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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO FACULTAD DE QUMICA

MANUAL DE PRCTICAS QUMICA ANALTICA I

Clave 1402

AUTORES Ma. del Carmen Sansn Ortega

Julio Csar Aguilar Cordero

Rosario Covarrubias Herrera

Alain Qur Thorent

Olivia Zamora Martnez

Ma. Teresa Rodrguez Salazar

Sergio Miguel Ocampo Alaffita

Jos Juan Rodrguez Monarca

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NDICE

Pgina PRESENTACIN 3

SEGURIDAD EN EL LABORATORIO 5

PROTECCIN AL AMBIENTE Y ELIMINACIN DE DESECHOS QUMICOS 6

PRCTICAS TILES PARA MANTENER UNA BITCORA DE LABORATORIO 9

PRCTICA No. 1. PREPARACIN DE DISOLUCIONES 11

PRCTICA No. 2. CONSTRUCCIN DE ESCALAS DE POTENCIAL Y SU APLICACIN A LA PREDICCIN DE REACCIONES 22

PRCTICA NO. 3. ESTUDIO DE EQUILIBRIOS CIDO-BASE 36

PRCTICA No. 4. IDENTIFICACIN DE UN COMPUESTO QUMICO A TRAVS DE UNA TITULACIN POTENCIOMTRICA 46

PRCTICA No. 5. LOS COMPUESTOS DE COORDINACIN Y ALGUNAS DE SUS REACCIONES EN DISOLUCIN 56

PRCTICA No. 6. QU RELACIN EXISTE ENTRE LA SOLUBILIDAD Y EL PRODUCTO DE SOLUBILIDAD? 65

PRCTICA No. 7. ESTUDIO DEL REPARTO DEL YODO ENTRE DISOLVENTES NO MISCIBLES 72

PRCTICA No. 8. RESINAS DE INTERCAMBIO INICO 81

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PRESENTACIN En este manual de prcticas para la asignatura Qumica Analtica I (1402), se proponen ocho temas de trabajo experimental relacionados con algunos conceptos bsicos de la Qumica Analtica. Est dirigido a alumnos de cuarto semestre de todas las carreras de la Facultad de Qumica. La estructura del manual esta planteada de la siguiente manera: En las secciones 2, 3 y 4, se incluyen a manera de introduccin recomendaciones generales relativas a las buenas prcticas de laboratorio, abordando temas relacionados con la seguridad en el laboratorio, la proteccin al medio ambiente, la eliminacin de reactivos qumicos y con la forma correcta de llevar una bitcora de laboratorio. De la seccin 5 a la 12 se presentan los textos de las prcticas de laboratorio correspondientes a un semestre lectivo. La complejidad del trabajo experimental crece progresivamente desde la primera hasta la ltima prctica. En todas ellas se pretende que el alumno desarrolle su capacidad de observacin, aplicando adems los conocimientos adquiridos en la clase de teora y en los trabajos prcticos realizados con anterioridad. En cada seccin se propone una serie de problemas que permitan al estudiante aplicar los conocimientos tericos relacionados con el tema que se estudia para auxiliarle a profundizar de esta manera su formacin analtica. Los ocho temas de trabajo experimental tienen el mismo formato de presentacin, el cual consta de las siguientes secciones:

Introduccin

A travs de un texto corto, se pretende motivar al alumno con ejemplos que lo acerquen al tema principal, situndolo en un marco apropiado.

Tareas a cubrir

Se plantean claramente los conceptos, habilidades, actitudes y destrezas que se busca que el alumno desarrolle durante el trabajo experimental

Reflexiones iniciales

Se propone al alumno la resolucin de una serie de ejercicios que incluye conceptos relacionados con el tema a tratar en la actividad experimental, para que ste se familiarice con los conceptos involucrados y con las operaciones y razonamientos correspondientes.

Problema

A travs de una pregunta inicial se plantea al alumno un reto o desafo a realizar, que lo lleva a tomar conciencia del concepto que se desarrollar.

Actividades Prelaboratorio

Con el objeto de planear y organizar de una mejor forma el trabajo experimental, se sugieren una serie de actividades previas al experimento. Entre ellas estn:

- revisar la toxicidad de los reactivos que utilizar y as hacer conciencia de los riesgos a los que esta expuesto al utilizarlos.

- elaborar un mapa conceptual de los conceptos relacionados al tema principal.

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Actividad experimental

Adems de las actividades involucradas en el desarrollo procedimental, se incluyen preguntas (en negritas) para que el alumno reflexione sobre qu se hizo y el por qu de ello justo en el momento mismo en que se lleva a cabo la prctica.

Tambin se intercalan Alertas que son llamadas de atencin para que el estudiante tenga cuidado con el manejo de reactivos en los momentos clave de la experimentacin.

Clculos y resultados

Este espacio se dedica al desarrollo de actividades de registro, manejo de datos y construccin de grficas.

Cuestionario

Se plantean preguntas sobre los aspectos que se quiere reforzar o destacar de la actividad experimental, buscando ayudar al alumno a evaluar su desempeo en la prctica, as como los resultados obtenidos y su relacin con los conceptos tratados en la misma.

Manejo y disposicin de residuos

Al final de cada prctica se dan las indicaciones pertinentes sobre la recoleccin de productos para su posterior tratamiento. Se refuerza la formacin de actitudes responsables para la prevencin de la contaminacin ambiental.

Guas

Su objetivo es ofrecer informacin adicional de inters para el estudiante, con el propsito de apoyarlo en diferentes momentos del trabajo experimental. Su presentacin al final de cada prctica tiene la finalidad de que el alumno no pierda el inters o que olvide detalles del experimento cuando acude a la biblioteca.

Bibliografa

Se indican las fuentes de informacin primarias y secundarias consultadas, utilizadas para fundamentar cada prctica.

Ciudad Universitaria, Mxico, D.F., julio de 2007

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SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Cuando se trabaja en un laboratorio, siempre existe el peligro potencial de un sufrir un accidente

durante el manejo de las sustancias y de los materiales que se utilizan. Recuerda que:

SUSTANCIA PELIGROSA + ERROR HUMANO = ACCIDENTE As, con el fin de evitar en la medida de lo posible los accidentes de laboratorio, conviene tener

presente la siguiente serie de reglas:

1) Tu lugar de trabajo siempre debe estar limpio y ordenado.

2) Debes seguir todas las reglas de higiene y seguridad indicadas en el reglamento vigente

de la facultad.

3) Estudia cada experiencia antes de cada sesin, ya que ahorrars tiempo y evitars

errores y accidentes innecesarios.

4) El laboratorio es un lugar para trabajar con seriedad, todos deben tomar conciencia de la

importancia de trabajar con seguridad.

5) En caso de accidente, por pequeo que sea, da aviso de inmediato al profesor o al

laboratorista.

6) Nunca se debe comer, beber o fumar en el laboratorio.

7) Siempre debemos trabajar en un lugar bien ventilado. En el caso en que debas usar

sustancias que desprendan vapores, hazlo dentro de las campanas de extraccin.

8) Tu cabello, si es largo, deber estar recogido para evitar accidentes, especialmente

cuando se trabaja con mechero.

9) Todo el material que vayas a emplear debe estar perfectamente limpio tanto al principio

como al final del experimento, con el propsito de evitar contaminaciones o reacciones no

deseadas durante el desarrollo de la prctica.

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PROTECCIN AL AMBIENTE Y ELIMINACIN DE DESECHOS QUMICOS

DISPOSICIN DE RESIDUOS QUMICOS

La disposicin adecuada de residuos qumicos es esencial para proteger la salud y mantener la

seguridad de quienes laboran en un laboratorio qumico. Llevarla a cabo tambin reducir

amenazas presentes y futuras sobre el medio ambiente. Es por ello que la disposicin de todos los

residuos qumicos, hecha de una manera segura, eficiente, legal, y a un costo adecuado resulta

imperativa.

La minimizacin de residuos qumicos es la reduccin, en lo posible, de la cantidad de residuos

qumicos peligrosos que son generados o subsecuentemente tratados, almacenados, o

descargados. Incluye cualquier reduccin en la fuente, mediante el reciclaje, o de las actividades

de tratamiento que conduzcan a la reduccin del volumen total o de la cantidad de residuos

qumicos peligrosos, as como a la reduccin de la toxicidad de los residuos qumicos peligrosos.

La reduccin en la fuente, el reciclaje, y el tratamiento en el laboratorio son tres tipos de

actividades que reducen el volumen o la toxicidad de cualquier residuo qumico peligroso:

1. Reduccin en la fuente

Es el mejor acercamiento a la minimizacin de residuos. Puede verse como una actividad que

reduce o elimina la generacin de un residuo qumico peligroso en un proceso. Un elemento de

reduccin en la fuente es, por ejemplo el cambio de reactivos. As, la generacin de residuos por

disolventes puede reducirse o eliminarse sustituyndolos por materiales menos txicos y ms

seguros desde el punto de vista ambiental. Por ejemplo, los detergentes biodegradables pueden

sustituir a los disolventes que se usan en la limpieza del material de vidrio.

2. Reciclaje Incluye tanto la reutilizacin como la recuperacin. El reciclaje puede verse como cualquier

actividad que reduce el volumen de residuos peligrosos o txicos con la generacin de un material

valioso o de alguna forma de energa aprovechable. La reutilizacin, la recuperacin, y el reciclaje

deberan ser las primeras consideraciones antes de clasificar un reactivo qumico como un

desecho.

3. Tratamiento en el punto de generacin (el laboratorio)

El tratamiento para la reduccin o eliminacin de la toxicidad de un residuo qumico peligroso

puede realizarse de dos formas, principalmente:

1. Alteracin de los constituyentes txicos del residuo a formas menos txicas o no

txicas.

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2. Disminucin de la concentracin de constituyentes txicos en el residuo, empleando

mecanismos diferentes a la dilucin (la dilucin de los residuos para lograr las

concentraciones aceptables de disposicin de descarga es inaceptable). Idealmente, estos

pasos de tratamiento deberan estar descritos en todos los procedimientos de

laboratorio. Los residuos qumicos que se generan habitualmente en los laboratorios de

enseanza experimental incluyen cidos y bases inorgnicos, disolventes orgnicos,

metales, un gran nmero de polvos secos, los reactivos sin reaccionar y los productos de

reaccin de experimentos. Los residuos que se generan en el laboratorio son usualmente

mezclas, disoluciones o sustancias contaminadas, y en ocasiones agentes qumicos. Un

programa de minimizacin de residuos debe involucrar un esfuerzo continuo, no es un

procedimiento que se lleva a cabo una sola ocasin. Una de las metas finales de cualquier

experimento debera ser la de reducir al mnimo la generacin de residuos.

CLASIFICACIN DE RESIDUOS EN PELIGROSOS Y NO PELIGROSOS

Las regulaciones ambientales requieren que una persona que ha generado un residuo qumico lo

catalogue como peligroso o no peligroso. La informacin en esta seccin ayudar al generador de

residuos qumicos a clasificarlos.

Un residuo qumico peligroso es cualquier residuo qumico lquido, gaseoso o slido que exhibe

cualquiera de las siguientes caractersticas:

Inflamabilidad. Un residuo qumico es inflamable si presenta cualquiera de las siguientes

propiedades:

Es un lquido cuyo punto de inflamacin sea menor a 60 C No es un lquido pero es capaz bajo condiciones de temperatura y presin estndar, de

causar fuego bajo la accin de una friccin, absorcin de humedad o cambios qumicos espontneos y, cuando arde, se quema vigorosa y persistentemente.

