ACTIVIDADES DE INTEGRACIÓN PARA LA MATERIA DE

FISICOQUÍMICA II

GUÍA DE LABORATORIO.

AUTORES DRA. LUZ MARÍA RODRÍGUEZ VALDEZ

M. C. ALEHLI HOLGUÍN SALAS M. C. ROSALÍA RUIZ SANTOS

ACADEMIA DE FISICOQUÍMICA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

I

CONTENIDO

PÁGINA

PRESENTACIÓN

COMPETENCIAS A DESARROLLAR 1

Recomendaciones de seguridad para un laboratorio químico 2

Información sobre la presentación de las prácticas 5

OBJETO DE ESTUDIO I: ELECTRÓLISIS.

Pre-práctica: Medición de parámetros eléctricos: Manejo de Multímetro.

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Práctica 1: Construcción de una celda electrolítica 9

OBJETO DE ESTUDIO II: ELECTROQUÍMICA.

Práctica 2: Construcción de una celda electroquímica 13

OBJETO DE ESTUDIO III: CINÉTICA QUÍMICA.

Práctica 3: Determinación del orden de reacción por el método de integración y método gráfico en cinética química

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OBJETO DE ESTUDIO IV: FENÓMENOS DE SUPERFICIE Y CATÁLISIS.

Pre-práctica: Determinación de la tensión superficial. 21

Pre-práctica: Construcción de una isoterma de adsorción. 22

Práctica 4: Análisis del efecto de un catalizador en la velocidad de reacción/Construcción de una isoterma de adsorción de Langmuir.

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CRONOGRAMA BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA

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II

PRESENTACIÓN

El propósito principal de estas actividades de integración que se presentan en

forma de guía, es la combinación de los conocimientos de diversas disciplinas,

impulsando entre los estudiantes de la materia de Fisicoquímica II, habilidades

tales como: la creatividad, la imaginación, la capacidad de investigación y

solución de problemas, además de la aplicación del conocimiento teórico

adquirido en clase, a la parte experimental de la asignatura.

A través del desarrollo de la guía no solo se evaluará el conocimiento teórico

del alumno, sino el desarrollo de sus habilidades y la participación activa en su

proceso formativo.

En esta guía práctica se le indican al estudiante solo los temas principales a

desarrollar, el objetivo, resultados de aprendizaje, una breve introducción, así

como actividades previas y a partir de estos elementos, el alumno mediante

investigación y método científico, propone y construye su propia práctica de

laboratorio para luego llevar sus conocimientos teóricos a la discusión de

resultados y conclusiones.

El desarrollo de las prácticas se realizará en equipo, pero los procedimientos,

cálculos y observaciones deberán registrarse de manera personal por cada

integrante.

Antes de comenzar con el desarrollo de las prácticas se le da a conocer al

usuario las reglas básicas de seguridad, que al igual que en cualquier otro

laboratorio químico deberá seguir. Así mismo, en las prácticas donde emplee

reactivos químicos deberá previamente consultar y en todo momento tener al

alcance las fichas de seguridad de cada uno.

Para poder iniciar cualquier práctica cada equipo deberá asegurarse de la

viabilidad de sus prácticas propuestas ya que se contará con un número

determinado de sesiones de laboratorio para el desarrollo de las mismas.

Además de adquirir competencias se espera que el alumno comprenda y

disfrute el desarrollo del proceso creativo que conlleva el seguimiento de esta

guía, por lo que se invita a potenciar sus habilidades y capacidades.

1

COMPETENCIAS A DESARROLLAR A través del desarrollo de esta guía propuesta se espera que el alumno alcance las siguientes competencias en el núcleo básico (B) y en el núcleo profesional (P): B2 - SOLUCIÓN DE PROBLEMAS B3 - COMUNICACIÓN B5 - TRABAJO EN EQUIPO Y LIDERAZGO P6 - INVESTIGACIÓN P7 - CIENCIAS BÁSICAS DE LA INGENIERÍA

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RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD PARA UN LABORATORIO QUÍMICO* 1. Es indispensable mantener la limpieza del laboratorio en todo momento ya que

esto ayuda a evitar accidentes. 2. Siempre se debe usar bata de trabajo que proporciona cierta protección contra

derrames o salpicaduras de ácidos o sustancias corrosivas, Así como utilizar dentro del laboratorio lentes de seguridad.

