Informe de Laboratorio Estequiometria Relaciones Peso-Peso Jorman Correa, Thalía Ruiz Ramírez
[email protected],
[email protected],
[email protected] [email protected]
R esumen. Este es el último laboratorio, estequiometria relaciones peso -peso. La profesora dio las indicaciones más
importantes sobre lo que se iba a hacer. El primer y único proceso fue el de observar como el oxígeno desaparecía de la mezcla dada con la ayuda de un catalizador, depositados en un beaker, al calentarse sobre una plancha calentadora. El proceso de suministrar la mezcla y el catalizador fue realizado por la profesora. Para el proceso se usaron los materiales y reactivo nombrados más adelante. Después de tomados los datos relevantes del proceso, se continuó a entregar el pre-informe a la profesora. En este laboratorio final, se reunieron los dos grupos para realizar la práctica. Se dejó despejada el área de trabajo y se ab andonó el laboratorio.
Abstrac Abstractt. This is the last laboratory stoichiometry weight-weight relationships. The teacher gave the most important
information about what was going to do. The first and only process was to observe how oxygen disappeared from the mixture with the aid of a catalyst deposited in a beaker, when heated on a hot plate. The process of providing the mixture and the catalyst was made by the teacher. The materials and reagent that we were used for the process are recorded below. After taken the relevant process data, we continued to deliver the prereport to the teacher. In this final laboratory, the two groups met for practice. It left clear the work area and the laboratory was abandoned.
Palabras Clave: estequiometria, cloruro y clorato de potasio, MnO 3 (catalizador).
1
INTRODUCCIÓN
Marco teórico El termino estequiometria proviene del griego stoicheion, 'elemento' y métrón, 'medida' y se define como el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. El primero que enunció los principios de la estequiometria fue Jeremías Benjamín Richter (1762-1807), en 1792, quien describió la estequiometria de la siguiente manera: La estequiometria es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa en la que los elementos químicos que están implicados. En una reacción química se observa una modificación de las sustancias presentes: los reactivos se consumen para dar lugar a los productos. A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlaces entre átomos, por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, pero los átomos implicados se conservan. Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa, que implica las dos leyes siguientes: • la conservación del número de átomos de cada elemento químico • la conservación de la carga total Las relaciones esteq uiométricas entre las cantidades de reactivos consumidos y productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación, y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción.
Leyes estequiométricas 1
1. Ley de la conservación de la materia Esta Ley fue postulada por Antonie Lavoisier después de realizar varios experimentos en los cuales la cantidad de más de las sustancias constituyentes rea igual al de las sustancias obtenidas de la masa de las sustancias obtenidas después del cambio químico sufrido. Por lo que su ley dice: la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. 2.- Ley de las proporciones constantes Esta ley es también conocida como ley de las proporciones definidas o fijas. En sus experimentos el químico francés Joseph Proust realizo innumerables análisis cuantitativos, en los cuales se percató de que los elementos, al unirse para formar un compuesto, siempre lo hacen de la misma cantidad, la cual permanece fija e invariable. Es por eso que esta ley dice: Los elementos que forman un compuesto se combinan siempre en la misma proporción. 3.- Ley de las proporciones múltiples Dalton, al realizar sus experimentos, se dio cuenta de que hay elementos que al combinarse en diferente proporción forman compuestos distintos. Esta ley nos menciona lo siguiente: Dos elementos se pueden combinar en proporciones diferentes formando compuestos distintos.
Relaciones estequiométricas a) Relaciones mol-mol Conocido el número de moles de una sustancia puede hallarse el número de moles de otra. b) Relaciones masa-masa Conocida la masa de una sustancia puede hallarse la masa de otra. c) Relaciones masa-volumen Si interviene en la reacción un gas, su cantidad puede darse también en volumen. Así, conocido la masa de una de las sustancias, puede hallarse el volumen de una sustancia gaseosa o viceversa. d) Relaciones volumen-volumen Si en la reacción intervienen al menos dos gases, sus coeficientes estequiométricos indican también la proporción en volumen, siempre que se midan en las mismas condiciones de P y T.
1.1 Objetivo de la práctica Determinar la composición de una mezcla de clorato de potasio y/o cloruro de potasio por métodos químicos.
2
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1 Materiales
Beaker Pinza para crisol Mechero o sistema de calentamiento Balanza
2
2.2 Reactivos Mezcla de KClO -KCl ó NaClO – NaCl, MnO 3
3
3
2
PROCEDIMIENTO
ESTEQUIOMETRÍA, RELACIONES PESO-PESO
En un beaker, colocar una “pizca” de MnO . 2 Pesar.
Enseguida, agregar aproximadamente 2 g de la mezcla disponible. Mezclar bien.
Pesar
Calentar lo depositado en el beaker durante 10 minutos. Dejar enfriar. Pesar.