Es un slido, lquido o gas que consume o libera oxgeno fcilmente, ya sea a temperatura ambiente o bajo calentamientos suaves. Esto incluye a los perxidos, cloratos, percloratos, nitratos y permanganatos.

Corrosividad. Un residuo qumico es corrosivo si el residuo posee cualquiera de las

siguientes caractersticas:

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Una disolucin acuosa que posea un pH menor o igual a 2, o mayor o igual que 12.5 es considerada como corrosiva.

Slidos que, cuando son mezclados con una parte igual de agua, forman disoluciones con un pH como se describi en el inciso anterior. (Revisar. Algunos gases tambin se consideran corrosivos, no es cierto?)

Reactividad. Un residuo qumico se caracteriza por ser reactivo si posee cualquiera de las

siguientes propiedades:

a. Normalmente es inestable y fcilmente realiza un cambio violento sin detonacin.

b. Cuando se mezcla con agua, reacciona violentamente, forma mezclas potencialmente explosivas, o genera gases txicos en cantidades suficientes como para representar un peligro a la salud humana.

c. Contiene cianuros o sulfuros que, cuando son expuestos a condiciones de pH entre 2.0 y 12.5, pueden generar gases txicos en cantidades suficientes como para presentar un peligro a la salud humana.

Toxicidad. Un residuo se considera peligroso por su toxicidad al ambiente cuando presenta

niveles excesivos de diversos constituyentes txicos entre los que se puede mencionar los

siguientes: arsnico, cadmio, cromo(VI), plomo, mercurio, nquel, selenio, talio, cobre, zinc,

cianuros, disolventes clorados como el cloroformo y el tetracloruro de carbono.

MANEJO DE RESIDUOS NO PELIGROSOS

La disposicin de residuos no peligrosos en la de basura o en el sistema de alcantarillado puede

ser apropiado bajo determinadas condiciones, las cuales se describen a continuacin. Todos los

residuos slidos no peligrosos deben disolverse en agua antes de descargarlos a la

alcantarilla. Los residuos slidos se colocan en una bolsa de polietileno antes de depositarlos en la

basura, indicando claramente mediante etiquetado el nombre qumico del producto y marcado

como "Residuo no peligroso".

Los residuos no peligrosos que no pueden descargarse en la basura o alcantarillado deben ser

manejados como residuos peligrosos. Si existe alguna duda respecto a la clasificacin de

alguna sustancia o de algn compuesto qumico, lo mejor es asumir que stos son

peligrosos.

Gua de manejo de residuos qumicos. http://www.2.udec.cl/sqrt/reglamento/reglresiduos.html

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PRCTICAS TILES PARA MANTENER UNA BITCORA DE LABORATORIO Una de las habilidades esenciales que se debe desarrollar en el laboratorio es el uso apropiado de

una bitcora, herramienta esencial en muchas carreras, tanto en el terreno profesional como en el

de la investigacin. La experiencia indica que el alumno llega a desarrollar la habilidad suficiente

para llevar una bitcora correctamente solamente a travs del esfuerzo continuo, ya que dicha

habilidad no se da naturalmente.

Una bitcora es un diario de trabajo. Es un documento totalmente personal y una fuente primaria

de informacin, por lo que todo lo que se haga en el laboratorio debe registrarse en ella, desde el

procedimiento hasta los clculos y conclusiones realizados. La informacin debe ser legible y

presentada de una manera lgica, los datos que se registren deben ser rpidamente accesibles,

indicando claramente las unidades empleadas. Las notas deben tomarse inmediatamente para no

dejar nada a la memoria. Esto es, la bitcora debe narrar todas las experiencias que permitan

reconstruir las acciones llevadas a cabo.

La bitcora debe llevarse consigo al lugar de labores. Por lo tanto, es de suponer que se le dar un

uso constante y, tal vez, agitado y rudo. En el laboratorio se coloca sobre la mesa de trabajo, por lo

que est expuesta a que se derramen sobre ella reactivos puros o disoluciones de ellos; si se

trabaja cerca del mechero, puede llegar a quemarse. Un aspecto importante a considerar en la

seleccin de la bitcora, es el tipo de papel que se usar. Una regla bsica es que ste sea

resistente al rasgado, poco poroso y absorbente, preferentemente blanco, ya sea rayado,

cuadriculado o liso. El rayado y el cuadriculado pueden ser tiles para la organizacin de las notas

o para la elaboracin de tablas o grficas preliminares. El cuaderno o libreta seleccionada debe

estar encuadernado (con hojas cosidas) y foliado.

Al mismo tiempo que se elige el material para la bitcora, debe seleccionarse el instrumento para

la escritura de las notas de trabajo. La tinta ha sido preferida por los habituados al trabajo en el

laboratorio, la mejor opcin son los bolgrafos ya que son resistentes al agua y a diversos

disolventes, como el etanol. Jams se borra o se tacha completamente ni se utiliza corrector.

Cuando se considere necesario, slo se traza una lnea sobre el escrito deseado; uno nunca sabe

si la idea indeseada podr ser til o correcta en un momento posterior.

Por otra parte, no deben usarse abreviaturas, sobre todo si son personales, ya que su significado

suele olvidarse con el tiempo. Algo ms que debe evitarse son las anotaciones en papeles u

hojas sueltas, ya que se pueden perder por muy diversos motivos.

Ya que se trata de una herramienta del trabajo cientfico o tcnico, al elaborar la bitcora se debe

seguir la misma disciplina y rigor que requiere el mtodo cientfico en el orden, organizacin y

planeacin. Lo primero a escribir en una bitcora de trabajo, son los datos de identificacin de la

misma. Ya sea en la cubierta o en la primera pgina, debe plasmarse claramente el nombre del

propietario de la bitcora, la disciplina, tema o materia para la que se ha designado, as como la

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informacin sobre la adscripcin nombre del laboratorio o lugar de trabajo, domicilio y telfono-,

para evitar el riesgo de prdida o extravo.

Cada registro debe empezar con la fecha y el ttulo del experimento, y en caso de incluir grficos

realizados en Excel u hojas adicionales con informacin relevante, estos deben pegarse en la

libreta y firmarse de tal manera que la firma abarque la hoja de la libreta y la hoja adicional.

Para finalizar se incluye la definicin de Bitcora presentada en la Norma Mexicana NMX-AA-

005-SCFI-2000.

Se entiende por bitcora al cuaderno de laboratorio debidamente foliado e identificado, en el cual

los analistas anotan todos los datos de los procedimientos que siguen en el anlisis de una

muestra, as como todas las informaciones pertinentes y relevantes a su trabajo en el laboratorio.

Es a partir de dichas bitcoras que los inspectores pueden reconstruir el proceso de anlisis de

una muestra tiempo despus de que se llev a cabo.

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PRCTICA No. 1. PREPARACIN DE DISOLUCIONES

Elaborada por: Ma. del Carmen Sansn Ortega Revisada por: Julio Csar Aguilar Cordero y Rosario Covarrubias Herrera

INTRODUCCIN: Los reactivos qumicos se fabrican con diferentes grados de pureza: Reactivo comercial o Grado Tcnico.

Estos reactivos se utilizan ampliamente para uso industrial; la mayora de ellos contiene muchas impurezas por lo que no se emplean como reactivos de laboratorio.

Reactivo Grado USP (grado farmacopico) Los reactivos qumicos que cumplen con estas especificaciones, se purifican para que pasen ciertas pruebas, como es la ausencia de determinadas impurezas que afectan a la salud. Los ensayos que se aplican a estos reactivos estn detallados en las farmacopeas. Los reactivos USP se pueden emplear en el laboratorio de anlisis pero no tienen la pureza de un reactivo Q.P.

Reactivo Grado Q.P. (Qumicamente puro) Son reactivos generalmente ms puros que los reactivos USP. De hecho muchas sustancias Q.P. se preparan por casi el mismo proceso que los reactivos de grado analtico. Dichos reactivos se estandarizan individualmente por la casa que los produce. Debido a esto, vara la pureza del reactivo.

Reactivo Grado Analtico Estos reactivos qumicos se producen, purifican y analizan con mucho cuidado y bajo normas estrictas de calidad, para asegurarse que el contenido de ciertas impurezas se encuentra bajo las especificaciones dadas por el Comit de Reactivos Analticos de la Sociedad Qumica Americana. Las etiquetas para los recipientes de tales reactivos especifican los lmites mximos de las impurezas analizadas. Los fabricantes controlan cada lote antes de empacar, y garantizan lo especificado en la etiqueta. Se recomienda utilizar nicamente reactivos grado analtico para hacer trabajos analticos. En muchas aplicaciones analticas, por supuesto, se pueden emplear otros grados de reactivos.

Reactivos Grado Estndar Primario Generalmente requieren mtodos especiales de purificacin y se sabe contienen un cierto porcentaje de pureza (generalmente muy cercano al 100%).

Agua destilada y desionizada En la qumica cuantitativa es esencial preparar disoluciones usando agua que ha sido purificada eliminando los minerales que se encuentran en el agua de la llave (sodio, calcio, magnesio, sulfato, cloruro, carbonato, etc.). La mayora de los laboratorios tiene sistemas de purificacin de agua, los que se basan en la destilacin de sta o bien en su desionizacin. El proceso de desionizacin es semejante al del ablandamiento del agua, salvo que elimina tanto cationes como aniones. La desionizacin se lleva a cabo por medio de resinas intercambiadoras de iones. Para ciertas aplicaciones, el contacto del agua con la resina introduce cantidades significativas de sustancias orgnicas, lo que puede ocasionar errores en ciertos procedimientos analticos. Es posible, sin embargo, eliminar estas impurezas orgnicas mediante procedimientos tales como la irradiacin con luz ultravioleta. El agua destilada es excelente para casi todas las aplicaciones, pero an puede contener impurezas, debido a la presencia de sustancias voltiles. Cuando se preparan disoluciones de hidrxido de sodio, es recomendable eliminar el dixido de carbono, ya sea hirviendo el agua o bien burbujeando en ella aire exento de CO2, durante una hora. Almacenamiento y uso de las disoluciones Para guardar o contener las disoluciones preparadas se prefieren recipientes de vidrio pyrex debido a su gran resistencia a la accin qumica. Los envases de plstico hechos de polietileno, se

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utilizan ampliamente pero tienen limitaciones debido a que el plstico es permeable a los gases (CO2 , O2) presentes en el aire. En ocasiones conviene utilizar recipientes de polmeros organofluorados que resultan bastante inertes y eliminan prcticamente toda posibilidad de contaminacin de las disoluciones. Los usuarios de reactivos deben tener ciertas precauciones con ellos: 1. Slo se debe sacar del envase un ligero exceso de reactivo sobre la cantidad requerida, debido

al riesgo de contaminacin que se corre. 2. Nunca se debe tomar el reactivo directamente del frasco. 3. Nunca se debe de regresar el excedente de reactivo al frasco original. Se debe disponer de

este excedente de una manera apropiada. TAREAS POR CUBRIR: Calcular las cantidades de reactivos que se necesitan para preparar distintas disoluciones. Preparar disoluciones de concentraciones bien definidas, que sern utilizadas en prcticas

posteriores. Efectuar correctamente las operaciones involucradas en la preparacin de disoluciones. Conocer las concentraciones de los cidos y bases concentrados de uso ms frecuente en un

laboratorio de qumica, y mostrarlas usando las diferentes unidades que se emplean para los reactivos concentrados.