3. Es necesario conocer las sustancias que se manejan y en especial las que representan riesgos en su manejo, con el propósito de tomar las precauciones pertinentes.

4. Evite el uso de agitadores, probetas, vasos de precipitados, tubos de ensayo y material de vidrio en general con los bordes rotos o con filos cortantes.

5. Cuando se rompa material de vidrio se recomienda emplear una escoba para retirar fragmentos, nunca use directamente las manos para recogerlos. Si los fragmentos de vidrio son muy pequeños, se utiliza un trapo húmedo para que se adhieran y se tira a la basura sin tratar de sacudirlo o lavarlo para usarlo de nuevo.

6. Cuando se derrame alguna sustancia corrosiva o ácido sobre la mesa de trabajo o el piso, límpielos inmediatamente con las soluciones adecuadas al caso, evitando cualquier contacto del producto con la piel.

7. Ponga en orden el material de trabajo y dispuesto en tal forma que no obstruya sus operaciones. Guarde su material siempre limpio.

8. Nunca coloque el material de vidrio, instrumentos u otro equipo en las orillas de las mesas o anaqueles.

9. Todo frasco o envase que contenga sustancias o soluciones debe estar perfectamente etiquetado para que en todo momento pueda saberse con exactitud su contenido.

10. Fíjese donde apoya sus brazos sobre la mesa de trabajo, observe que no haya sustancias o materiales que puedan causarle algún daño.

11. Cuando mezcle productos químicos o realice experimentos los tubos de ensayo o demás recipientes manténgalos lejos de su cara, así evitará daños por posibles proyecciones o salpicaduras.

12. La dilución de sustancias corrosivas debe hacerse siempre vaciando la sustancia sobre el agua y nunca a la inversa. Las evaporaciones se hacen dentro de una campana de extracción de gases, donde el vidrio de la puerta proporcionará alguna protección.

13. Es conveniente usar careta frente a equipos de vidrio o dentro de una campana cuando hay un disolvente o destilación al vacío, o bien, frente a cualquier reacción donde haya posibilidad de que se rompa el material de vidrio, donde haya una reacción violenta, o donde se desconoce el riesgo que pueda existir.

14. Cuando se transfieran volúmenes mayores de ácidos o sustancias corrosivas es recomendable el uso de gafas protectoras, guantes de hule o neopreno para proteger las manos.

15. Antes de manejar frascos, tubos de ensayo o instrumentos, séquese las manos para evitar que se deslicen en ellas.

16. Al manejar recipientes calientes hágalo con guantes de asbesto o amianto o bien, si son recipientes chicos, utilice pinzas de madera o de metal apropiadas para ello.

17. Cuando intente insertar un tubo de vidrio en el orificio de un tapón, sujete el tubo envuelto en un trapo seco mientras lo inserta ya que lo protegerá de cualquier rotura accidental del vidrio.

* Martínez Carrera J. Manual de Laboratorio. FISICOQUÍMICA I. Universidad Autónoma de Chihuahua.

2004.

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18. Cuando caiga sobre la piel ácido o sustancias corrosivas, o bien cuando desafortunadamente se encienda la ropa recuerde siempre donde se encuentra la regadera de emergencia.

19. Todos los productos inflamables o explosivos deben mantenerse alejados de los quemadores o fuentes de calor.

20. Evite guardar en su gabinete recipientes o trapos húmedos con productos inflamables o explosivos. Cuando sea necesario, guárdelos herméticamente cerrados, recuerde que al evaporarse forman mezclas capaces de causar un incendio o explosión.

21. No conecte estufas eléctricas ni otro tipo de contactos o instalaciones con las manos húmedas o parado sobre pisos húmedos ya que estos pueden ser la causa de un choque eléctrico.

22. Si sufre una quemadura química sobre la piel o membranas mucosas, lávese inmediatamente la zona afectada con grandes cantidades de agua.

23. Industrialmente ha dado buenos resultados aplicar hielo o sumergir la parte afectada en agua fría en quemaduras químicas de primer y segundo grado y aún quemaduras por calor; manteniéndola así mientras se soporte el agua fría según la magnitud de las quemaduras.

24. Cuando le caiga ácido o sustancias cáusticas a los ojos, lávelos inmediatamente con agua abundante durante 15 minutos cuando menos.

