Tercera clase

Preparación de disoluciones

1.Introducción teórica

A continuación voy a hacer una introducción de esta práctica en la que tenemos como objetivo preparar disoluciones de concentración conocida a partir de un soluto sólido y de otra disolución de concentración conocida.

Para ello necesitaremos :

·  Vasos de precipitados : Un vaso de precipitados es un recipiente cilíndrico de vidrio borosilicado fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos

·      

      Vidrio de reloj: El vidrio de reloj, luna de reloj o cristal de reloj es una lámina de vidrio en forma circular cóncava-convexa. Se llama así por su parecido con el vidrio de los antiguos relojes de bolsillo. Se utiliza en química para evaporar líquidos, pesar productos sólidos o como cubierta de vasos de precipitados, y contener sustancias parcialmente corrosivas. Es de tamaño medio y muy delicado.

                                                                                                                                              

·      

      Varilla de agitar. La varilla de agitaciòn es de vidrio.se utiliza para agitar las disoluciones

Balanza. La balanza es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia química, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo

 

                                                                                                                                                                        

·   Matraz aforado. El matraz aforado es parte del llamado material de vidrio de laboratorio y consiste en un tipo de matraz que se usa como material volumétrico. Se emplea para medir un volumen exacto de líquido en base a la capacidad del propio matraz, que aparece indicada.

 

·   Pipeta. La pipeta es un instrumento de laboratorio el cual sirve para medir o transvasar cantidades pequeñas de líquido de un recipiente a otro.

                                                                                                                                                             

·    

     Aspirador de cremallera. Se utiliza acoplando este material a la pipeta, para succionar líquidos peligrosos. Se acopla la pipeta en la parte inferior, al mover la rueda, subiendo la cremallera, sube el líquido.

 

·         Bicarbonato sódico. Es un compuesto sólido cristalino de color blanco soluble en agua, con un ligero sabor alcalino parecido al del carbonato de sodio (aunque menos fuerte y más salado que este último), de fórmula NaHCO3. Se puede encontrar como mineral en la naturaleza o se puede producir artificialmente.

·         

      Ácido clorhídrico diluido de concentración 1 mol/L.

                                                                            

 

A continuación realizaremos unas disoluciones en la práctica y voy hacer una breve explicaión de lo que son. Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.  Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.

Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es constante.

Entonces, reiterando, llamaremos solución  o disolución a las mezclas  homogéneas que se encuentran en  fase líquida. Es decir,  las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida,  como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones. Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.

Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua.

Molaridad: Es la forma más frecuente de expresar la concentración de las disoluciones en química. Indica el número de moles de soluto disueltos por cada litro de disolución; se representa por la letra M. Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una 0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculo de la molaridad se efectúa determinando primero el número de moles y dividiendo por el volumen total en litros:
2.Descripción del experimento realizado

El objetivo de esta práctica, es preparar disoluciones de concentración conocida a partir de un soluto sólido, y otra disolución de concentración conocida, y para ello hemos dividido el experimento en tres partes:

     1.Parte uno : Preparación de una disolución de sulfato de cobre pentahidratado en agua de concentración 0'01 mol/L.

Durante esta primera parte prepararemos un litro de disolución de sulfato de cobre pentahidratado (CuSo_4.5H₂O) en agua. Para ello seguiremos los siguientes pasos.

1.1- Calcular la masa del sulfato de cobre necesaria.

       Primero debemos calcular a partir de la siguiente fórmula los números de moles:

C=n/V 

donde:
C= concentración
n= número de moles
V= volumen de la disolución.

Se despeja de la fórmula n, y nos quedaría así:

n=C.V 

Y ya solo nos quedaría resolverlo.

n=0'01.1 

n=0'01mol.

Despues de esto aplicaremos la siguiente fórmula, para hallar ya la masa de sulfato de cobre:

 n=m/M

donde:
n= al número de moles calculados anteriormente
m= masa
M= masa atómica.

Se despeja de la fórmula la masa, y nos queda así:

m=n.M 

y ya solo queda resolverlo.

m=0'01.250
m=2,5gramos.

NOTA: La masa atómica sale de sumar cada una de las masas atómicas de los elementos que conforman el CuSo_4.5H₂O.

1.2-Pesar el sulfato de cobre necesario con la balanza, en un vidrio de reloj. (2,5gramos)
      Nos debe de quedar la cantidad que se muestra en la foto:

1.3-Disolver en un vaso de precipitados el sulfato de cobre añadiendo agua (utilizar una cantidad en torno a 100 ml como se muetra en la imagen). Al tener un color azulado, el agua incolora quedará de este color.