Realizar correctamente el proceso de dilucin. Manipular correctamente la balanza analtica, la pipeta graduada, el matraz volumtrico y la

probeta. Preparar correctamente una disolucin amortiguadora. Valorar los conceptos y procedimientos mencionados en los puntos anteriores y la importancia

que tienen en la preparacin de disoluciones. REFLEXIONES INICIALES (PARTE I. DISOLUCIONES) Contesta las siguientes cuestiones, seleccionando la respuesta correcta. 1) Si expresamos la concentracin de una disolucin acuosa en:

a) Molaridad b) Molalidad c) Normalidad

d) Fraccin molar e) % en peso

Cules de ellas variarn al modificar la temperatura? ____1. Todas ____3. a, b y c

____2. Slo a y c ____4. c, d y e

2) Cules de las siguientes proposiciones son ciertas? a) Para cualquier disolucin, molaridad y molalidad son prcticamente iguales. b) Una disolucin diluida es siempre no saturada. c) La fraccin molar de un componente en una disolucin aumenta al aumentar la temperatura. d) La normalidad de una disolucin siempre es mayor que la molaridad de la misma.

____1. Todas ____3. Slo a, y b

____2. Ninguna ____4. Slo c, y d

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3) En un tubo de ensayo hay 5 cm3 de una disolucin de NaNO3. Cuando se evapora el agua,

queda un residuo slido de 120 mg. Con estos datos se podra asegurar que: ____ 1. No es posible determinar la molaridad de la disolucin de NaNO3

____ 2. Si se conociera la densidad de la disolucin sera posible determinar su molaridad.

____ 3. La disolucin es 0.28 M

____ 4. La disolucin es 0.28 x 10-3 M.

4) Si de una disolucin saturada de un slido prcticamente insoluble en agua evaporamos la

mitad del agua, manteniendo la temperatura constante, cul sera la molaridad de la disolucin?

____1. Igual a la inicial ____3. El doble de la inicial

____2. La mitad de la inicial ____4. Cuatro veces la inicial

5) Para preparar una disolucin 1M de un compuesto slido muy soluble en agua, qu sera necesario hacer?

____1. Aadir un litro de agua a 1 mol del compuesto

____3. Aadir agua a un mol del compuesto hasta completar un kilogramo de disolvente.

____2. Aadir un mol del compuesto a un kilogramo de agua.

____4. Disolver un mol del compuesto en suficiente cantidad de agua y completar hasta un litro de disolucin.

6) Qu habra que hacer para preparar 500 mL de H2SO4 0.2N a partir de H2SO4 6M? ____1. Aadir 8.3 cm3 del cido concentrado a la cantidad suficiente de agua para obtener 0.5 litros de disolucin.

____3. Aadir 16.6 cm3 del cido concentrado a la cantidad suficiente de agua para obtener 0.5 litros de disolucin.

____2. Tomar 8.3 cm3 de cido concentrado y aadirlos a 0.5 litros de agua.

____4. La disolucin no se puede preparar con este cido tan concentrado.

7) Si se aaden 25 mL de sacarosa (C12H22O12) 0.11M a 10 mL de sacarosa 0.52M, suponiendo volmenes aditivos, la molaridad resultante ser:

____1. 0.37 M ____2. 0.63 M ____3. 0.23 M ____4. 0.41 M

8) Uno de los siguientes enunciados no permite calcular exactamente la molaridad de la disolucin. De cul se trata?

____1. Se disuelven 2.1735g de NaCl en agua hasta alcanzar 500 cm3.

____3. Se agregan exactamente 50 cm3 de agua a una muestra de KI que pesa 1.326 g.

____2. Se evaporan 532.6 cm3 de disolucin de KCl, quedando como residuo 2.9632 g de la sal.

____4. 19.58 cm3 de HCl 0.0863 M se diluye a 500 cm3.

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ACTIVIDADES PRELABORATORIO 1) Disea un mapa conceptual sobre los conceptos que t consideras relacionados con el trabajo

que vas a desarrollar. (Si tienes duda de cmo hacerlo consulta con tu profesor). Posteriormente renete con tres o cuatro compaeros y discutan sobre estos tpicos.

2) Consulta la reactividad y toxicidad de los reactivos que vas a emplear. ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS 7 vasos de precipitados de 50 mL cido sulfrico (H2SO4) concentrado

95% p/p; d = 1.83 g/cm3 2 pipetas graduadas de 10 mL cido clorhdrico (HCl) concentrado

37% p/p; d = 1.18 g/cm3 1 matraz volumtrico 500 mL Solucin de hidrxido de sodio (NaOH)

saturada 50% p/p; d = 1.5g/cm3 1 matraz volumtrico 1000 mL cido ntrico (HNO3) concentrado 71%

p/p ; d = 1.42 g/cm3 1 esptula Amoniaco NH3 concentrado 34% p/p; d

= 0.88 g/cm3 2 embudos de filtracin rpida Biftalato de potasio (KHC8H4O4) R.A.

slido 99.8% 1 balanza analtica Tetraborato de sodio (Na2B4O7

10H2O) R.A. slido 99.8% 1 piseta Dihidrogenfosfato de sodio (NaH2PO4)

R.A. slido 99.2% 9 frascos limpios con tapa, de polietileno de 500 mL de capacidad

Tartrato cido de potasio (KHC4H4O6) 99%

2 frascos de vidrio mbar limpios con tapa de 500 mL de capacidad.

Monohidrogenfosfato de potasio (K2HPO4) R.A. slido 98.5%

Etiquetas o cinta adhesiva Hexametilntetramina (urotropina, C6H12N4) R.A. slido 98%

1 nave para pesar Cloruro de amonio (NH4Cl) 99.5%

REACTIVOS REACTIVOS Sulfato de cobre(II) pentahidratado (CuSO45H2O) R.A. slido 100%

Acetato de sodio trihidratado (CH3COONa3H2O) R.A. slido 99.5%

Nitrato de zinc hexahidratado (Zn(NO3)26H2O) R.A. slido 99.5%

cido actico glacial (CH3COOH) 99.8 % p/p; d = 1.050 g/cm3

Bicarbonato de sodio (NaHCO3) R.A slido 100%

Carbonato de sodio (Na2CO3) R.A. slido 99.5%

Nitrato de cobre (II) trihidratado (Cu(NO3)23H2O) R.A. slido 100%

Sulfato de niquel(II) heptahidratado (NiSO47H2O) R.A. slido 99%

Sulfato de zinc heptahidratado (ZnSO47H2O) R.A. slido 100%

Sulfato de hierro(II) (FeSO4.7H2O) R.A. slido 99%

Nitrato de potasio (KNO3) R.A. slido 99.7% Nitrato de plata (AgNO3) R.A. slido 100% Nitrito de potasio (KNO2) R.A. slido 98% cido fosfrico (H3PO4) R.A. 87.5 % p/p; d =

1.713 g/cm3 Etilndiamina (H2NCH2CH2NH2) R.A. 98%; d = 0.9 g/cm3

Cianuro de potasio (KCN) R.A. slido 99.0%

Cloruro de sodio R.A. slido NaCl 99.5% Cloruro de potasio (KCl) R.A. slido 99.5% Nitrato frrico nonahidratado (Fe(NO3)39H2O)

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R.A. slido 99.0% PROBLEMA No. 1: Qu cantidad de sustancia debes pesar o medir para preparar el volumen indicado de las disoluciones que se enlistan en la siguiente tabla?

Sustancia Frmula y masa molar

Volumen (V) por

preparar

Conc. por

preparar (mol/L)

Moles de

soluto en (V)

Gramos por

pesar (g)

Correccin de masa

por pureza del reactivo

Volumen por medir

(mL)

cido ntrico * 100 mL 1.0 M cido sulfrico * 500 mL 4.0 M cido clorhdrico * 1000 mL 0.1 M cido clorhdrico * 100 mL 1.0 M cido actico * 100 mL 1.0 M cido actico * 250 mL 0.1 M Hidrxido de sodio * 250 mL 1.0 M Biftalato de potasio 500 mL 0.05 m Tetraborato de sodio ** 500 mL 0.05 M Buffer pH = 7, fosfatos 500 mL 0.1 M Buffer pH = 5, acetatos 500 mL 0.1 M Buffer pH = 6 urotropina 500 mL 0.1 M Bicarbonato de sodio 500 mL 0.1 M Tartrato cido de potasio (pH =3.5)

500 mL Saturada 0.025 M

Sulfato de cobre(II) ** 100 mL 0.1 M Nitrato de cinc ** 250 mL 1.0 M Nitrato de cobre(II) ** 100 mL 0.1 M Sulfato de cinc ** 100 mL 0.1 M Nitrato de cobre(II) ** 250 mL 1 M Sulfato de cinc ** 250 mL 1 M Sulfato de hierro(II) ** 250 mL 1 M Nitrato de potasio 250 mL 1 M Nitrato de plata 250 mL 0.1 M Sulfato de niquel(II) ** 250 mL 0.1 M Nitrato de potasio 250 mL 0.2 M Sulfato de hierro(II) ** 250 mL 0.2 M Nitrato de hierro(III) ** 250 mL 0.2 M Nitrito de sodio 250 mL 0.2 M Cloruro de amonio 250 mL 0.1 M Acetato de sodio ** 250 mL 0.1 M Amoniaco ** 250 mL 0.1 M cido fosfrico * 250 mL 0.1 M Monohidrgenofosfato de potasio **

250 mL 0.1 M

Dihidrgenofosfato de sodio **

250 mL 1.0 M

Carbonato de sodio 250 mL 0.1 M Sulfato de niquel (II) ** 50 mL 0.2 M Acetato de sodio * 100 mL 1.0 M Nitrato de plata 250 mL 0.1 M Cloruro de sodio 250 mL 2.0 M Cloruro de sodio 250 mL 0.25 M Cloruro de potasio 250 mL 2.0 M Etilendiamina 50 mL 12.5 % v/v Amoniaco * 50 mL 6.0 M Cianuro de potasio 50 mL 1.0 M * Considera la densidad y el % en peso de la sustancia, y con estos datos realiza los clculos que se piden. Consulta la lista de reactivos

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** En la lista de reactivos se indica la frmula correcta de cada compuesto. Prepara la disolucin con agua recientemente hervida y fria. PROCEDIMIENTO 1) Pesa con cuidado en una nave para pesar o en un vaso de precipitados de 50 mL la cantidad de soluto calculada. O bien, si el reactivo es lquido, mide cuidadosamente con una pipeta la cantidad requerida. 2) Para el caso de los reactivos lquidos, transfiere el reactivo medido con la pipeta a un matraz volumtrico cuya capacidad est de acuerdo al volumen de disolucin que vayas a preparar y que contenga aproximadamente 100 mL de agua destilada, agita con cuidado y completa el volumen hasta la marca del aforo con agua destilada. Cuando se preparan disoluciones de cido sulfrico a partir del reactivo concentrado, se recomienda trabajar en un bao de hielo. Para preparar la disolucin de hidrxido de sodio, utiliza agua destilada recin hervida y enfriada. Tapa el matraz y homogeneiza la disolucin invirtindolo varias veces. Por qu se debe preparar el cido sulfrico en un bao de hielo? Por qu se debe preparar la disolucin de sosa con agua hervida? 3) En el caso de los reactivos slidos, disulvelos con una pequea porcin de agua destilada.

Trasvasa la disolucin al matraz aforado con la ayuda de un agitador y usando un embudo. Lava varias veces el vaso y el embudo con pequeas porciones de agua destilada. Completa el volumen con agua destilada hasta la marca del aforo. Tapa el matraz y homogeneiza la disolucin invirtindolo varias veces.

