Informe FisicoQuimica 7

Fisicoquímica I 2012

INTRODUCCIÓN

Una reacción química o cambio químico o fenómeno químico es todo proceso

termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de un

factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas

sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la

formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las

condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio

cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las

condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción

química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el

número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

1 Ingeniería Ambiental y Recursos Naturales


1. OBJETIVO

Observar las diferentes reacciones que sucedan durante los experimentos con diferentes reactivos que se presentan en forma solida o liquida.

2. FUNDAMENTO TEORICO

UNA REACCIÓN QUÍMICA

Una reacción química consiste en el cambio de una o mas sustancias en otra(s). Los reactantes son las sustancias involucradas al inicio de la reacción y los productos son las sustancias que resultan de la transformación. En una ecuación química que describe una reacción, los reactantes, representados por sus fórmulas o símbolos, se ubican a la izquierda de una flecha; y posterior a la flecha, se escriben los productos, igualmente simbolizados. En una ecuación se puede indicar los estados físicos de las sustancias involucradas de la manera siguiente: (s) para sólido, (l) para líquido, (g) para gaseoso y (ac) para soluciones acuosas. Los catalizadores, temperaturas o condiciones especiales deben especificarse encima de la flecha.

UNA ECUACIÓN QUÍMICA

Una ecuación química es la representación escrita y abreviada de una reacción química.

A la izquierda se escriben las fórmulas de los reactivos (sustancias reaccionantes)

A la derecha se escriben las fórmulas de los productos (sustancias resultantes)

Separadas por una flecha.

También pueden contener información sobre el estado físico de las sustancias y sobre las condiciones de la reacción.

FENÓMENO QUÍMICO

Se llama fenómeno químico a los sucesos observables y posibles de ser medidos en los cuales las sustancias intervinientes ‘cambian’ al combinarse entre sí. A nivel subatómico las reacciones químicas implican una interacción que se produce a nivel de los electrones de los átomos de las sustancias intervinientes.


3(s) (ac) 2(ac) 2(g) 2 (I)sentido de la

Reac tantes Pr oductosReacción

1CaCO 2HCI 1CaCI 1CO 1H O


En estos fenómenos, no se conserva la sustancia original, se transforma su materia, manifiesta energía, no se observa a simple vista y son irreversibles en su mayoría.

La sustancia sufre modificaciones irreversibles, por ejemplo: Un papel al ser quemado no se puede regresar a su estado original. Las cenizas resultantes fueron parte del papel original, y han sido alteradas químicamente.

Véanse también: Química analítica y Ensayo químico

TIPOS DE REACCIONES

Los tipos de reacciones comunes a la química orgánica e inorgánica son: Ácido-base (neutralización), combustión, solubilización, reacciones redox y precipitación.

Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas: reacciones ácido-base (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo al tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble:

Nombre Descripción Representación Ejemplo

Reacción de síntesis

Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.La siguiente es la forma general que presentan este tipo de reacciones:

A+B → ABDonde A y B representan cualquier sustancia química.Un ejemplo de este tipo de reacción es la síntesis del cloruro de sodio:

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Reacción de descomposición

Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.

AB → A+BDonde A y B representan cualquier sustancia química.Un ejemplo de este tipo de reacción es la descomposición del agua:

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)



Reacción de desplazamiento o simple sustitución

Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.

A + BC → AC + BDonde A, B y C representan cualquier sustancia química.Un ejemplo de este tipo de reacción se evidencia cuando el hierro(Fe) desplaza al cobre(Cu) en el sulfato de cobre (CuSO4):

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución

Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.

AB + CD → AD + BCDonde A, B, C y D representan cualquier sustancia química.Veamos un ejemplo de este tipo de reacción:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

REACCIONES DE LA QUÍMICA ORGÁNICA

Respecto a las reacciones de la química orgánica, nos referimos a ellas teniendo como base a diferentes tipos de compuestos como alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, aldehídos, cetonas, etc. que encuentran su clasificación y reactividad en el grupo funcional que contienen y este último será el responsable de los cambios en la estructura y composición de la materia. Entre los grupos funcionales más importantes tenemos a los dobles y triples enlaces y a los grupos hidroxilo, carbonilo y nitro.

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es menor que la cantidad teórica. Esto depende de varios factores, como la pureza del reactivo, las reacciones secundarias que puedan tener lugar,es posible que no todos los productos reaccionen,la recuperación del 100% de la muestra es prácticamente imposible.

El rendimiento de una reacción se calcula mediante la siguiente fórmula:



Cuando uno de los reactivos esté en exceso, el rendimiento deberá calcularse respecto al reactivo limitante. Y el rendimiento depende del calor que expone la reacción.