1.4-Volcar el contenido del vaso de precipitados en el matraz aforado y enrasar hasta el aforo (marca del matraz). Su volumen es de un litro. añadir el agua con un vaso de precipitados y ayudarse al final de un cuentagotas para más precisión.

Así es como debe quedar

     2.Parte dos: Preparación de una disolución de ácido clorhídrico de concentración 0'1mol/L

En esta segunda parte prepararemos 50ml de disolución de ácido clorhídrico en agua de concentración 0'1mol/L. Para ello partiremos de una disolución de ácido clorhídrico de concentración 1 mol/L. Seguiremos los siguientes pasos:

2.1-Calcular el volumen de la disolución de c=1mol/L que necesitaremos. Primero para poder realizar esta disolución necesitamos saber el volumen de ácido clorhídrico que hará falta. Esto lo calculamos averiguando el número de moles que necesitaríamos aplicando la fórmula C=n/V sabiendo que la disolución que queríamos tenía una concentración de 0'1 mol/L y un volumen de 0'05 L.

C=n/V
n=0'1 . 0'05
n= 0'005mol

Ahora con esa misma fórmula debemos calcular el volumen de la disolución en caso de que la concentración sea de 1mol/L,y para ello utilizamos la misma fórmula.

C=n/V
V=0'005/1
V=0'005L

Ya tenemos el volumen necesario de ácido clorhídrico (5mililitros) y podemos realizar la disolución.

2.2 En una proveta añadimos unos 25 ml de agua:

2.3 El primer paso es añadir 25 mililitros de agua en una probeta y, con la ayuda de la pipeta y el aspirador, tomamos los 5 mililitros de ácido clorhídrico que necesitábamos en la disolución y los añadimos sobre el agua de la probeta, teniendo en cuenta que siempre se añade el ácido sobre el agua. Por último llenamos la probeta con agua hasta los 50 mL. Con esto tendríamos hecha nuestra disolución de ácido clorhídrico de concentración 0.1 mol/L.

4.Conclusión

Para terminar como conclusión final podemos decir que hemos comprobado dos tipos de disoluciones, ambas homogéneas, una utilizando un soluto sólido y la otra utilizando un soluto líquido.
Otra conclusión es que también hemos podido comprobar como los cálculos del número de moles tienen su aplicación práctica, a partir de las fórmulas de la masa de una sustancia (n=m/M) y a partir de las concentraciones de las disoluciones (c=n/v) hemos podido sacar la masa necesaria de sulfato de cobre pentahidratado y el volumen necesario de ácido clorhídrico para poder realizar las disoluciones. Ademas hemos encontrado un video bastante interesante que habla y explica los temas tratados durante esta práctica:
https://www.youtube.com/watch?v=83WT6-efQr0

Segunda clase

Velocidad de las reacciones químicas

1.Introducción teórica

A continuación vamos hacer una práctica para comprobar como influyen distintos factores como la temperatura , la concentración de reactivos , la naturaleza del elemento …

_Una reacción química es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos.

 En una reacción química, los enlaces entre los átomos que forman los reactivos se rompen. Entonces, los átomos se reorganizan de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales.

_La velocidad de reacción es la velocidad a la que se forman los productos o se consumen los reactantes.

En este experimento comprobamos la velocidad de reacción a continuación explicaremos los factores más determinantes que influyen :

·         La naturaleza de los reactantes: involucrados en una reacción determina

la velocidad de esta . Esto significa que la velocidad de la reacción depende de que elementos o sustancias están involucrados en ella.

·         Concentración de los reactivos : La velocidad de reacción aumenta con la concentración de los reactivos.  Para aumentar la concentración de un reactivo:

Si es un gas, se consigue elevando su presión. Si se encuentra en disolución, se consigue cambiando la relación entre el soluto y el disolvente.

·         Superficie de contacto de los reactivos: Cuanto más divididos están los reactivos, más rápida es la reacción. Esto es así porque se aumenta la superficie expuesta a la misma.

·         Temperatura : En general, la velocidad de una reacción química aumenta conforme se eleva la temperatura.

·         Presencia de catalizadores : Un catalizador es una sustancia, distinta a los reactivos o los productos, que modifican la velocidad de una reacción. Al final de la misma, el catalizador se recupera por completo e inalterado. En general, hace falta muy poca cantidad de catalizador.

Los catalizadores aumentan la velocidad de la reacción, pero no la cantidad de producto que se forma.

Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en laboratorios, pero también en fábricas, automóviles, centrales térmicas, cocinas, atmósfera, interior de la Tierra... Incluso en nuestro cuerpo ocurren miles de reacciones químicas en cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos.