4) Para preparar las disoluciones buffer o amortiguadoras, puedes seguir cualquiera de los siguientes procedimientos : a) Para el caso de reactivos slidos, pesa en vasos de precipitados de 50 mL, la cantidad

calculada de cada una de las sales constituyentes del amortiguador. Disuelve en 50 mL de agua destilada y hervida, transfiere al matraz volumtrico. Lava el (los) vaso(s) de precipitados con varias porciones de 5 mL de agua destilada y hervida e incorpora todas las aguas de lavado en el matraz volumtrico. Lleva al aforo con agua destilada y hervida. Es frecuente que el amortiguador se prepare con los correspondientes cido y base conjugados. Cuando el cido es un lquido, se mide la cantidad calculada con una pipeta adecuada y se transfiere a un matraz volumtrico que contenga aprox. un 20% de su

ALERTA!

El hidrxido de sodio puede producir quemaduras severas. Manjalo conprecaucin.

Los cidos ntrico, clorhdrico y sulfrico son altamente corrosivos y txicos. El amoniaco es irritante.

Trabaja bajo la campana. Evita el contacto de estos reactivos con la piel, pero si ste llega a ocurrir, lava el sitio afectado con abundante agua fra y avisa inmediatamente a tuprofesor.

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volumen de agua destilada y hervida. Por otra parte, se pesa la cantidad calculada de la sal en un vaso de 50 mL se disuelve en 10 mL de agua destilada y hervida y se transfiere al mismo matraz que ya contiene el cido. El vaso de precipitados se lava con varias porciones de agua destilada y hervida y se incorporan todas las aguas de lavado en el matraz volumtrico. Lleva al aforo con agua destilada y hervida. Tapa el matraz y homogeneizar la disolucin invirtindolo varias veces.

b) Una manera muy prctica de preparar una disolucin amortiguadora es la siguiente: Se pesa la cantidad calculada de la sal para tener la concentracin analtica total de buffer, se disuelve con agua destilada y hervida en un volumen que represente aproximadamente el 80% del volumen final del tampn. Se sumergen electrodos para la medicin del pH y se vigila la variacin de este ltimo. Se adiciona NaOH o HCl, segn sea el caso, para subir o bajar el pH, hasta alcanzar el pH deseado. La disolucin se transfiere a un matraz volumtrico y se lava el vaso de precipitados con algunas porciones de agua. Los lavados se aaden al contenido del matraz volumtrico. Se diluye hasta el aforo y se homogeneiza.

5) Transfiere la disolucin preparada a un frasco limpio y seco, debidamente etiquetado, en el que se indique el nombre del reactivo, concentracin, fecha de preparacin y el nombre de la persona que hizo la disolucin.

6) La disolucin de tiosulfato de sodio se debe guardar en un frasco de vidrio mbar. Guardar las disoluciones de sosa en frascos de polietileno.

CUESTIONARIO 1. Cmo influye el agua de hidratacin de los slidos en los clculos que se llevan a cabo para la

preparacin de las disoluciones? 2. Qu consideraciones hay que hacer para preparar las disoluciones que tienen solutos

lquidos, como los cidos clorhdrico, ntrico y sulfrico? 3. Cmo afecta la pureza en que se encuentra el reactivo para la preparacin de las

disoluciones? 4. Para qu son utilizadas las disoluciones? Dnde son utilizadas? Describe un ejemplo de uso

en el laboratorio qumico. 5. Cul es la razn por la que se recomienda guardar las disoluciones de sosa y EDTA en

envase de plstico? 6. Por que se recomienda conservar las disoluciones de tiosulfato de sodio en un envase de vidrio

mbar? 7. Por qu un buffer (tambin llamado amortiguador o tampn) se opone a los cambios de pH? 8. Por qu los bioqumicos y otros cientficos de las ciencias de la vida estn particularmente

interesados en los amortiguadores? 9. Se dice que un buffer est constituido por un cido y su base conjugada. Por qu las

disoluciones de biftalato de potasio, tetraborato de sodio o de tartrato cido de potasio, se pueden emplear como disoluciones tampn de pH?

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REFLEXIONES FINALES Contesta las preguntas que se te plantean a continuacin. 1) Cules de las siguientes proposiciones son falsas? a) Una disolucin molal contiene un mol

de soluto en 1000 g de disolucin. b) Una disolucin 2N de cido sulfrico contiene un mol de H2SO4 en 1000 cm3 de disolucin. c) En 200 mL de una disolucin 10M de cido sulfrico hay cinco equivalentes de sulfrico. d) 20 mL de NaCl 2M contiene igual nmero de iones cloruro que 20 mL de CaCl2 2 M.

____1. b y c ____3. a, c y d ____2. Slo a y d ____ 4. Todas

2) Qu volumen de una disolucin de etanol, C2H6O, que tiene el 94% de etanol en masa, contiene 0.200 mol de C2H6O? La densidad de la solucin es 0.807g/mL

3) Cmo vara la concentracin de una disolucin al aadir agua? 4) Cmo vara la concentracin de una disolucin al evaporarla? 5) Describe los pasos bsicos implicados en la dilucin de una solucin de concentracin

conocida. 6) Describe cmo se prepara 1.00 L de solucin de HCl 0.646 M a partir de una solucin 2.00 M. 7) Se tienen 505 mL de HCl 0.125 M y se desean diluir a exactamente 0.100 M. Qu cantidad de

agua se debe agregar ? 8) Se desea preparar una disolucin en la que la concentracin del ion NO3- sea 0.250 M, y se

dispone de 500 mL de una disolucin de KNO3 que es 0.200 M. Qu volumen de disolucin de Ca(NO3)2 0.300 M habra que aadir?

1. 250.0 mL 3. 71.4 mL

2. 35.7 mL 4. 500.0 mL

MANEJO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS: Coloca los residuos en los recipientes etiquetados que se encuentran en el laboratorio para su tratamiento posterior. GUA No. 1 Para expresar la concentracin de las disoluciones, se utilizan diferentes unidades. La unidad ms comn empleada por los qumicos es la molaridad (M), y se define como moles de soluto por litro de disolucin.

M = n/V Molalidad (m): Se expresa como la cantidad de materia expresada en mol por masa de disolvente expresada en kilogramos.

m = n/kg de disolvente Normalidad (N): La normalidad se define como el nmero de equivalentes (eq) de soluto por litro de disolucin.

N= neq /V

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El nmero de equivalentes (eq) de una sustancia, se define como la masa de la sustancia dividida por el peso equivalente (Peq). El peso equivalente (Peq) no es tan fcil de definir pues depende de la reaccin en la cual el compuesto interviene. As por ejemplo, en una reaccin cido-base, el peso equivalente de un cido o de una base es equivalente a un mol de H+ o de OH- . Ejemplo: 1 mol de H2SO4 contiene 2 equivalentes de H+ Por tanto: El peso equivalente del cido sulfrico se calcula dividiendo su masa molar entre dos. En las reacciones redox, el peso equivalente de un agente oxidante o reductor es el peso equivalente a un mol de electrones. En la siguiente reaccin:

+ ++ + + 24 2MnO 8H 5e Mn 4H O un mol de permanganato reacciona con 5 moles de electrones (y contiene entonces 5 equivalentes por mol); por tanto, el peso equivalente del permanganato de potasio se calcula dividiendo su masa molar entre cinco. GUA No. 2 Muchos reactivos comerciales se venden en concentraciones altas. Por ejemplo, el cido clorhdrico comercial tiene una concentracin que es aproximadamente 12 M. En muchas ocasiones, necesitamos trabajar con disoluciones de cido clorhdrico mucho ms diluidas. Las disoluciones de concentraciones ms bajas, las preparamos por dilucin. Al llevar a cabo un proceso de dilucin, es til recordar que agregar ms disolvente a un volumen de solucin cambia (disminuye) la concentracin de la misma ya que el nmero de moles de soluto presente en la disolucin no cambia. Es decir: moles de soluto antes de la dilucin = moles de soluto despus de la dilucin. De la definicin de molaridad se tiene que: Molaridad = Moles de soluto / litro de disolucin

Por lo que: Moles de soluto = Molaridadvolumen de disolucin (expresado en L)

Al escribir M1 para la concentracin molar inicial y V1 para el volumen inicial de la disolucin se obtiene:

Moles de soluto = M1V1 Cuando la disolucin se diluye adicionando ms agua, la concentracin y el volumen cambian a M2 (la concentracin molar final) y V2 (el volumen final), en tanto que los moles de soluto permanecen iguales.

Moles de soluto = M2V2 Debido a que los moles de soluto no han cambiado durante la dilucin:

M1V1 = M2V2 La concentracin de la disolucin la podemos expresar en cualquier otra unidad, por lo que de forma general podemos expresar:

C1V1 = C2V2 GUA No. 3 La principal frmula que trata de las disoluciones amortiguadoras es la ecuacin de Henderson-Hasselbalch, la cual es simplemente otra forma de la expresin de Ka .

+ +HA H A

[ ]+ =a

H AK

HA

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( ) [ ] ( ) [ ]+

+ = = + a

H A Alog K log log H log

HA HA

( ) ( ) [ ]

+ = a

Alog H log K log

HA

( ) ( ) [ ]

+ = + a

A-log H log K log

HA [ ][ ]

+=

HAAlogpKpH a

Siempre que se conozca el cociente de concentraciones del cido y la base conjugados, as como el pKa del cido, la ecuacin de Henderson-Hasselbalch permite conocer el pH de la disolucin. BIBLIOGRAFA: Ayres, G.H. Anlisis Qumico Cuantitativo, 2 ed.; Harla: Mxico, 1970; p 657. Blaedel, W.J.; Meloche, V.W. Elementary Quantitative Anlisis, 2nd ed.; Harper International

Edition: New York, 1970; pp 97-99. Carrillo Ch., M. et al. Manual de Laborarorio. Microescala. Qumica General; Facultad de

Qumica: Mxico, 1998. Chang, R. Qumica; Mc Graw Hill: Mxico, 1992; pp 158-162. Ebbing, D. Qumica General; Mc Graw Hill: Mxico, 1996; pp 174-178. Garca Gmez, C. et al. Qumica General en Cuestiones; Addison-Wesley Iberoamericana:

Mxico, 1990; pp 88-95. Ramrez Castro, J.L. et al. La resolucin de problemas de Fsica y de Qumica como

investigacin; C.I.D.E: Madrid, 1994; pp 149-152.