REACCIÓN EXOTÉRMICA:

Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende energía, es decir con una variación negativa de entalpía.

Se da principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando ésta es intensa puede dar lugar al fuego. Cuando reaccionan entre sí dos átomos de hidrógeno para formar una molécula, el proceso es exotérmico.

REACCIÓN ENDOTÉRMICA:

Se denomina reacción endotérmica a cualquier reacción química que absorbe energía, con una variación de entalpía positiva, es decir, que tiene un incremento de entalpía.

Reacciones de óxido – reducción.

LAS REACCIONES DE OXIDO - REDUCCIÓN O RÉDOX

Tienen lugar cuando los reactivos contienen átomos de números de oxidación variables; por tanto durante la reacción ocurren cambios en el grado de oxidación de los mismos por transferencia de electrones. El elemento que cede electrones se oxida pues aumenta su grado de oxidación Fe - 3 Fe +3. Pero a su vez otro elemento debe ganar esos electrones, o sea que reduce disminuyendo su grado de oxidación: O0 + 2e- O -2

El elemento que cede electrones es un reductor el elemento que los recibe es un oxidante.

Ej : Quién no se ha sorprendido al observar cómo un clavo de acero pierde su brillo metálico, cuando se deja expuesto al aire por varios días y se cubre después de herrumbre. Entonces se dice: El Clavo se oxidó. Esta expresión indica que el hierro se ha unido con el oxígeno del aire para formar un compuesto de propiedades diferentes. Al analizar químicamente este fenómeno se encuentra que el hierro ha cedido electrones al oxígeno reduciéndolo, es decir aumentándole su carga negativa, mientras el hierro se oxida, es decir aumenta su carga positiva.



3. MATERIALES

MATERIALES REACTIVOSPinza EspátulaTubos de ensayoVaso precipitadoPizeta Cinta de magnesioLunas relojGoteroPipetaPapel aluminio

Vinagre Ac. MuriaticoNaOHBaCl2

HNO3

FenolftaleínaCuSO4

Mg, CuUreaNaOH solidoK2Cr2O7(liquido)Co(NO3)3

Na2SO4

H2SO4

NaClHCl FeCl3

AgNO3

K2CrO4

Pb(No3)2

KSCNNH3

KMnO4

H2O2

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A. Reacciones acido base.

En dos tubos de ensayo colocamos de 10 a 15 gotas de vinagre diluido y acido muriático diluido.

A ambas agregamos 1 gota de fenolftaleína.Al agregar fenolftaleína no se observo ningún cambio, pero al agregar NaOH a la muestra 1 cambio a color rojo grosella al igual que la otra muestra pero esta el color rojo grosella fue más intenso.

Formándose las siguientes reacciones.

Muestra 1CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Ec. Molecular

CH3COO + H + Na + OH CH3COO + Na + H2O H + OH H2O Ec. iónica

Muestra 2HCl + NH4(OH) NH4Cl + H2O Ec. molecular

H + Cl + NH4 + OH NH4 + Cl + H2O Ec. Ionica


1 2

Agregamos gota a gota NaOH y observamos

Agregamos gota a gota NH4(OH) y observamos

Vinagre diluido Ac. Muriático diluido


B. Reacciones de precipitación. En cada tubo se coloca 5 gotas muestras, para luego agregar otras 5

gotas de 4 diferentes sustancias y se observo lo siguiente.

1. Cambio un color blanco espeso formándose pequeñas precipitado.2. Cambio de color amarillo a un marrón formando precipitado.3. También cambio de incoloro a blanco espeso formado precipitado.4. Esta cambio de color amarillo a blanco formando precipitado.

Todas estas reacciones fueron endotérmicas, formando las siguientes ecuaciones: BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl

Ba + 2Cl + 2Na SO4 BaSO4 + 2Na + 2Cl(Atracción de las cargas logrando la precipitación) Ba + SO4 BaSO4

NaCl + AgNO3 Na(NO3) + AgClNa + Cl + Ag+ NO3 Na + NO3 + AgCl

Na + NO3 NaNO3

FeCl3 + NaOH NaCl3 + Fe(OH)3

Fe + Cl3 + Na + OH Na + Cl3 + Fe(OH)3

Fe + OH Fe(OH)3

Pb(NO3)2 + K2CrO4 PbCrO4 + 2KNO3

Pb + NO3 + K + CrO4 PbCrO4 + K + NO3

Pb + CrO4 PbCrO4

C. Reacciones de formación de complejos

Se coloco de 3 a 5 gotas de FeCl3 (color amarillo) y CuSO4 (color Celeste) en tubos de ensayo.

Cambiando de color: la muestra 1 a color guinda y muestra 2 a color azulino.