La práctica de por sí consta de tres partes , en la parte 1 comprobamos la influencia de la temperatura , en la parte 2 la influencia de la superficie de contacto y en la parte 3 veremos la influencia de la concentración de reactivos .

Para esta práctica tenemos que utilizar los siguientes materiales : 

_ Vasos de precipitados (2)

_ Mortero

_ Comprimidos de efferalgan 1g

_ Hielos

_ Ácido clorhídrico diluido

2.Descripción del experimento realizado

El objetivo de este experimento es comprobar los distintos factores que afectan a la velocidad de las reacciones químicas, para ello hemos dividido el experimento en tres partes:

     1. Parte uno: (influencia de la temperatura)

En cada uno de los vasos precipitados introduciremos un comprimido. Uno de los vasos contendrá agua del tiempo y otro agua enfriada con hielo, mediremos el tiempo necesario para que suceda la disolución del comprimido en cada uno de los vasos y las compararemos.

La catidad de comrimido debe ser igual en ambos vasos para que la única variante sea la temperatura.

Durante el siguiente video procederemos a hechar los comprimidos en los vasos, los cuales uno contiene hielo (derecha) y otro solamente agua (izquierda), y mostraremos como reacciona durante el primer minuto. Ver el video preferentemente sin volumen pues no se da ninguna explicación teórica.

Como hemos podido observar el comprimido de la izquierda, es decir sin hielo, se disuelve más rápido, esa es la causa de una mayor turbidez en el agua. Y el siguiente video es realizado cuando el comprimido del vaso sin hielo se ha disuelto:

Como se puede observar el comprimido que no se disuelve en agua con hielo ya se ha disuelto a los 2' 33'', en cambio el otro comprimido no se disuelve hasta los 7' 23''. 

De esto podemos sacar que la temperatura influye en la disolución, de forma que a más emperatura mayor será la velocidad de disolución.

     2. Parte dos: (influencia de la superficie de contacto entre los reactivos)

En cada uno de los vasos precipitados introduciremos un comprimido, sin embargo en uno el comprimido estará entero, y en el otro el comprimido estará pulverizado. Para ello, es necesario previamente machacarlo con el mortero.

La cantidad de comprimido debe ser la misma, para que el único factor variante sea la superficie de los comprimidos.

En las siguientes imágenes se muestra como machacamos uno de los comprimidos y los introducimos en los vasos, los cuales uno esta pulverixado (izquierda) y el otro entero (derecha).

A pesar de la falta de un video, podemos asegurar que el comprimido se disolvió más rápido, y tenía una mayor turbidez el agua estando pulverizado que entero, llegando a disolverse en 1' 38'' y el entero en 1' 53''.

Este es el vaso de la izquierda, es decir con el comprimido pulverizado.

Este el el vaso de la derecha con el comprimido entero.

Lo que podemos sacar de este experim ento es que al estar disuelto el comprimido, la velocidad de disolución aumenta, pues el agua debe realizar menor trabajo para romper la fuerzas que unen las moléculas del comprimido.

     3. Parte tres: (influencia de la concentración de los reactivos)

En cada uno de los vasos precipitados introduciremosun comprimido. Uno de los vasos contendrá agua y el otro una pequeña cantidad de ácido clorhídrico, ambos en la misma cantidad.

Como en las dos partes anteriores deberemos introducir la misma cantidad de comprimido para no añadir mas variables.

En las siguientes fotos mostraremos como hemos introducido los comprimidos en los vasos de precipitado, los cuales el de la derecha contiene ácido clorhídrico y el de la izquierda agua.

Foto sacada nada más introducir los comprimidos.

Foto que demuestra la velocidad de disolución dentro del ácido clorhídrico, comparada con la del agua, pues la del ácido clorhídrico se puede observa que a los 8'' ya tiene una gran turbidez y está muy avanzada la disolución.

La disolución en ácido clorhídrico llegó hasta los 2' 52'' a pesar de su pequeña cantidad, lo que demuestra la cantidad de poder de disolución este líquido, en cambio el comprimido no nos dió tiempo a calcular el tiempo de disolución, por la falta de este, sin embargo calculamos que tardaría más de 5'.

Esto demuestra que la contrentación de los reactivos en los que se introdujo el comprimido influyen bastante más que las anteriores variantes, de forma que un reactivo más concentrado disuelve más rápido un comprimido que otro menos concentrado.

4.Conclusiones

Como conclusión podemos sacar que tanto la temperatura, como la superfivie de los reactivos como la concentración de estos, influye considerablemente en la disolución de dicho reactivo. Por lo tanto existen diversas variables en las reacciones químicas, que hacen que estas se desarrollen de una forma o de otra, eso hace que para evitar imprevistos en una reacción química, debe de estar bien controlada y vigilada.