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PRCTICA No. 2. CONSTRUCCIN DE ESCALAS DE POTENCIAL Y SU APLICACIN A LA PREDICCIN DE REACCIONES

Elaborado por: Ma. del Carmen Sansn Ortega Revisado por: Julio Csar Aguilar Cordero y Rosario Covarrubias Herrera

INTRODUCCIN Sabas que respirar, cocinar, y quemar gasolina son slo algunas reacciones de oxidacin de tomos de carbono? Los antioxidantes y desinfectantes, como la tintura de yodo, el perxido de hidrgeno, el hipoclorito de sodio, el permanganato de potasio y otros ms, son oxidantes usados para preservar la salud. Estas sustancias actan generalmente como agentes oxidantes de algunas sustancias fundamentales para la vida de las bacterias. Por su alto poder oxidante, estos antispticos atacan y llegan a destruir tambin las clulas de la piel u otros tejidos, por lo que su aplicacin debe ser controlada. En los procesos bioqumicos, la transferencia de electrones desempea un papel primordial. La xido-reduccin es el proceso qumico por el que se transfiere la energa en la cadena respiratoria, y lleva finalmente a la sntesis del compuesto clave que permite a las clulas desarrollar todas sus funciones: el ATP. Por otro lado, en el interior de la clula se lleva a cabo una serie de reacciones de xido-reduccin que son importantes para que funcione adecuadamente. Por ejemplo, si las protenas se oxidan, puede alterarse su funcin, y esto ocurre en las que poseen aminocidos con azufre (por ejemplo cistena). La forma reducida de la protena posee grupos -SH, indispensables para funcionar adecuadamente. Al oxidarse en la protena forman puentes disulfuro -S-S- que modifican la estructura de sta, con lo cual pierde su actividad. Las clulas, incluyendo las neuronas, cuentan con mecanismos para regular y controlar de manera muy precisa estos mecanismos de xido-reduccin. Una de las hiptesis propuestas para explicar la degeneracin y muerte de estas clulas nerviosas es la generacin de radicales libres debida a un mal funcionamiento de estos mecanismos de control redox. Otro ejemplo de reacciones de xido-reduccin, esta vez causadas por la luz, es la fijacin de imgenes en pelculas fotogrfcas. El fundamento de la fotografa reside en la propiedad que tienen diversas sustancias, como los halogenuros de plata, de reaccionar qumicamente al ser iluminadas. Estas sustancias se denominan fotosensibles. La pelcula fotogrfica consiste en una tira de plstico flexible cubierta por una capa delgada de gelatina, la cual contiene pequesimos cristales de bromuro de plata. Cuando la pelcula se expone a la luz al abrir el diafragma de la cmara cuando sta se dispara, ocurren dos reacciones: para empezar, el ion bromuro libera un electrn y se produce un tomo de bromo neutro, Br, es decir, el ion bromuro se oxida. El ion plata puede entonces atrapar el electrn para convertirse en un tomo de plata; o sea, la plata se reduce. El resultado neto de estos procesos es que en las regiones de la pelcula donde ha incidido ms luz (mayor nmero de fotones) hay ms plata metlica en forma de pequeas partculas. Como stas son negras, oscurecen ligeramente dichas zonas. Donde no arrib la luz tenemos el bromuro de plata incoloro. El siguiente paso del proceso fotogrfico consiste en revelar la pelcula en el cuarto oscuro. La pelcula se hace reaccionar con el revelador, que es un agente reductor del ion plata (uno de los ms comunes es la hidroquinona). Lo interesante de la accin del revelador es que reacciona ms rpidamente en los granos con ms plata depositada originalmente (los tomos de plata catalizan la reaccin), de modo que su accin ennegrece completamente las zonas donde lleg plenamente la luz, deja transparentes aquellas donde no arrib la luz, y grises las que recibieron luz dbil; por esta razn, a la placa resultante se le conoce como negativo. Como la reaccin de la hidroquinona con la plata es reversible, el revelador no se puede dejar sobre la placa fotogrfica. Para evitar dicha reversibilidad, se aade una disolucin de sulfito de sodio que reacciona con la quinona, que es el producto de la oxidacin de la hidroquinona (LuValle, 1952). El siguiente paso, conocido como fijado fotogrfico, consiste en eliminar el bromuro de plata que no ha reaccionado. Con ello se evita que se lleve a cabo la reaccin lenta entre estos compuestos y la hidroquinona, que oscurecera toda la pelcula. El tiosulfato de sodio se utiliza comnmente como fijador en la fotografia en blanco y negro, ya que produce un compuesto de plata soluble en

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agua ([Ag(S2O3)2]3-). Posteriormente, la pelcula se lava profusamente con agua para eliminar cualquier traza de los reactivos utilizados. Para obtener un positivo, es decir, la imagen tal cual se fotografi, se repite el mismo proceso, pero ahora pasando luz a travs del negativo y colocando atrs un papel fotosensible, en lugar de la pelcula. La luz pasa ahora por las zonas claras del negativo, pero no por las oscuras, y activa selectivamente el bromuro de plata que se encuentra en el papel (Garritz-Chamizo, 1994). ALGO PARA MEDITAR Completa y balancea las siguientes reacciones involucradas en el proceso fotogrfico. Reacciones que se llevan a cabo cuando se hace la exposicin a la luz: 1) AgBr + luz 2) Ag+ + e- Reacciones que se presentan durante el proceso de revelado:

O H

O H

+ 2Ag+

Reaccin que ocurre durante el fijado fotogrfico: AgBr + Na2S2O3 REFLEXIONES INICIALES Selecciona la respuesta correcta a las preguntas que se te hacen a continuacin: 1) Cuntos electrones son necesarios para reducir completamente 2.6 moles de As(III) a As0?

a) 7.8 6.022 1023 c) 7.8 b) 2.6 6.022 1023 d) 2.6

2) En cules de las siguientes reacciones se produce nicamente un mol de electrones en la

oxidacin de un mol de sustancia? a) NO2 a NO3- b) Al a AlO2- c) Br- a Br2 d) S a SO42-

1. Slo b y d 3. Slo b, c y d

2. Slo a y c 4. Slo a y d

+ SO32-O

O

+ H2O

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3) Cul de las siguientes afirmaciones es falsa?

____ 1. En el puente salino de una pila, los iones Cl- van hacia el nodo.

____ 2. En la reaccin VO2+ VO2+, el V se reduce. ____ 3. Un agente reductor se oxida.

____ 4. Cuando una sustancia se reduce, aumenta su nmero de oxidacin.

4) Si los valores de los E para los pares A/A- y B/B- son 0.20 y 0.40 V, respectivamente, el

proceso que tendr lugar en una disolucin 1 M de los iones ser: ____ 1. A + B- A- + B ____3. A- + B- A + B ____ 2. A- + B A + B- ____ 4. A + B A- + B- 5) Considrense las tres pilas electroqumicas siguientes: A: Ni Ni2+ (1 M) H+ (1 M), H2 (1 atm) Pt B: Fe Fe2+ (1 M) H+ (1 M), H2 (1 atm) Pt C: Sn Sn2+ (1M) Ag+ (1 M) Ag Cules de las siguientes proposiciones son ciertas?

a) La de voltaje ms alto es la C b) La de voltaje ms bajo es la A c) En el nodo de C ocurre la reaccin Sn Sn2+ + 2 e- . d) En el ctodo de C ocurre la reaccin Ag+ + 1e- Ag .

____1. Slo a y b ____ 2. Slo c y d ____ 3. Ninguna ____4. Todas

6) Describe una celda electroqumica. Qu son el ctodo y el nodo? 7) Qu expresa la ecuacin de Nernst sobre el potencial de electrodo? TAREAS POR CUBRIR Construir algunas celdas electroqumicas. Medir la diferencia de potencial generado por las celdas electroqumicas construidas. Construir escalas de potencial Utilizar dichas escalas de potencial para la prediccin de reacciones Calcular constantes de equilibrio de las reacciones propuestas a partir de los datos

experimentales ACTIVIDADES PRELABORATORIO Antes de dar inicio al experimento realiza las siguientes actividades: 1. Plantea un diagrama secuencial de bloques con los pasos a seguir en forma condensada, con

objeto de tener una gua del trabajo experimental. 2. Investiga la toxicidad de los compuestos que se utilizan en esta prctica, y en funcin de ello

discute con el profesor sobre la forma de desecharlos una vez terminado el experimento.

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PROBLEMA No. 1 Cul es la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn, cuando se introduce un clavo de hierro dentro de una disolucin de sulfato de cobre(II) o de sulfato de zinc? ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales Reactivos Clavos de hierro

CuSO4(ac) 0.1F

Lija de agua ZnSO4(ac) 0.1F 1 gradilla 6 tubos de

ensayo ANTES DE DAR INICIO AL EXPERIMENTO REALIZA LAS SIGUIENTES ACTIVIDADES 1. Plantea en forma condensada un diagrama secuencial de bloques de los pasos a seguir, con

objeto de tener una gua del trabajo experimental. 2. Lee cuidadosamente toda la prctica y anota las ecuaciones correspondientes a los cambios

que ocurren durante los experimentos. 3. Identifica al nodo y al ctodo en cada una de las celdas electroqumicas propuestas. 4. Investiga la peligrosidad de los compuestos que se utilizan en esta prctica, y en funcin de ello

discute con tu profesor sobre la forma de desecharlos una vez terminado el experimento. PROCEDIMIENTO 1. Antes del experimento, lija dos clavos con el fin de tenerlos completamente libre

de resina u xido . 2. En un tubo de ensayo coloca aproximadamente 5 mL de sulfato de cobre(II) 0.1

M, introduce un clavo libre de xido, observa y anota tus reflexiones en tu bitcora. Qu cambios observas en el clavo y en la disolucin? Explica

3. En un tubo de ensayo coloca aproximadamente 5 mL de sulfato de zinc 0.1M, introduce un clavo libre de xido, observa y anota tus reflexiones en tu bitcora. Qu cambios observas en el clavo y en la disolucin? Explica

CUESTIONARIO No. 1 1. Despus de haber hecho tus observaciones, da una explicacin a los fenmenos observados.

Cmo podras identificar inequvocamente a la sustancia depositada sobre el clavo usado en el punto 2 del procedimiento del problema 1? Basta mirar al clavo del punto 3 del procedimiento para saber si ocurri algn cambio?Por qu?

2. Determina la fuerza reductora relativa de Fe, Cu y Zn. PROBLEMA No. 2 Tras medir la diferencia de potencial creada por las celdas siguientes:

Zn Zn2+ Fe2+ Fe Zn Zn2+ Cu2+ Cu Fe Fe2+ Cu2+ Cu

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Plantea las reacciones generadas espontneamente y calcula los valores de las constantes de equilibrio correspondientes. ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

Materiales Reactivos Laminitas de Zn, Cu y Fe, 1 c/u* Cu(NO3)2(ac) 1.0 F Lija de agua Zn(NO3)2(ac) 1.0 F 1 tubo de vidrio en U FeSO4(ac) 1.0 F ** 6 vasos de precipitados, 50 mL KNO3(ac) 1.0 F Multmetro, caimanes Agitador magntico Algodn 2 barras de agitacin

* En caso de no contar con lminas de los metales se puede utilizar alambre grueso. ** Esta disolucin debe prepararse un poco antes de iniciar el experimento utilizando agua hervida. PROCEDIMIENTO 1. Construye las semiceldas de hierro, cobre y zinc por inmersin del metal

respectivo en 20 mL de disolucin de sulfato de hierro(II), nitrato de cobre(II) o de nitrato de zinc 1M, contenidas en tres vasos de precipitados de 50 mL..

2. Elabora un puente salino empleando un tubo doblado en U, que llenars con disolucin de nitrato de potasio 1 M. Coloca a cada extremo del tubo, a modo de tapn, una torunda de algodn impregnada con la misma disolucin. Asegrate de que las torundas no se caigan al invertir el puente salino, y de que la disolucin de nitrato de potasio no se escurra. Evita la formacin de burbujas de aire dentro del puente salino. Por qu es necesario tomar esta precaucin?

3. Une las semiceldas ZnZn2+ y FeFe2+ por medio del puente salino, introduciendo uno de los extremos del puente en cada semicelda.

4. Utilizando los cables con caimanes, conecta cada una de las semiceldas(a travs de las laminitas metlicas) al multmetro y mide la diferencia de potencial, cerciorndote de que haya agitacin constante durante la medida . Enjuaga el puente salino con agua destilada al cambiar las disoluciones.