Repetir las veces que sea necesario hasta que el oxígeno se desprenda y se obtenga peso constante.
3
4
RESULTADOS
Tabla 1. Datos experimentales. X
ΔX
Peso del beaker + MnO 2 (g)
49,56 g
± 0,01 g
Peso mezcla cloruro y clorato
2,17 g
± 0,01 g
Peso beaker + mezcla+ MnO 2(g) antes del calentamiento
51,74 g
± 0,01 g
1
Peso tubo + mezcla (g) (después del calentamiento)
51,23 g
± 0,01 g
2
Peso tubo + mezcla (g) (después del calentamiento)
51,22 g
± 0,01 g
3
Peso tubo + mezcla (g) (después del calentamiento)
51,22 g
± 0,01 g
El oxígeno se desprende ya que el cloruro se descompone en clorato y en oxigeno moléculas mientras se calienta la mezcla. Reacción química balanceada: 2KClO 3 ↔ 2KCl + 3O2
Tabla 2. % Oxigeno liberado
Numero de moles
Peso
0,01 mol O2
0,52 g O2
Cloruro
60,8 %
0,01 mol KCl
0,85 g KCl
Clorato
39,1%
0,01 mol KClO3
1,32g KClO3
Cloruro proveniente de la descomposición del clorato Cloruro al final de la reacción
0,8 g KCl
0.01mol KCl
0.74 g KCl
4
5
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
Para cumplir el objetivo planteado, se pesó el beaker mas el catalizador (49.56 g), luego se pesó la mezcla (2.17) y por último se pesó todo combinado (51.74 g) par a así sacar las medidas y realizar las ecuaciones estequiométricas. Para poder separar el oxígeno de la mezcla y poder determinar el valor de cada reacción/elemento se debió calentar el beaker con su contenido. La idea era que al calentarse el recipiente con lo que contenía, el oxígeno de la mezcla desapareciera, se evaporara. Este proceso se repitió en tres ocasiones. La primera vez después de calentarse durante 10 minutos, el beaker y su contenido pesó 51.23 g con lo cual se determinó que hubo una pérdida de oxigeno considerable. Nuevamente se llevó a la plancha de calentamiento por un periodo de 10 minutos. La segunda vez que se pesó, el resultado fue de 51.22g, por lo que la perdida de oxigeno no fue significativa. Otra vez se llevó a la plancha de calentamiento por un periodo de 10 minutos. El tercer y último peso dio como resultado 51.22g, del cual se pudo entender que se había llegado al peso constante y que la perdida de oxigeno de la mezcla se había dado por completo. El peso del oxígeno liberado fue de 0.52 g. El catalizador que se usó fue el MnO 3. Su tarea fue el de agilizar la reacción de la mezcla sin afectar los reactivos y sin afectarse así mismo. El objetivo que era determinar la composición de la mezcla de clorato de potasio y cloruro de potasio por métodos químicos se logró gracias a que se obtuvo un peso constante del cual se determinó q el oxigeno había desaparecido
6
PREGUNTAS DE PROFUNDIZACION
Consultar algunas propiedades físicas, químicas, métodos de obtención y usos del clorato y el cloruro utilizados. Propiedades físicas y químicas del Clorato de Potasio.
Figura 1. Propiedades
5
El clorato de potasio (KCLO 3) es una sal moderadamente soluble en agua, por ello se precipita añadiendo cloruro de Potasio (KCl) a las soluciones que contienen el anión clorato. Obtención. El clorato de potasio se prepara haciendo pasar cloro en hidróxido de potasio concentrado en caliente. Usos. Se emplea para fabricar fuegos artificiales, explosivos, y para obtener oxígeno en el laboratorio. Es uno de los ingredientes de la cabeza de fósforo de seguridad. También se utiliza como oxidante, la impresión de desinfectantes y lejías.
Propiedades físicas y químicas del Cloruro de Potasio.
Figura 2. Propiedades
Aplicaciones. La mayoría del cloruro de potasio producido se utiliza en la fabricación de fertilizante, ya que el crecimiento de muchas plantas es limitado por el consumo de potasio. Como reactivo químico se utiliza en la manufactura de hidróxido de potasio y potasio metálico. Se utiliza en cantidades importantes como fundente, junto con el cloruro sódico, para la recuperación del aluminio a partir de la fusión en horno rotativo de los desperdicios y las escorias/espumas, de ese metal. También se utiliza en medicina, en casos de diarrea, vómitos y en el postquirúrgico del aparato digestivo, en aplicaciones científicas, procesamiento de alimentos y en ejecuciones judiciales a través de inyección letal. El potasio es vital para el cuerpo humano y si bien se encuentra en una enorme cantidad de vegetales usuales en la cocina ( ver potasio en la dieta), la ingestión oral de cloruro de potasio es un medio para obtenerlo, aunque también puede ser disuelto y administr ado de forma intravenosa. Puede ser utilizado como un sustituto de la sal en la comida, pero dado a su sabor débil, agrio y poco salado es generalmente mezclado con sal regular para mejorar su sabor. Medicinalmente se utiliza en el tratamiento de hipopotasemia y condiciones asociadas, para envenenamiento con digital, y como un restaurador de electrolitos. Obtención. El cloruro de potasio se encuentra naturalmente como silvita, y puede extraerse de la silvinita. También puede extraerse del agua salada y puede producirse por cristalización, por flotación o por separación electrostática de minerales apropiados. Es un subproducto de la fabricación de ácido nítrico a partir de nitrato de potasio y ácido clorhídrico.