25. Durante la irrigación y para asegurarse de que el agua llega al globo ocular, separe los párpados con los dedos pulgar e índice. Para un mejor lavado se puede sumergir la cabeza en un recipiente con agua, utilizar un lavaojos o una pizeta, moviendo continuamente el ojo, después solicite atención médica.

26. El laboratorio debe de contar con señalamientos de seguridad en los que se indiquen las restricciones de fumar, comer, etc., además debe de contar con señalamientos que indiquen donde se encuentran las rutas de evacuación del laboratorio y las salidas de emergencia.

27. Mantener el cabello largo debidamente sujeto durante la estancia en el laboratorio. 28. Realizar evaluaciones periódicas del equipo de seguridad del laboratorio

(Regaderas, lavaojos, extintores, etc.). 29. No intente efectuar experimentos que no se le hayan indicado. No mezcle

substancias para ver qué sucede, pues puede ocurrir un accidente y ser usted uno de los lesionados.

30. No juegue ni haga bromas. 31. Observe dónde pone el material caliente y comuníquelo a sus compañeros.

Cerciórese de que está frío antes de tomarlo con sus manos. 32. Cuando caliente un tubo de ensayo, no lo apunte hacia usted o sus vecinos. Puede

proyectarse su contenido. 33. Al observar el vapor o gas de un líquido, no ponga la cara sobre la boca del

recipiente. Con su mano abanique el aroma. 34. Antes de usar un reactivo, lea dos veces la etiqueta para estar seguro de su

contenido. 35. Los aparatos o recipientes en los que haya desprendimientos gaseosos, no deben

cerrarse herméticamente, pues las presiones formadas pueden hacerlos explotar. 36. Los tubos de ensayo no se deben calentar por el fondo, sino por las paredes, para

evitar la expulsión de su contenido. 37. Cuando se inflaman líquidos contenidos en matraces o vasos, tape la boca de

éstos con un vidrio de reloj o con una cápsula. Actúe con calma. Observe la localización del extinguidor, por si hay que usarlo.

38. No arroje cuerpos sólidos, en los canales o lavabos. 39. El ácido nítrico, lo mismo que otros ácidos, corroe las tuberías, por lo que antes de

verterse, deberá diluirse y neutralizarse.

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40. Nunca ponga substancias directamente en los platillos de las balanzas. Pese sobre los vidrios de reloj o en recipientes especiales. Los líquidos se pueden pesar en probetas o matraces.

41. Nunca caliente probetas, matraces aforados o botellas, ya que se rompen fácilmente.

42. Cuando interrumpa un experimento, póngale membretes con leyendas apropiadas a los frascos y matraces que contengan substancias; así no le será difícil el identificarlos.

43. Familiarícese con la operación de la campana de humos y úsela para todas las reacciones en que se manipulen vapores tóxicos o corrosivos.

44. Los aparatos calientes deben manejarse con cuidado y deben usarse para ello pinzas u otros utensilios adecuados.

45. Los reactivos corrosivos, como ácidos y álcalis fuertes, deben manejarse siempre con precaución, especialmente cuando están con concentrados o calientes.

46. Al operar con sustancias inflamables es necesario asegurarse siempre, antes de abrir le frasco, de que no hay llamas próximas, y esta precaución ha de guardarse todo el tiempo que el frasco permanezca abierto.

47. En caso de heridas, quemaduras, etc. Infórmese inmediatamente al profesor. 48. Al terminar la sesión de laboratorio la mesa deberá quedar limpia y sin aparatos

innecesarios, y las llaves del gas deben dejarse cerradas. 49. Identifica el lugar donde se localiza el extinguidor, control maestro eléctrico, llave

del tanque de gas, regadera, lavaojos, botiquín y equipo de manejo para derrames de sustancias químicas.

HE LEIDO LAS REGLAS ANTERIORES Y ME COMPROMETO A GUARDARLAS.

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Nombre y firma del Alumno

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INFORMACIÓN SOBRE LA PRESENTACIÓN DE LAS PRÁCTICAS

Cada una de las prácticas se llevará a cabo de la siguiente manera: Presentación

1. La práctica propuesta, una vez investigada en fuentes bibliográficas confiables, será presentada por los integrantes del equipo en forma oral, auxiliándose para ello de una presentación en power point y proyector.

2. El formato de la presentación de práctica es libre, pero será obligatorio indicar: reactivos y materiales, metodología, diagrama de flujo, concentración y preparación de sustancias.

