐶𝑙−] = (0.0500 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3) × (0.100 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2

× 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3) = 5.00 × 10−3 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 ± 2 × 10−4 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6

Comparamos el valor de Q con el valor teórico del Ks para el AgCl (ubicado en el Anexo 1 de este informe) y nos damos cuenta de que…

5.00 × 10−3 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 > 1.8 × 10−10 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 SÍ SE FORMA UN PRECIPITADO

Experiencia 2 La primera reacción en el tubo de ensayo fue:

BaCl2 (ac) + Na2CO3 (ac) ⇌ BaCO3 (s) ↓ + 2 NaCl (ac)

Analizamos por separado las reacciones iónicas del BaCl2 y del Na2CO3 para calcular las concentraciones de los iones Ba2+ y CO3

2-, respectivamente.

Na2CO3 (ac) ⇌ 2 Na+ (ac) + CO32- (ac)

0.1 mol.dm-3 2𝑥 mol.dm-3 𝑥 mol.dm-3

2𝑥 + 𝑥 = 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 → 3𝑥 = 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 10−3 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3

∴ 𝑥 = 0.0333 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 3 × 10−4 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3

BaCl2 (ac) ⇌ Ba2+ (ac) + 2 Cl- (ac) 0.1 mol.dm-3 𝑦 mol.dm-3 2𝑦 mol.dm-3

𝑦 + 2𝑦 = 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 5 × 10−4 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 → 3𝑦

= 0.1 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 5 × 10−4 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ∴ 𝑦

= 0.0333 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2 × 10−4

Calculamos el producto iónico multiplicando las concentraciones de los iones Ba2+ y CO3

2-.

5

[𝐶𝑂32−][𝐵𝑎2+]

= (0.0333 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 3 × 10−4 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3)

× (0.0333 𝑚𝑜𝑙. 𝑑𝑚−3 ± 2 × 10−4)

= 1.11 × 10−3 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 ± 2 × 10−5𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6

Comparamos el valor de Q con el valor teórico del Ks para el BaCO3 (ubicado en el Anexo 1 de este informe) y nos damos cuenta de que…

1.11 × 10−3 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 > 5.0 × 10−9 𝑚𝑜𝑙2. 𝑑𝑚−6 SÍ SE FORMA UN PRECIPITADO

Figura 1: Gráfico de Barras “Comparación entre los valores de producto iónico y producto de solubilidad”

En la Figura 1 se puede apreciar una significativa diferencia entre los valores de los productos iónicos (Q) tanto del cloruro de plata (AgCl) como del carbonato de bario (BaCO3) respecto a los valores teóricos de los productos de solubilidad (Ks). Al ser los valores de Q mayores que los de Ks, el desplazamiento en ambas reacciones es hacia la izquierda. Datos cualitativos En la Experiencia 1, se llevó a cabo la siguiente reacción en el mismo tubo con los iones plata (Ag+) previamente obtenidos:

Ag+ (ac) + 2 NH3 (ac) ⇌ Ag(NH3)2+ (ac) ↓

[Ag+] [NH3] [Ag(NH3)2+]

disminuye aumenta aumenta En la Experiencia 2, se llevó a cabo la siguiente reacción en el mismo tubo con el carbonato de bario (BaCO3) previamente obtenido:

BaCO3 (s) + 2 HCl (ac) ⇌ BaCl2 (ac) ↓ + H2CO3 (ac) [BaCO3] [HCl] [BaCl2] [H2CO3] disminuye aumenta aumenta aumenta

0.00E+00

1.00E-03

2.00E-03

3.00E-03

4.00E-03

5.00E-03

6.00E-03

Q KsPro

ducto

Iónic

o/P

roducto

de

solu

bili

dad (

mol2

.dm

-6)

Valores (Q y Ks)

COMPARACIÓN ENTRE LOS VALORES DE PRODUCTO IÓNICO Y PRODUCTO DE

SOLUBILIDAD

AgCl

BaCO3

6

Tabla 2

COLORES DE LOS PRECIPITADOS

Primera reacción

Desplazamiento Segunda reacción

Desplazamiento

Exp. 1 Lechoso/Blanco Izquierda

Lechoso (menos que el

anterior)

Derecha

Exp. 2 Lechoso/Blanco Izquierda

Lechoso (menos que el

anterior)

Derecha

Nota: datos cualitativos obtenidos de las experiencias 1 y 2.