6
Catalizador. Existen ciertas sustancias que se añaden a las reacciones químicas con el fin de influenciar en la velocidad de la reacción, a estas sustancias se les conoce como catalizadores. Así podemos definir catalizador como una sustancia que, encontrándose presente en una determinada reacción de tipo química, provoca variaciones de velocidad sin que sea consumida durante el transcurso del proceso reactivo.
Los Catalizadores presentan las siguientes características:
No son reactivos ni productos por lo que no se modifican durante la reacción Son eficaces aun cuando las cantidades empleadas son muy pequeñas Se recuperan al final de la reacción en el mismo estado inicial lo que permite su Reutilización. No aportan ni consumen energía Son específicos, solo actúan en determinadas reacciones Funcionan igual tanto en un sentido de la reacción como en el otro
Los catalizadores aceleran las reacciones químicas al donar protón o un par de electrones, los cuales permiten que una reacción química determinada se lleve con mayor facilidad y por lo tanto con mayor velocidad a través de un mecanismo específico. Todos los catalizadores, funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG‡) de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de reacción. No alteran el balance energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control de un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada. Los catalizadores, no son consumidos por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico.
¿Cómo influiría en el cálculo del porcentaje de clorato en la mezcla el hecho de que el catalizador se descompusiera? Si se descompusiera el catalizador, el oxígeno de éste (MnO 2) se combinaría con el oxígeno de la mezcla (KCl + KClO3) afectando el poder concluir de manera correcta con el oxígeno que se produce de la reacción, el que se liberaría.
¿Sería posible separar el cloruro utilizado del catalizador? ¿Qué métodos sugiere para realizar esta separación? Es posible separarlos; dada la alta solubilidad del cloruro y la insolubilidad del dióxido de manganeso, el proceso se puede desarrollar por filtración, disolviendo la mezcla en agua. Aprovechando que el cloruro y el clorato de potasio son solubles, estos se diluirían en el agua y se obtendría un precipitado de dióxido de manganeso. Para terminar el proceso y separar el catalizador de la mezcla, se procede a filtrar quedando el MnO2 aparte del KCl + KClO3.
7
7
CONCLUSIONES
Esta práctica sirvió para entender que la estequiometria es de gran importancia para los procesos químicos, lo que la hace una herramienta indispensable, ya que permite realizar los cálculos necesarios para determinar la cantidad de la materia (g, moles, porcentaje) de los productos que se forman a partir de los reactivos. Se tuvo en cuenta el peso del beaker mas el catalizador, luego el peso de la mezcla, por último, el peso de todo combinado para así sacar las medidas y realizar las ecuaciones estequiométricas. Se pudo determinar el valor del oxígeno y del cloruro y clorato de potasio por separado, conocer su porcentaje y su número de moles respectivamente. Se aprendió que los catalizadores sirven para agilizar las reacciones que se dan entre los reactivos y que el hecho de que contengan elementos similares, no afectan en su resultado. De esta manera se pudo desprender el oxígeno de la mezcla por medio de la evaporación.
8 8.1
REFERENCIAS Bibliografía
Mortimer, Ch, (1996) Química. México: Editorial Iberoamericana.
8.2
Cibergrafía
Universidad autónoma del estado de hidalgo. conceptos básicos de estequiometria. Recuperado de http://cvonline.uaeh.edu.mx/Cursos/BV/C0301/Unidad%20VII/71_lec_Estequiometria.pdf Física y química 1º bachillerato. Estequiometria. Recuperado de http://www.jcabello.es/documentos/docfisyqui1/reacciones.pdf http://portales.puj.edu.co/doc-quimica/fds-labqcadianahermith/kclo3.pdfhttps://www.ecured.cu/Clorato_de_Potasio http://portales.puj.edu.co/doc-quimica/fds-labqca-dianahermith/KCl.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_potasio http://quimica.laguia2000.com/ecuaciones-quimicas/catalizadores http://www.quimicas.net/2015/11/ejemplos-de-catalizadores.html https://www.ecured.cu/Catalizador
8