5. Mide la diferencia de potencial que se crea al unir las semiceldas Zn| Zn2+ y Cu|Cu2+ mediante el puente salino. Repite el procedimiento con las semiceldas FeFe2+ y CuCu2+, siguiendo lo planteado en los puntos 3 y 4.

6. Anota cuidadosamente qu semicelda acta como nodo y cual como ctodo, (el cable rojo del multmetro generalmente se conecta al ctodo y el negro al nodo).

REGISTRO DE DATOS Concentra los valores de diferencia de potencial en la siguiente tabla:

Celda E Q* K* Zn Zn2+ Fe2+ Fe Zn Zn2+ Cu2+ Cu Fe Fe2+ Cu2+ Cu

* Ver gua 4 CUESTIONARIO No. 2 1. Representa en un diagrama cada una de las pilas que construiste, indicando claramente el

nodo, el ctodo y la direccin en la que fluyen los electrones.

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2. Describe cada una de las pilas representadas en el inciso anterior, de acuerdo a la

nomenclatura aceptada por la IUPAC. 3. Con base en los datos de diferencia de potencial , establece una escala de potencial en donde

se representen los tres pares redox propuestos en el experimento indicando claramente su fuerza xido-reductora relativa. Compara y discute estos resultados con los que generaste despus de resolver el problema No. 1.

4. Empleando la escala propuesta en 3 de este cuestionario, plantea las reacciones redox

balanceadas que pueden ocurrir espontneamente entre las especies de los pares redox estudiados.

5. Escribe las ecuaciones de Nernst para cada semirreaccin propuesta. 6. Calcula las constantes de las reacciones propuestas, tomando en cuenta los datos

experimentales. 7. Compara los valores de las constantes de cada reaccin y concluye. Qu reaccin es ms

cuantitativa? PROBLEMA No. 3 Despus de medir el potencial de electrodo de los pares redox siguientes:

Ag+|Ag0 Ni2+|Ni0 Fe2+|Fe0 Fe3+|Fe2+ Cu2+|Cu0 NO3-|NO2-

Plantea las reacciones que pueden darse espontneamente, calculando los valores de las constantes de equilibrio correspondientes. ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS Electrodo de calomel Cu(NO3)2(ac) 0.1 F Electrodo de plata AgNO3(ac) 0.1 F Electrodo de platino FeSO4(ac) 0.2 F* NiSO4(ac) 0.1 F KNO3(ac) 0.2 F Fe(NO3)3(ac) 0.2 F NaNO2(ac) 0.2 F* 2 pipetas volumtricas de 10 mL Agua destilada hervida y fra

*Estas disoluciones deben prepararse un poco antes de iniciar el experimento.

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PROCEDIMIENTO 1. En un vaso de precipitados de 50 mL coloca aproximadamente 20 mL de nitrato

de plata 0.1 M e introduce el electrodo o alambre de plata. En otro vaso de precipitados de 50 mL agrega aproximadamente 20 mL de nitrato de potasio 0.2 M y coloca el electrodo de calomel (considerarlo como nodo). Une las dos celdas mediante un puente salino. Conecta los electrodos al multmetro y mide la diferencia de potencial, asegurndote de que las disoluciones estn bajo agitacin constante. NOTA: En los siguientes experimentos ya no cambiar la conexin del electrodo de calomel)

2. Agrega aproximadamente 20 mL de disolucin de niquel (II) 0.1 M en un vaso de precipitados de 50 mL. Introduce un alambre o lmina de niquel y el electrodo de calomel en la disolucin, conctalos al multmetro y mide la diferencia de potencial de la disolucin, asegurndote de que haya agitacin constante.

3. Toma un vaso de precipitados de 50 mL y coloca 10.0 mL de FeSO4 0.2 M y 10.0 mL de Fe(NO3)3 0.2 M. Coloca dentro del vaso de precipitados el electrodo de platino y el de calomel, conctalos al multmetro y mide la diferencia de potencial de la disolucin, asegurndote de que haya agitacin constante.

4. Agrega aproximadamente 20 mL de disolucin de nitrato de cobre(II) 0.1 M en un vaso de precipitados de 50 mL. Introduce dentro de la disolucin un alambre o lmina de cobre y el electrodo de calomel, conctalos al multmetro y mide la diferencia de potencial de la disolucin, asegurndote de que haya agitacin constante.

5. Agrega 10.0 mL de disolucin de nitrito de sodio 0.2 M y 10.0 mL de nitrato de potasio 0.2 M. Colocar dentro del vaso de precipitados el electrodo de platino y el de calomel, conctalos al multmetro y mide la diferencia de potencial de la disolucin, asegurndote de que haya agitacin constante.

6. Agrega 10.0 mL de disolucin de hierro(II) 0.2 M y 10.0 mL de agua destilada en un vaso de precipitados de 50 mL. Introduce dentro de la disolucin un alambre de hierro y el electrodo de calomel, conctalos al multmetro y mide la diferencia de potencial de la disolucin, asegurndote de que haya agitacin constante.

REGISTRO DE DATOS concentra los valores de diferencia de potencial en la siguiente tabla:

PAR REDOX E (V) Ag+|Ag

Fe3+|Fe2+ Cu2+|Cu

NO3-|NO2- Fe2+|Fe Ni2+|Ni

CUESTIONARIO No. 3 1. Dibuja diagramas que representen cada una de las celdas que construiste. 2. Describe cada una de las celdas representadas en el inciso anterior, de acuerdo con la

nomenclatura aceptada por la IUPAC. 3. Con base en los datos de diferencia de potencial, establece una escala en donde se

representen los pares redox propuestos en el experimento indicando claramente su fuerza xido-reductora relativa.

4. Transforma los valores de potencial obtenidos experimentalmente, respecto al electrodo de

calomel, a los que se tendran con respecto al electrodo normal de hidrgeno (a los valores

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experimentales, smales 0.250 V que es el potencial que tiene el electrodo de calomel respecto al electrodo normal de hidrgeno).

5. Con los nuevos valores de potencial, construye una nueva escala, en donde se representen

los pares redox propuestos en el experimento. 6. Escribe las ecuaciones de Nernst para cada semirreaccin propuesta. 7. Empleando la escala propuesta en 5, plantea las reacciones redox balanceadas que pueden

ocurrir espontneamente. 8. Calcula las constantes de las reacciones propuestas, tomando en cuenta los puntos

anteriores. 9. Compara los valores de las constantes de cada reaccin y concluye. 10. Con base en los datos experimentales de diferencia de potencial obtenidos para cada pila

propuesta en el problema No. 2 y los datos necesarios obtenidos en el problema No. 3, calcula el potencial de los pares Zn2+|Zno , Fe2+|Feo y Cu2+|Cuo.

11. Propn un mapa conceptual que involucre los conceptos relacionados con los experimentos

que llevaste a cabo en toda la prctica. 12. En el siguiente diagrama hay un error. Cul es? Representa el diagrama correctamente

MANEJO Y DISPOSICIN DE RESIDUOS: Coloca los residuos en los recipientes etiquetados que se encuentran en el laboratorio para su tratamiento posterior. GUA No. 1 Las reacciones qumicas involucran energa. Para la mayora de las reacciones qumicas, esta energa toma la forma de calor. Muchas reacciones liberan calor por lo que su entorno se vuelve caliente, algunas otras absorben calor, causando que su entorno se enfre. La energa involucrada en algunas reacciones se manifiesta en forma de luz: las reacciones quimioluminiscentes producen luz. Algunas reacciones qumicas se producen o inician por medio de la luz, por ejemplo, la reaccin entre el cloro y el hidrgeno. En otro grupo de reacciones interviene la energa elctrica. Algunas de estas reacciones producen energa elctrica y otras son producidas por ella.

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Cuando un conductor elctrico, como lo es un metal, se conecta a dos objetos que tienen diferente potencial elctrico, una carga elctrica fluye a travs del conductor. El flujo se dar del potencial mayor al potencial menor; este flujo de carga elctrica se llama corriente elctrica. La carga elctrica se mide en coulombs, y la corriente elctrica se expresa en coulombs por segundo, o amperes (1 ampere = 1 coulomb/segundo). El cambio en energa que ocurre cuando fluye una corriente a travs de una diferencia de potencial, depende de la magnitud de la diferencia de potencial y de cunta carga fluya. La diferencia de potencial se expresa en joules por coulomb, o en volts (1 volt = 1 joule/coulomb). La cantidad de energa liberada cuando fluye una corriente a travs de un conductor es igual a la diferencia de potencial (volts) que lleva la corriente multiplicada por la cantidad de carga que fluye (coulombs). Esta energa puede producir calor, luz o una reaccin qumica. Podemos visualizar la diferencia de potencial elctrico (tambin llamada voltaje) de manera anloga a una elevacin. As como una roca elevada tiene la mayor energa potencial en el punto ms alto de su elevacin, un electrn a su potencial ms alto, tiene la mayor energa. Ambos pueden fluir a reas de potencial ms bajo, y es esta diferencia de potencial entre el potencial ms alto y el ms bajo, a lo que nosotros llamamos voltaje. Esta diferencia de potencial, por supuesto, puede provocar una reaccin qumica. As como la roca siempre rueda de la elevacin ms alta a la ms baja, el ctodo siempre tiene la ms baja elevacin y as los electrones siempre van a fluir del nodo hacia el ctodo. En el pre-equilibrio, los electrones detectan una diferencia de potencial entre el nodo y el ctodo, y por tanto fluyen, yendo de la regin de menor a la de mayor potencial, al contrario de la corriente elctrica. Pero al equilibrio, ya no ocurre una reaccin neta, por lo que los electrones ya no fluyen y entonces el voltaje al equilibrio ser de cero. (Ma, P., 1994) Un potencial de equilibrio es una diferencia de potencial observada en un sistema que est en equilibrio respecto a los electrones, esto es, una en la que no hay o esencialmente no hay movimiento de electrones en el conductor cuyo potencial se esta midiendo. La carga elctrica se mueve slo cuando las partculas cargadas se mueven. Debido a que la carga es una propiedad de las partculas, cuando fluye una corriente elctrica a travs de un conductor, las partculas cargadas se mueven a travs del conductor. En la mayora de los metales, las partculas cargadas que se mueven son los electrones. En el caso de disoluciones acuosas de cidos, bases, sales y sales fundidas, las partculas cargadas mviles son los iones. GUA No. 2 Cuando un conductor metlico se pone en contacto con un conductor inico (una disolucin electroltica, por ejemplo) y se pasa corriente a travs de ambos, ocurre un cambio en la identidad de las partculas acarreadoras de carga en el lugar donde se unen los conductores. Los electrones pueden entrar o salir del conductor metlico, pero no pueden circular por el seno del conductor inico, as que los iones en el conductor inico atrapan o pierden estos electrones. Cuando esto sucede, se lleva a cabo una reaccin electroqumica. El conductor metlico en cuya superficie se lleva a cabo la reaccin qumica se llama electrodo. Los electrodos siempre se emplean en parejas: en uno de los electrodos, los electrones se mueven hacia el conductor inico; en el otro los electrones se remueven del conductor inico. En el electrodo donde los electrones se mueven hacia el conductor inico, ocurre una reaccin de reduccin, este electrodo se llama ctodo. En el electrodo donde se remueven los electrones del conductor inico, se lleva a cabo una reaccin de oxidacin, y el electrodo se llama nodo.