CONCLUSIÓN Y EVALUACIÓN En primer lugar, la formación de precipitado y el desplazamiento de la reacción se justifican con el principio de producto de solubilidad, concepto previamente explicado en la introducción de este informe. Se calcularon los valores del producto iónico (Q) en la primera reacción de cada una de las dos experiencias, debido a que se mezclan sales en disolución acuosa y se compararon con los valores teóricos del producto de solubilidad (Ks) ubicadas en la tabla de Anexos. En el caso de la experiencia 1, se obtuvo un valor de Q de 5.00×10-3 mol2.dm-6, cantidad mayor al Ks del cloruro de plata (AgCl) que es 1.8×10-10 mol2.dm-6. Esto significa que se forma un precipitado (lechoso según los datos cualitativos) y el desplazamiento de la reacción es hacia la izquierda. Caso similar ocurre en la experiencia 2: el valor obtenido de Q fue de 1.11×10-3 mol2.dm-6 y es mayor al Ks del carbonato de bario (BaCO3); lo que significa que, se forma un precipitado (blanco nuevamente) y la reacción se desplaza hacia la izquierda. En segundo lugar, basándonos en el principio de Le Chatelier, podemos explicar los cambios cualitativos que se producen en la segunda reacción de cada una de las experiencias; es decir, cuando se le agrega amoniaco (NH3) y ácido clorhídrico (HCl), respectivamente. No se observan cambios muy notorios, ya que el precipitado lechoso se mantiene. Sin embargo, éste es menos blanco que el anterior. En estas reacciones lo que se está haciendo la adición de un reactivo. Se empieza echando una gota de disolución sea de NH3 o de HCl; pero, se continúan echando gotas hasta observar un cambio de color. Esto permite que la concentración de uno de los reactantes aumente, lo que según el principio del químico francés significa que el desplazamiento de las reacciones será hacia la derecha; y, por los nuevos productos, el precipitado se ve menos concentrado. En cuanto a la evaluación de los procedimientos, es necesario tener en cuenta lo mencionado en la siguiente tabla:

Tabla 3

Limitaciones Mejoras

En la preparación de soluciones, el nitrato de plata y el carbonato de sodio

Utilizar agua bidestilada en reemplazo de la destilada. Si los solutos siguen

7

no se disolvían completamente en agua. Fue ante ello que se tuvieron que realizar los siguientes pasos para que se vuelva una solución cristalina: calentar las soluciones ligeramente, filtrarlas y centrifugarlas. Esto hizo que se tomara mucho tiempo solo en la preparación de disoluciones.

sin disolverse, usar el agitador magnético para una preparación de soluciones más rápida y eficaz. De no ser el caso, sería recomendable trabajar con concentraciones menores de las soluciones, teniendo en cuenta que la solubilidad en agua del AgNO3 es de 2160 g.dm-3 y la del Na2CO3 es de 210 g.dm-3.

Se trabajó a cierta cercanía con la luz solar, lo que provoca la oxidación de la plata (Ag) y hace que el precipitado lechoso (blanco) se vaya tornando negro o plomo (oscuro).

Estar lo más alejado posible de la luz solar y emplear rápidamente el precipitado obtenido de AgCl luego de la reacción entre el NaCl y el AgNO3. Esto con el fin de no percibir cambios en los resultados cualitativos en ésta y en futuras experiencias.

Para el masado de los solutos, se trabajó con los ventiladores del laboratorio encendidos, lo que pudo permitir la producción de errores aleatorios en el valor del peso de las sustancias.

Evitar las ventilaciones en los pesados. Asimismo, es recomendable usar la cabina que rodea la balanza y que previene que otros agentes externos modifiquen el valor mostrado por el instrumento medidor.

Nota: puntos y débiles y sugerencias de los procedimientos de la experiencia.

Asimismo, para una mejora y/o ampliación de la investigación, sugiero realizar una reacción más para comprobar la formación de precipitado a partir del cálculo del producto iónico y su comparación con el producto de solubilidad. Una de las reacciones podría ser la del cloruro de sodio con sulfato de cobre debido a que, uno de los productos obtenidos es la sal haloidea cloruro de cobre (CuCl2), la cual tiene su valor de Ks en la tabla de Anexos. La reacción vendría a ser:

NaCl (ac) + CuSO4 (ac) ⇌ Na2SO4 (ac) + CuCl2 (ac)

8

REFERENCIAS CTR Scientific (s.f.). Hoja de Datos de Seguridad. Carbonato de Sodio [versión

Adobe Reader] Recuperado de http://www.ctr.com.mx/pdfcert/Carbonato%20de%20Sodio.pdf

García, J. A., Olmo, R. M., Teijón, J. M., García, C. (1996). Química: teoría y

problemas. Albacete: Tébar Flores McMurry, J. y Fay, R. (2009). Química General (5ª ed.). México D.F.: Pearson

Educación Nitrato de plata (s.f.). Recuperado de

http://www.ecured.cu/index.php/Nitrato_de_plata Skoog, D. y West, D. (1986). Introducción a la química analítica. Sevilla:

Ediciones Reverté

9

ANEXOS Anexo 1: Tabla de Productos de solubilidad

Nota: valores de las constantes de los productos de solubilidad de distintas sales. Fuente: Harris, D. (2007). Análisis químico cuantitativo (3ra ed.). (p. AP 10). Barcelona: Ediciones Reverté

10

Anexo 2: Fotografías de la experiencia

Fotografía 1. Formación del precipitado lechoso del cloruro de plata (AgCl). Esto se

obtiene a partir de la reacción entre el cloruro de sodio (NaCl) y el nitrato de plata (AgNO3).

Fotografía 2. Formación del precipitado lechoso del carbonato de bario (BaCO3). Esto

se obtiene a partir de la reacción entre el cloruro de bario (BaCl2) y el carbonato de sodio (Na2CO3).