3. La presentación de la práctica será en una sesión de laboratorio frente al maestro y el resto del grupo; durante el tiempo de presentación, los integrantes del equipo podrán ser cuestionados sobre la metodología, reactivos y materiales empleados para el desarrollo de la misma.

4. Es estrictamente necesaria la presentación de las fichas de seguridad de los reactivos seleccionados, leídas a partir del primer día de la práctica.

5. Las prácticas presentadas por cada equipo deberán ser diferentes al menos en tipo de reactivos y concentraciones empleadas.

6. En esta etapa, el maestro indicará la confiabilidad y viabilidad de la práctica propuesta, además, si se considera que ésta presenta inconvenientes podrá ser reemplazada por una nueva investigación.

Durante la presentación de la práctica se observarán los siguientes dominios:

- B5. Participación en la elaboración y ejecución del proyecto mediante trabajo en equipo.

- B5. Desarrollo y estimulación de una cultura de trabajo en equipo hacia el logro de una meta común.

- B3. Uso y manejo de programas computacionales para la presentación de sus trabajos, así como la preparación y presentación oral apoyándose en materiales audiovisuales.

- B3. Localización, análisis y organización de diversas fuentes de información de calidad.

- P6. Aplicación del método científico. Desarrollo

1. Para el desarrollo de la práctica serán empleadas al menos dos sesiones de laboratorio, durante las cuales se podrán preparar los reactivos seleccionados y desarrollar en repetidas ocasiones la parte experimental.

2. Es estrictamente necesario, presentar información sobre la disposición, manejo y almacenamiento de sustancias preparadas, así

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como proporcionar material de vidrio o plástico para la correcta disposición de las mismas.

Durante el desarrollo de la práctica se observarán los siguientes dominios:

- B2. Aplicación de diferentes técnicas de observación para la solución de problemas.

- B2. Aplicación de la tecnología a la solución de problemáticas. - B2. Desarrollo del interés científico. - B2. Creación de soluciones innovadoras y formas no convencionales en

la solución de problemas. - B2. Actitud responsable por el estudio independiente. - B3. Desarrollo de la capacidad de comunicación verbal interpersonal en

forma efectiva. - B3. Uso creativo de la información para atender problemas específicos. - B5. Identificación de habilidades de liderazgo y potencialidades de

desarrollo grupal. - B5. Respeto, tolerancia y flexibilidad ante el pensamiento divergente

para lograr un acuerdo grupal. Defensa de resultados y conclusiones.

1. La presentación de resultados obtenidos, se llevará a cabo durante una

o dos sesiones de laboratorio en caso de ser necesario (cada equipo contará con un máximo de 20 minutos para su exposición).

2. Los resultados consistirán en la aplicación de conceptos y fórmulas vistos en clase a los propios valores o mediciones obtenidas durante el desarrollo de la parte experimental.

3. Para la presentación se podrán emplear: diapositivas, proyector, desarrollo de cálculos en el pizarrón, tablas, gráficas y fotografías.

4. La discusión de los resultados se hará de forma oral por cada uno de los integrantes del equipo y estos podrán ser cuestionados tanto por el maestro como por los compañeros del grupo.

5. Para la evaluación se emplearán rúbricas que serán entregadas a los equipos restantes para la valoración de los resultados obtenidos.

Durante la presentación de los resultados y discusión se observarán los siguientes dominios:

- B2. Actitud responsable por el estudio independiente. - B3. Desarrollo de la capacidad de comunicación verbal interpersonal en

forma efectiva. - B3. Uso y manejo de programas computacionales para la presentación

de sus trabajos, así como la preparación y presentación oral apoyándose en materiales audiovisuales.

- B5. Desarrollo y estimulación de una cultura de trabajo en equipo hacia el logro de una meta común.

- B5. Identificación de habilidades de liderazgo y potencialidades de desarrollo grupal.

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- B5. Respeto, tolerancia y flexibilidad ante el pensamiento divergente para lograr un acuerdo grupal.

- P7. Transferencia hacia el lenguaje matemático, de características y fenómenos físicos y químicos, apoyándose en elementos de álgebra, cálculo diferencial e integral, análisis numérico, probabilidad y estadística

- P7. Análisis de las transformaciones de la materia y energía, así como las propiedades de las sustancias, mediante la aplicación de elementos conceptuales de química orgánica, química inorgánica y fisicoquímica.