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GUA No. 3 CELDA ELECTROQUMICA GALVNICA

(-) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+) En una celda galvnica, los electrones que, tras una oxidacin, son liberados en el nodo (la terminal negativa de la celda, - ), fluyen hacia el ctodo (la terminal positiva, + ) para participar en la reduccin correspondiente. Imagina al nodo como una fuente de cargas negativas, y al ctodo como un sitio deficiente de cargas negativas. Los iones espectadores (que no estn no involucrados en la reaccin) presentes en las disoluciones acuosas y en el puente salino migrarn entonces entre los dos electrodos de la celda, movindose los aniones (iones negativos) hacia el nodo y los cationes (iones positivos) hacia el ctodo, para as neutralizar las cargas generadas. En un puente salino frecuentemente se emplea el KNO3.

Recuerda que en una celda galvnica:

- , nodo y oxidacin van juntos

+ , ctodo y reduccin van juntos (Ma, P., 1994)

Figura tomada de Qumica de Brown, Le May y Butsten. Novena Edicin. Pearson Prentice Hall.2004 p. 785 GUA No. 4 La ecuacin de Nernst La lectura de diferencia de potencial -o voltaje- (E), entre las dos semiceldas es la diferencia entre las condiciones de pre-equilibrio y de equilibrio. Lo anterior lo formul Nernst de la manera siguiente:

RT RTE= lnK- lnQnF nF

donde: Q = relacin de concentracin de especies involucradas en la reaccin en condiciones de pre- equilibrio. K = relacin de concentracin de especies involucradas en la reaccin en condiciones de equilibrio. R = 8.31 J/ mol K T = Temperatura en grados Kelvin F = Constante de Faraday = 96500 coulombs / mol n = nmero de moles de electrones intercambiados por mol de reaccin El mol de reaccin se obtiene de una reaccin balanceada de manera que los coeficientes estequiomtricos de las sustancias involucradas no tiene un comn divisor diferente a 1.

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[ ][ ]

ProductosQ =

Reactivospre equilibrio

pre equilibrio

A 25C, y empleando logaritmos base 10, la ecuacin de Nernst puede simplificarse de la manera siguiente:

( ) 0.0592E= logK logQn

(Ma, P., 1994)

POTENCIAL ESTNDAR DE REDUCCIN Hay otra manera de expresar la ecuacin de Nernst, si se toma en cuenta que la constante de equilibrio es una propiedad intrnseca de la reaccin, independiente de la concentracin inicial de las especies. Entonces puede decirse que la reaccin tambin tiene una diferencia de potencial estndar intrnseca, (E). Estas dos propiedades intrnsecas se relacionan de la siguiente manera:

RTE= lnKnF

En esta expresin, el potencial estndar E es realmente la diferencia de los potenciales estndar de reduccin de las dos semiceldas:

E = E(ctodo) - E(nodo) Nota que el E se calcula a partir de los potenciales estndar de reduccin de ambas especies, por lo que la ecuacin de Nernst se puede escribir de la siguiente manera:

0.0592E= E- logQn

No debe olvidarse que el potencial estndar de reduccin de un metal dado, se refiere a la capacidad que tiene ste para ceder electrones. Un metal que tiene un potencial de reduccin muy negativo es un buen agente reductor (como el Zn, que, por lo tanto, se oxida fcilmente), mientras que un metal con un potencial de reduccin muy positivo (como el oro) es difcil de oxidar, lo cual es anlogo a decir, segn lo expuesto en la GUA No. 1 de esta prctica, que tiene una baja elevacin, por lo que los electrones no se ven impulsados a fluir hacia otro medio. El valor E, calculado por E(ctodo) - E(nodo), es meramente una medida de la diferencia en elevacin entre dos sistemas redox. (Ma, P., 1994). El smbolo se utiliza aqu para indicar condiciones estndar. GUA No. 5 La diferencia de potencial en una celda galvnica Una celda puede representarse por medio de un diagrama, por ejemplo:

Zn | Zn2+ Cu2+ | Cu Una simple lnea vertical ( | ), representa una interfase, una lnea vertical punteada ( ) representa una interfase o unin entre dos lquidos miscibles y una doble barra vertical punteada (, que a veces se escribe tambin como ||) representa una unin lquida en la cual se asume que el potencial de unin lquida puede ser eliminado. Potencial de electrodo El llamado potencial de electrodo se define como la fuerza electromotriz de una celda en la que el electrodo de la izquierda (el nodo) es el electrodo normal de hidrgeno y el de la derecha (el ctodo) es el electrodo en cuestin. Por ejemplo, para el electrodo plata/cloruro de plata, (que se escribe Cl- (aq) AgCl Ag ), la celda en cuestin es:

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Pt H2 (g, p = p ) HCl (aq, a = 1) HCl (aq, a = x ) AgCl Ag

En esta celda es necesaria una unin lquida, en donde a (HCl) de la derecha, difiere de a (HCl) de la izquierda. La reaccin que se lleva a cabo en el electrodo de plata / cloruro de plata es :

+ - -(s) (ac) (s)Ag +Cl AgCl +e La reaccin de celda completa es :

+ + -(ac) (s) (ac) (s) 2(g)2H +2Ag +2Cl AgCl +H

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BIBLIOGRAFA Garca G. C. et al. Qumica General en Cuestiones; Addison-Wesley Iberoamericana: USA,

1991; pp 165-168. Garritz, A.; Chamizo J.A. Qumica; Addison-Wesley Iberoamericana: USA, 1994; pp 756-

769. LuValle, J. The reaction of quinone and sulfite. I. Intermediates. J. Am. Chem. Soc., 1952,

74, 2970-2977. Ma, P. Chemistry Safari; Harvard University: USA, 1994; pp 123-129 Shakhashiri, B.Z. Chemical Demonstrations. A Handbook for Teachers of Chemistry; The

University of Wisconsin: USA, 1992; Vol. 2, pp 90-92 Mills, I. et al. IUPAC Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry, 2nd ed.;

Blackwell Science: Oxford, 1998.

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PRCTICA NO. 3. ESTUDIO DE EQUILIBRIOS CIDO-BASE Elaborado por: Ma. del Carmen Sansn Ortega

Modificaciones: Mara T. de J. Rodrguez Salazar, Jos Juan Rodrguez Monarca, Sergio Miguel Ocampo Alaffita

Revisado por: Julio Csar Aguilar Cordero y Rosario Covarrubias Herrera INTRODUCCIN Las reacciones cido-base en disolucin acuosa constituyen algunos de los procesos ms importantes en los sistemas qumicos y biolgicos. Muestra de ello es la produccin diaria, en adultos humanos, de 2 a 3 L de jugo gstrico (fluido digestivo delgado y cido, secretado por las glndulas de la membrana mucosa que envuelve al estmago). Dicho fluido contiene cido clorhdrico con un pH aproximado de 1.5, cuya concentracin es 0.03 M, una concentracin suficientemente alta como para disolver zinc metlico! Los H+ del cido provienen del cido carbnico (H2CO3) que se forma como resultado de la hidratacin del CO2, un producto final del metabolismo, como se muestra a continuacin:

+ 2(g) 2 (l) 2 3(ac)CO H O H CO + + -2 3(ac) (ac) 3(ac)H CO H HCO

Estas reacciones ocurren en el plasma sanguneo que irriga las clulas de la mucosa. Por un proceso conocido como transporte activo, los iones H+ se mueven a travs de la membrana hacia el interior del estmago. Para mantener el balance de cargas elctricas, una cantidad igual de iones Cl- tambin se mueve desde el plasma hacia el estmago. Una vez en el estmago, muchos de estos iones no pueden regresar por difusin a travs de las membranas celulares al plasma sanguneo. El propsito de un medio tan cido dentro del estmago es digerir el alimento y activar ciertas enzimas digestivas. El comer estimula la secrecin de los iones H+. Una pequea fraccin de stos se reabsorbe por la mucosa provocando diminutas hemorragias, lo cual es un proceso normal. Aproximadamente medio milln de clulas se renueva cada minuto y un estmago sano se recubre en forma completa cada tres das, ms o menos. Sin embargo, si el contenido de cido es demasiado grande, la afluencia constante de los iones H+ a travs de la membrana de regreso al plasma sanguneo puede causar contraccin muscular, dolor, hinchazn, inflamacin y sangrado. Para reducir temporalmente la concentracin del ion H+ en el estmago, es habitual tomar un anticido para neutralizar el exceso de HCl en el jugo gstrico (Chang, p.654). Los equilibrios cido-base tambin se presentan en las molculas responsables del color de algunos sistemas biolgicos. Tal es el caso de las antocianinas en la col morada que se extraen para utilizarse como colorantes en bebidas, chicles y salsas. El equilibrio cido base de una antocianina puede escribirse como:

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El color es el resultado de la formacin de un amplio sistema conjugado de enlaces sencillos y dobles alternados, con la correspondiente deslocalizacin de los electrones en los orbitales p paralelos adyacentes de los tomos que conforman un conjunto de 3 anillos aromticos, lo que provoca la absorcin de fotones en el espectro visible. Sin embargo, la coloracin que brindan a dichos alimentos y bebidas es susceptible a los cambios en el pH del medio, ya que, debido a que las antocianinas poseen propiedades cido-base, la prdida o ganancia de protones modifica la estructura de la molcula y con ello la energa de los electrones en la misma, con lo que la absorcin de fotones se da a diferentes longitudes de onda; algunas veces la longitud ya no corresponde al espectro del visible y el equilibrio cido-base provoca un cambio de color a incoloro. Si el cambio en el movimiento de los dobles enlaces debido al equilibrio de protonacin provoca un cambio en absorcin de fotones aun dentro del espectro visible, entonces lo que vemos es un cambio de color al cambiar el pH. Esta propiedad se aprovecha para utilizar a la molcula como un INDICADOR VISUAL cuando se modifica el pH. El azul de timol, que es un dicido, presenta dos cambios de color. El color es rojo si el pH est por debajo de 1.7, amarillo entre pH 1.7 y 8.9 y azul cuando el pH es mayor a 8.9. Las 3 especies que se forman pueden ser representadas como H2A, HA- y A2- respectivamente. El equilibrio entre las especies H2A y HA- puede expresarse como:

- +2H A HA +H

[ ] + =2

2a

HA HK

H A y [ ]

= +22

logaHA

pH pKH A

Cuando el pH del medio es igual a 1.7 (pKa2) se tiene una mezcla equimolar de las especies roja y amarilla, la cual presenta el color naranja. Como regla emprica, puede decirse que la solucin presenta el color francamente rojo cuando [HA-]/[H2A] 1/10, y francamente amarillo cuando [HA-]/[H2A] 10/1. Otra forma de verificarlo es usando la ecuacin de Henderson-Hasselbalch, en la cual, se puede apreciar que la disolucin tiene el color rojo cuando pH pKa2 1, y el color amarillo si el pH pKa2 + 1. naranja verde rojo amarillo azul pH

H2A 1.7 HA- 8.9 A2- TAREAS POR CUBRIR Estudiar el comportamiento de los indicadores cido-base Estudiar la naturaleza qumica de las disoluciones buffer Observar el desplazamiento del equilibrio cido-base por efecto de la dilucin (Ley de Ostwald) Construir escalas de pH y predecir reacciones. Introducir al estudiante en las reacciones de neutralizacin Calcular constantes de equilibrio de diferentes reacciones cido-base Aprender a utilizar correctamente un pHmetro. Formular hiptesis para cada planteamiento del problema

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REFLEXIONES INICIALES Contesta las siguientes cuestiones, seleccionando la respuesta correcta: 1) Cul afirmacin es verdadera para el caso de una disolucin diluida de un cido fuerte HX?