NaCl2

1

FeCl3

2

BaCl2

3

Pb(NO3)2

4

1 2Agregamos KSCN Agregamos NH3

(Amarillo)

+ H2SO4


D. Reacción endotérmica y exotérmica.

Se prepara tres tubos de ensayo y se colocará Mg solido(1), urea (2) y NaOH (3) solido respectivamente en los tubos.

1. Es una reacción exotérmica, el Mg empezó a eferveser y al final formando una fase.

2. Presento una reacción endotérmica formando una sola fase.3. Es una reacción exotérmica, disipando bastante calor para que al

final queden dos fases, la primera de color amarillo y el precipitado de color blanco.

E. Reacción oxido reducción

Medio acido:a. En un tubo de ensayo colocamos 1ml de KMnO4 (color morado),

luego adicionamos 5 gotas de H2SO4 concentrado.

Formando como resultado la siguiente ecuación:KMnO4 + H2SO4 + H2O2 MnSO4 + K2SO4 + O2 + H2O

b. En una luna reloj colocamos KMnO4 (color gris) solido y luego agregamos cinco gotas de HCl.

Formando como resultado la siguiente ecuación:KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O


1 32

Forma una fase y es incoloro.

KMnO4 Rx exotérmica

Efervecio y cambio de color gris a marrón oscuro. Se observo una reacción exotérmica.

+ H2SO4

+ KOH


c. En un tubo de ensayo colocamos filamento de cobre y luego lo adicionamos 1ml de de HNO3 concentrado y observamos.

Forma la ecuación:Cu + 2HNO3 Cu(NO3) + NO2 + H2O“Precauciones con esta reacción es muy toxico”

d. En un tubo ensayo colocamos 1ml de K2Cr2O7 (color naranja) para luego adicionarle 5gotas de acido sulfúrico. Finalmente agregamos gota a gota agua oxigenada.

Forma la ecuación:K2Cr2O7 + H2SO4 + H2O2 Cr(SO4)3 + K2SO4 + O2 + H2O

Medio basico:a. Agregamos 1ml de KMnO4 (color morado) y adicionamos 5 gotas

de KOH; luego agregamos gota a gota agua oxigenada y se observa.

Formo la siguiente ecuación:KMnO4 + KOH + H2O2 MnO2 + O2 + KOH

b. En otro tubo de ensayo agregamos ¼ de H2O, luego se adiciono de 4 a 5 lentejas de NaOH agitamos bien para que se disuelva las lentejas para luego colocar papel aluminio en forma de bolita.


Al combinarse con el KOH cambio a color verde petróleo, y cuando adicionamos H2O2 esta empezó a efervecer, a disipar calor y finalmente formando un precipitado color marrón.

Empieza a efervecer y a evaporarse formándose de color amarillo en las paredes del tubo y en el fondo de color verde. También se observo que la reacción es lenta pero liberando calor.

El K2Cr2O7 al juntarse con H2SO4 empezó una reacción exotérmica y al adicionar agua oxigenada esta cambio de color

naranja a un verde jade.

+ NaOH


Forma la ecuación:Na3[Al(OH)6] + H2 + Al + NaOH Na3[Al(OH)6] + H2

c. En un tubo de ensayo agregamos 1ml Co(NO3)3(color rosado) y adicionamos 5 gotas de NAOH y posteriormente adicionamos gota a gota H2O2 y observamos.

5. RECOMENDACIONES

Manipular con cuidado los ácidos debido a su propiedad corrosiva y toxica; y mezclar con el agua en el momento que se lava en el caño.Al usar los ácidos puros es recomendable tapar inmediatamente sacada la muestra para uso.Ser cuidadoso con la manipulación de materiales de vidrio.Dejar limpio los materiales usados y la mesa de trabajo.

6. CONCLUSIONES

Las reacciones dadas en este Laboratorio, son ejemplos muy claros como se dan los diferentes tipos de reacciones.ES muy importante entender que atreves de las reacciones experimentadas nos permitió reconocer y aprender que tipo de reacciones se dan al combinarse un elemento con otro ya sea en solido o liquido. Además aprendimos como reconocer o distinguir una reacción endotérmica o exotérmica. También observamos que las reacciones se pueden manifestar por el cambio de color, la formación de precipitado, por el calor que libero o absorbe, etc.

7. BIBLIOGRAFIA

BROWN, T.L. LEMAY, H.E. & BURSTEN, B.E. “Química: La ciencia central”. Pearson-Prentice, novena edición. México 2004.


Se observa como el Al empieza a efervecer. Se da una reacción exotérmica

Al combinarse con el NAOH cambia de a color lila formando precipitado. Y al adicionar H2O2 efervece y cambia a color marrón formando dos fases.

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