Cláusula Especial Por acuerdo de Academia el tiempo máximo permitido para el uso de laboratorio en cada una de las prácticas es de 2 a 3 sesiones (y queda a criterio del Maestro). No se permite la entrada al laboratorio fuera de los horarios programados. Las prácticas de Fisicoquímica II solo pueden ser desarrolladas en el laboratorio designado a la materia y en el horario indicado por Secretaría Académica El incumplimiento de esta cláusula provocará la sanción del equipo de trabajo, reportando como “CERO” la calificación de la práctica.

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OBJETO DE ESTUDIO I: ELECTRÓLISIS.

PRE-PRÁCTICA

Medición de parámetros eléctricos: Manejo de Multímetro. Duración: 1 sesión de Laboratorio

Objetivo:

Aprender a manejar adecuadamente un multímetro o voltímetro para la obtención de parámetros eléctricos.

A continuación desarrollará la siguiente práctica, asegúrese de tomar las notas pertinentes.

Materiales.

Multímetro o voltímetro, pinzas caimán pequeñas, pila de 9V, alambre telefónico de varios hilos (cobre), diodos (LED), resistencias de 100Ω, 220Ω y 1kΩ de 1ó1/2 watt y cinta aislante negra.

Procedimiento:

1. Con la ayuda de las pinzas caimán, la pila de 9V, LEDs y resistencias de que dispone construirá tres diferentes tipos de circuitos eléctricos: serie, paralelo y serie-paralelo (observe esquemas).

2. Una vez instalado, sin el uso de la pila, medirá la resistencia de cada circuito por vez.

3. A continuación se conectará el circuito a la pila y se medirá en varios puntos el voltaje y la intensidad de corriente. Realice las notas que considere pertinentes para analizar sus resultados.

Circuito en Serie Circuito en Paralelo Circuito Serie-Paralelo

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Preguntas:

a) ¿En qué modalidad deberá estar el multímetro: corriente alterna o corriente directa?

b) ¿Cómo mediría los parámetros eléctricos si fuera un circuito en serie? c) ¿Cómo mediría los parámetros eléctricos si fuera un circuito en paralelo? d) ¿Qué diferencia hay entre un circuito eléctrico convencional y uno que

involucra electrolitos?

NOTAS

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PRÁCTICA 1

Construcción de una celda electrolítica Duración: 3 sesiones de Laboratorio.

Introducción

Una celda electrolítica consta de un líquido conductor llamado electrolito, además de dos electrodos de composición y geometría similar. La celda como tal no sirve como fuente de energía eléctrica, pero puede conducir corriente desde una fuente de poder externa. El proceso de disociación del electrolito se conoce como electrólisis, en este tipo de celdas, la corriente eléctrica se transforma en energía química a través de una reacción de oxido-reducción que no tiene lugar de modo espontáneo.

Algunas de las aplicaciones más conocidas de la electrólisis es la electrodeposición de coberturas plásticas y de metales, así como recuperación de metales pesados como plomo, cadmio o hierro.

Objetivos.

Investigar, proponer y construir una celda electrolítica, aplicando los conocimientos teóricos revisados en clase.

Comprender y explicar el funcionamiento de una celda electrolítica mediante mediciones experimentales de las propiedades electrolíticas tales como: resistencia y conductancia iónica, entre otras.

Resultados de aprendizaje

1. Determina la conductividad de soluciones electrolíticas mediante la experimentación y aplicación de fórmulas.

2. Resuelve por escrito problemas numéricos relacionados a su experimento, aplicando las leyes de la electrólisis.

Actividades previas

Conteste brevemente las siguientes preguntas:

1. Defina qué es un electrolito.

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2. Escriba una definición sencilla para la Ley de Ohm. 3. ¿Qué se conoce como resistencia (R) y cómo se calcula? 4. ¿Cómo se calcula la conductancia? 5. Escriba las fórmulas necesarias para calcular:

a. Resistencia y resistividad de la solución b. Conductancia y conductividad c. Conductancia molar d. Constante de cela e. Área de los electrodos

6. Describa ¿Cómo medir resistencia, intensidad de corriente y voltaje en un circuito eléctrico?

NOTAS _______________________________________________________________

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OBJETO DE ESTUDIO II: ELECTROQUÍMICA.