_______ 1. Hay especies X- , H+ y HX en concentraciones apreciables.

_______ 2. Hay HX en mayor proporcin que X- y H+.

_______ 3. La concentracin de protones es mucho mayor que la de los aniones.

_______ 4. La disociacin es mayor al 90% y la concentracin de X- es prcticamente igual a la de H+.

2) Por qu el ion OH- es la base ms fuerte que existe en disolucin acuosa?

_______ 1. Porque el OH- es la base conjugada del H3O+.

_______ 2. Porque la hidrlisis de bases dbiles produce iones OH-.

_______ 3. Porque el ion OH- se encuentra siempre en disolucin acuosa.

_______ 4. Porque otras bases ms fuertes reaccionan cuantitativamente con el agua formando el cido dbil correspondiente y liberando iones OH-.

3) Cul de las siguientes sustancias presenta un comportamiento anftero? ____1. S2- ____2. H2PO4- ____ 3. H2CO3 ____4. CH4

4) A partir de los siguientes valores de pKa para diversos cidos, dados a una misma temperatura: cido pKa HClO 7.51 HC4H3N2O3 5.00 HC2H3O2 4.74 HCHO2 3.74

Se puede deducir que la base ms dbil es: ____1. ClO- ____2. C4H3N2O3- _____3. C2H3O2- _____4. CHO2-

5) Si aadimos acetato de sodio slido a una disolucin acuosa de HF, cul ser la reaccin que

preferentemente tendr lugar? pKa(HF)= 3.2 y pKa(CH3COOH)=4.8 ___ 1. HF + CH3COO- F- + CH3COOH ___ 2. CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- ___ 3. F- + H2O HF + OH- ___ 4. F- + CH3COONa NaF + CH3COO-

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6) Se mezclan 50 mL de disolucin 0.05 M de Ca(OH)2 y 10 mL de HNO3 0.20 N. Para conseguir la neutralizacin completa:

_______ 1. Habr que aadir ms HNO3.

_______ 2. . Habr que aadir ms Ca(OH)2.

_______ 3. No habr que hacer nada, pues la disolucin ya est neutralizada.

_______ 4. Habr que aadir agua hasta completar un litro.

7) Si a una disolucin 0.1 M en HAc (Ac = anin acetato) y 0.1 M en NaAc le aadimos una

pequea cantidad de base fuerte, su pH permanece prcticamente constante, a qu especie se debe este efecto?

_______1. Ac- _______2. HAc _______3. H3O+ _______4. Na+

8) Cuando se mezclan volmenes iguales de disoluciones 0.1 M de las siguientes especies, en

qu casos el resultado ser una disolucin tampn? a) KCN y HCN b) NaH2PO4 y Na2HPO4 c) NaAc y NH4Ac d) HF y NaF

____1. En todos ____2. Slo en a, b y d ____3. Slo en a y d ____4. En ninguno

9) Tenemos un litro de disolucin de cido actico, HAc y un litro de disolucin de HCl. Ambas

disoluciones tienen el mismo pH. Por tanto, para neutralizarse con sosa de la misma concentracin:

______ 1. El cido actico necesita ms cantidad de sosa.

______ 2. El HCl necesita ms cantidad de sosa.

______ 3. Los dos cidos necesitan igual cantidad de sosa.

______ 4. Se necesitan ms datos para saber qu cido necesitar ms sosa para su neutralizacin.

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10) Si se mezclan volmenes iguales de las siguientes disoluciones, cul tendr un pH bsico? pKa(HCN/CN-) = 9.2 y pKa(NH4+/HN3) = 9.2

_______ 1. H2O y NH4Cl 0.015 M

_______ 2. HCl 0.015 M y NaOH 0.015 M

_______ 3. HCl 0.15 M y NaOH 0.040 M

_______ 4. HCN 0.15 M y NaOH 0.15 M

11) La fenolftalena, indicador cido-base, es incolora hasta pH = 8.2, y rosa por encima de 10. Si quisiramos que adoptara una coloracin rosa, a cul de las siguientes disoluciones 0.1 M aadiramos fenolftalena?

____ 1. NH4NO3 ____2. NH4Ac ____ 3. NaBr ____4. NaClO

12) Un indicador que es un cido dbil de Ka = 4x10-10 es incoloro en disoluciones fuertemente

cidas, y rojo en las fuertemente bsicas. Si este indicador se encuentra en una disolucin de pH = 10, a cul de las siguientes situaciones corresponder?

_______ 1. La disolucin es incolora y hay un 20% de indicador no disociado.

_______ 2. La disolucin es incolora y hay un 20% de indicador disociado.

_______ 3. La disolucin es roja y hay un 20% de indicador no disociado

_______ 4. La disolucin es roja y hay un 20% de indicador disociado

13) Enlistar los criterios necesarios para seleccionar un indicador durante una titulacin.

ACTIVIDADES PRELABORATORIO Antes de dar inicio al experimento realiza las siguientes actividades:

1. Plantea un diagrama secuencial de bloques con los pasos a seguir en forma condensada, con objeto de tener una gua del trabajo experimental.

2. Investiga la toxicidad de los compuestos que se utilizan en esta prctica, y en funcin de ello discute con el profesor sobre la forma de desecharlos una vez terminado el experimento.

PARTE I Comportamiento de los indicadores (escala de pH) PROBLEMA Por qu el indicador universal toma diferentes coloraciones cuando cambia el pH? Cul es el pH de cambio de color de la fenolftalena y cul el del anaranjado de metilo? Hiptesis:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS 24 tubos de ensayo HCl 0.1 M 12 vasos de precipitados de 20 mL Solucin reguladora de pH = 4 1 gradilla Solucin reguladora de pH = 7 1 pipeta graduada de 10 mL NaOH 0.1 M 1 pHmetro Biftalato de potasio 0.05 m 1 electrodo combinado de pH Urotropina 0.1 M pH = 6 1 agitador y 1 barra magntica cido actico/acetato de sodio 0.1

M 1 propipeta Bicarbonato de sodio 0.1 M 1 piseta Tetraborato de sodio 0.05 M NaH2PO4 /Na2HPO4 0.1 M pH = 7 Indicador Universal Anaranjado de metilo Fenolftalena Tartrato cido de potasio soln. Sat. Indicador Natural (col morada)**

** Extracto de col morada. Para preparar este indicador toma 2 hojas de col, corta las hojas en trozos pequeos y lica. Macera en alcohol durante toda la noche. Realiza el procedimiento anterior un da antes de la prctica. Filtra la solucin resultante, al inicio de la sesin.

ALERTA!

El hidrxido de sodio produce quemaduras severas, manjalo con precaucin. El cido clorhdrico y es altamente corrosivos y txicos. Evita el contacto de estos reactivos con la piel, pero si ste llega a ocurrir, lava el sitio afectado con abundante agua fra y avisa inmediatamente a tu profesor. PROCEDIMIENTO 1. Calibra el pHmetro de acuerdo a las indicaciones del profesor. 2. En vasos de precipitados de 20 mL perfectamente identificados, coloca 10 mL de

cada una de las disoluciones indicadas en la tabla I y mide su pH. Registra los datos en la tabla I. Conserva las disoluciones ya que las utilizars para la parte experimental II.

3. En tubos de ensayo perfectamente identificados, adiciona 5 mL de cada una de las

disoluciones indicadas en la tabla I y agrega 1 gota de indicador universal. Anota en la columna correspondiente de la tabla I el color que presenta el indicador en cada disolucin.

4. En 3 grupos de tubos de ensayo perfectamente identificados, adiciona por

triplicado 5 mL de cada una de las disoluciones de la tabla I. Al primer grupo aade 1 gota de fenolftalena, al segundo 1 gota de anaranjado de metilo y una gota de indicador natural al tercero. Anota los colores observados en la tabla I.

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Relaciona el valor de pH medido con el color de cada uno de los indicadores. Tabla I

Color del Indicador

Disolucin de:

pH

Universal

Fenolftalena anaranjado de

metilo Indicador natural (extracto de col

morada) HCl 0.1 M Tartrato cido sat. Biftalato 0.05 m Acetatos 0.1 M Urotropina 0.1 M Fosfatos 0.1 M Bicarbonato 0.1 M Tetraborato 0.05 M NaOH 0.1 M

Llena la tabla II de acuerdo a las observaciones registradas en la tabla I

Tabla II. Registro de intervalos de vire y pKas.

Valores reportados literatura Indicador Intervalo(s) de vire experimental pKa Intervalo de vire

Indicador universal Anaranjado de metilo Natural (col morada)

Fenolftalena CUESTIONARIO No. 1 1. Por qu el indicador universal toma diferentes coloraciones en las distintas disoluciones

buffer? 2. Analizando los resultados de la tabla II y relacionando el vire de color con el pKa, explica con tus

propias palabras cmo acta un indicador cido-base. 3. Para qu situaciones recomendaras utilizar el indicador universal, el anaranjado de metilo y la

fenolftalena? 4. A partir de la tabla II, selecciona el indicador adecuado para la reaccin de neutralizacin cido

fuerte-base fuerte. Justifica tu propuesta. 5. Construye un mapa conceptual que relacione los conceptos involucrados en los experimentos.

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PARTE II (ACCIN BUFFER). PROBLEMA Despus de medir el pH de los pares cido-base propuestos en el experimento, construye una escala de pH. Indica las reacciones cido-base que se pueden llevar a cabo de forma espontnea. Hiptesis:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ACTIVIDAD EXPERIMENTAL MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES REACTIVOS 10 vasos de precipitados de 50 mL HCl 1.0 M 1 electrodo combinado de pH NaOH 1.0 M 1 pHmetro cido actico (CH3COOH) 0.1 M 1 agitador magntico Acetato de sodio (CH3COONa) 0.1 M 1 barra magntico Amoniaco (NH3) 0.1 M 1 piseta Cloruro de amonio (NH4Cl) 0.1 M 1 pipeta vol. de 20 mL cido fosfrico (H3PO4) 0.1 M 1 pipeta vol. de 10 mL Dihidrgenofosfato de sodio (NaH2PO4) 0.1 M 2 matraces aforados 100 mL Bicarbonato de sodio (NaHCO3) 0.1 M* Carbonato de sodio (Na2CO3) 0.1 M Disolucin reguladora de pH = 4 Disolucin reguladora de pH = 7

* Recin preparada PROCEDIMIENTO 1. Calibra el pHmetro, de acuerdo a las indicaciones de tu profesor. 2. En un vaso de precipitados de 50 mL coloca 10 mL de disolucin de HCl 1.0 M y en

otro 10 mL de disolucin de NaOH 1.0 M. Introduce el electrodo combinado de vidrio en la disolucin de HCl 1.0 M y mide el pH. Registra el dato en tu bitcora. Mide el pH de la disolucin de NaOH 1.0 M y registra el dato en tu bitcora.

3. Toma 10 mL de disolucin de cido actico 0.1 M y 10 mL de disolucin de acetato

de sodio 0.1 M y colcalos en un vaso de precipitados de 50 mL. Introduce el electrodo combinado de vidrio en la disolucin y mide el pH. Registra el dato en tu bitcora. Mide por separado el pH del cido actico 0.1 M y del acetato de sodio 0.1 M, registra los datos.

4. Toma 10 mL de disolucin de cido fosfrico 0.1 M y 10 mL de disolucin de NaH2PO4 0.1 M y

colcalos en un vaso de precipitados de 50 mL. Introduce el electrodo co