PRÁCTICA 2

Construcción de una celda electroquímica Duración: 3 sesiones de Laboratorio.

Introducción

Una celda electroquímica, a diferencia de una celda electrolítica, emplea la energía química proveniente de reacciones de oxido-reducción para producir directamente energía eléctrica ya que entre las reacciones existentes se produce un potencial eléctrico. En las reacciones electroquímicas a diferencia de las químicas la energía de Gibbs es equivalente al máximo trabajo eléctrico realizado.

Entre las aplicaciones más relevantes de las celdas electroquímicas están las celdas de combustible y diversos tipos de electrodos empleados en la determinación de iones como el hidrógeno (pH).

Objetivos

Aplicar los conocimientos teóricos revisados en clase en el desarrollo de una celda electroquímica.

Investigar, proponer y construir una celda electrolítica, aplicando los conocimientos teóricos revisados en clase.

Comprender y explicar el funcionamiento de una celda electroquímica mediante mediciones experimentales y cálculos de parámetros electroquímicos y termodinámicos.

Resultados de aprendizaje

1. Determina el potencial eléctrico y energía de Gibbs mediante la experimentación y aplicación de fórmulas.

2. Resuelve por escrito problemas numéricos relacionados a su experimento, aplicando las leyes de la electroquímica.

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Actividades previas

Conteste brevemente las siguientes preguntas:

1. ¿Qué es la FEM y cómo se determina experimentalmente? 2. ¿Qué condiciones debe cumplir una reacción para que sea considerada

como espontánea? 3. Explique cómo de convierte la energía química en trabajo en una celada

electroquímica. 4. Compare como se determina experimentalmente y como se obtienen

teóricamente los siguientes parámetros: a. Resistencia b. Potencial eléctrico c. Carga eléctrica d. Cantidad de depósito metálico e. Trabajo eléctrico

5. ¿Qué efecto tiene la temperatura sobre el funcionamiento de una celda electroquímica?

NOTAS

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OBJETO DE ESTUDIO III: CINÉTICA QUÍMICA. PRÁCTICA 3

Determinación del orden de reacción por el método de integración y método gráfico en cinética química Duración: 4 sesiones de Laboratorio.

Introducción

La cinética química analiza el avance de las reacciones y determina de manera experimental la velocidad de la reacción y su dependencia con algunos parámetros como la concentración de reactivos y productos, temperatura y catalizadores. Ayuda además la comprensión de los mecanismos de reacción.

Al visualizar de manera global la reacción, la cinética química, nos ayuda a comprender el orden y molecularidad de una reacción. Así mismo, la espontaneidad y reversibilidad y las variables que las afectan.

La determinación del orden de reacción mediante los métodos de integración y método gráfico, se llevará a cabo en la reacción de saponificación del acetato de etilo con hidróxido de sodio.

Objetivos

Investigar la reacción entre el acetato de etilo y el hidróxido de sodio.

Proponer en base a esta reacción una práctica de laboratorio en la cual se puedan medir los parámetros relacionados con la cinética química tales como: concentración de reactivos y productos, tiempo, temperatura, etc.

Determinar experimentalmente el orden de una reacción y las variables que la influyen.

Aplicar conocimientos teóricos adquiridos en clase en el cálculo de la velocidad de reacción y el orden de reacción por los métodos de integración y método gráfico en la reacción indicada.

Resultados de aprendizaje

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1. Determina a partir de datos experimentales, la velocidad de reacción y orden de reacción.

2. Comprende la dependencia de factores tales como la temperatura y concentración de reactivos y productos sobre el desarrollo de la reacción.

Actividades previas

Conteste brevemente las siguientes preguntas:

1. ¿Cómo se define al equilibrio químico y cómo se determina experimentalmente?

2. ¿Qué tipo de reacción desarrollará en la práctica?

3. Describa cuál sería el mecanismo de la reacción que empleará en la práctica.

4. ¿Cuál sería la expresión matemática de la velocidad de la reacción que desarrollará?

5. ¿Cuál es la molecularidad de su reacción?

6. ¿Qué efecto supondría que tendría la temperatura sobre su reacción? (explíquelo con ayuda de un gráfico y fórmula matemática)

NOTAS

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OBJETO DE ESTUDIO IV: FENÓMENOS DE SUPERFICIE Y CATÁLISIS

PRE-PRÁCTICAS

Determinación de la tensión superficial. Duración: 1 sesiones de Laboratorio.

Objetivo:

Comprender de manera práctica el fenómeno de tensión superficial y aprender métodos para su medición.

Materiales:

Picnómetro, Capilar de vidrio de diámetro interno conocido, balanza analítica, termómetro, vidrios de reloj, soluciones de diferente densidad (agua, agua con azúcar, etc.), jabón líquido, regla y pipeta de transferencia o gotero.

Procedimiento:

1. Con anticipación deberá entregar los picnómetros con su maestro (a) para colocarlos en la estufa a 120° C para secarlos y tenerlos a peso constante el día de la práctica.

2. Pesar el picnómetro vacío, registrar el peso (W1). Llenar el picnómetro con el líquido a determinar la tensión superficial, secar por fuera y pesar nuevamente, registrar peso (W2). Recuerde registrar el volumen ya valorado del picnómetro (Vp) Para calcular la densidad (ρ) deberá realizar la siguiente operación:

3. Medir la temperatura del fluido al cual se le determinará la tensión superficial.

4. Verter en el vidrio de reloj de 3 a 5 gotas del fluido problema, sumergir un extremo del capilar (seco) de radio interno conocido (r) en el líquido, con ayuda de una pipeta de transferencia humedecer el interior del capilar con el líquido varias veces.

5. Dejar reposar hasta que el líquido alcance su altura por capilaridad.

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6. Medir la altura del líquido dentro del capilar (h). Realizar esta operación de 10 a 15 veces.

7. Para calcular la tensión superficial se empleará la siguiente ecuación, recuerde que g representa el valor de la gravedad:

Preguntas:

a) ¿En qué unidades deberá estar expresada la densidad y la tensión superficial?

b) ¿Qué efecto tiene el jabón sobre la tensión superficial del agua? Explique dicho efecto

c) Explique qué ocurriría si utilizara capilares con diferentes diámetros. d) Explique en términos termodinámicos qué es la tensión superficial. e) En una muestra con dos fluidos inmiscibles, ¿cómo mediría la tensión

interfacial?

NOTAS

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Construcción de una isoterma de adsorción.

Duración: 1 sesiones de Laboratorio.

Objetivo: Comprensión práctica de conceptos relacionados con la química de superficies e isotermas de adsorción tal como el área superficial. Materiales: Carbón activado ( g), Ácido acético 0.5M, Hidróxido de sodio 1.0 M, Fenolftaleína, bureta de 50mL, pipeta de 10mL, 2 probetas de 100mL, 1 vaso de precipitado de 250mL, 6 matraces Erlenmeyer de 250mL con tapón, 2 matraces Erlenmeyer de 100mL, gotero, varilla de vidrio, embudo, perilla para pipeta o propipetero y papel filtro Whatman 1. Procedimiento:

1. Previamente se activará la muestra de carbón colocándola en una estufa a 200° C por 1.5 h y se mantendrá seca dentro de un desecador.

2. Valorar 10mL de ácido acético utilizando el hidróxido de sodio y la

fenolftaleína.

3. Preparar 6 matraces EM con 2g de carbón activado, registrar los pesos.

4. Utilizando las probetas medir las proporciones de ácido acético-agua, p.ej. Matraz 1: 0mL de agua/100mL de ácido acético; Matraz 2: 20mL de agua/80mL de á. acético… Matraz 6: 90mL de agua/10mL de á. acético.

5. A continuación se dejan los seis matraces en agitación por una hora.

6. Después de la agitación, filtrar las muestras por gravedad con ayuda del

papel filtro y el embudo. Recolectar aproximadamente 20mL de cada muestra por separado.

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7. Tomar exactamente 10mL de muestra y colocarlos en un matraz limpio para valorarlo con el NaOH y la fenolftaleína. Repetir esto con cada muestra por duplicado.

8. Calcular el ácido acético residual.

9. Con todos los datos obtenidos completar el siguiente cuadro: 10.

Número de matraz 1 2 3 4 5 6

w masa del carbón (g)

Concentración de ácido inicial

Moles iniciales de ácido acético en solución

C=concentración de ácido en equilibrio

Moles finales del ácido acético en solución

nads=moles de ácido adsorbidos

nads/w

11. Representar gráficamente la isoterma de adsorción experimental: nads/w contra C y w/nads contra 1/C.

12. Obtener mediante ajuste los parámetros de la isoterma nmax y b. Deberá utilizar la ecuación de Langmuir linearizada.

13. Con los datos obtenidos y calculando el área molecualr del adsorbato, estimar el área superficial por gramo de carbón activado.

Preguntas:

a) Explique por qué debe ser activada por calor la muestra de carbón.

b) ¿Por qué se requiere de agitación en las muestras?

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c) Después de la hora de agitación, ¿Se alcanzó el equilibrio de adsorción?

d) ¿Los datos obtenidos experimentalmente se ajustan al modelo de Langmuir?

e) ¿Qué es el área molecular del adsorbato?, ¿Cómo se calcula?

f) ¿Qué datos se necesitan para estimar el área superficial por gramo de carbón activado?

NOTAS

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PRÁCTICA 4

Análisis del efecto de un catalizador en la velocidad de reacción. Duración: 3 sesiones de Laboratorio.

Introducción

La adsorción ocurre sobre superficies y la descripción de su mecanismo es de suma importancia para las reacciones de catálisis superficial ya que de esta depende la disponibilidad de un catalizador y por tanto el mejoramiento de la velocidad de una reacción. Para el estudio de los tipos de adsorción existen diversos diseños matemáticos entre ellos y el más empleado es la isoterma de adsorción de Langmuir.

El límite que separa dos fases se conoce como superficie o interfase y su interacción se cuantifica a través de la tensión superficial. Este parámetro es de importancia en reacciones con una o varias fases líquidas ya que de ello dependerá el aumento o disminución de la velocidad de reacción.

Objetivos

Determinar experimentalmente la tensión superficial, el efecto de un catalizador sobre este mismo parámetro, así como el efecto del catalizador sobre la velocidad de reacción.

Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en clase en la elaboración de una isoterma de adsorción y determinar las variables que afectan el mecanismo de adsorción.

Resultados de aprendizaje

1. Comprender los fenómenos de superficie como la tensión superficial y su efecto combinado de un catalizador sobre la velocidad de una reacción.

2. Aprender a desarrollar una isoterma de adsorción mediante el modelo de Langmiur.

Actividades previas

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Conteste brevemente las siguientes preguntas:

1. Describa cada uno de los diferentes tipos de catalizadores que existen, clasifique al catalizador empleado en la práctica.

2. ¿Qué son las interfases? 3. ¿Qué es la tensión superficial?, Proponga otra manera de medirla

diferente a la propuesta en la presente práctica. 4. ¿Cómo se relaciona la tensión superficial y la capilaridad? 5. ¿Qué es la adsorción y cuáles mecanismos de adsorción existen? 6. ¿Cuál es la expresión matemática que describe a una isoterma de

adsorción de Langmuir? 7. ¿Qué otro tipo de isotermas propondría diferente a la propuesta en la

presente práctica?

NOTAS

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CRONOGRAMA

SEMANAS

Prácticas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1. Electrólisis

Pre-práctica X

Práctica 1 X X X

2. Electroquímica

Práctica 2 X X X

3. Cinética química

Práctica 3 X X X X

4. Fenómenos de superficie y catálisis

Pre-práctica 1 X

Pre-práctica 2 X

Práctica 4 X X X

BIBLIOGRAFÍA PROPUESTA

Chang, R. 2008. Fisicoquímica, 3ª Edición. McGraw Hill, México, DF.

Laidler, K. J. y Meiser J.H. 2007. Fisicoquímica, 1ª Edición en español. Grupo editorial Patria, México, DF.

Chang, R. 1999. Química, 6ª Edición. McGraw Hill, México, DF.

Castellan, G. W. 1998. Fisicoquímica, 2ª Edición. Pearson Addison Wesley, México, DF.

Avery, H. E. 1982. Cinética Química básica y mecanismos de reacción. Editorial Reverté, S.A. Barcelona, España.

Aguilar-Ríos, G. G., Salmones-Blásquez, J. 2003. Fundamentos de catálisis. Editorial Alfaomega-IPN, México, DF.

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Smith, J. M. 1998. Ingeniería de la cinética química. 11ª Reimpresión. Editorial Continental, México.

Ball D. W. FISICOQUÍMICA. Thomson Learning.

Kuhn, H., Försterling, H. D., Waldeck, D. H. Principios de Fisicoquímica. 2da Edición. CENGAGE Learning. México, DF.