Informe Nº 10-Química General A1

PRÁCTICA Nº 10 Determinación de la Fórmula de un Hidrato Difusión de Gases

RESUMEN

En el presente informe se calculo la formula de un hidrato:Al calentar 2.28g de CuSO4.XH2O cristalino hasta sequedad, se obtiene 1.46g de sal anhidra remanente. Diga ¿cuál es la fórmula del hidrato?

1.46g /159.5 g/mol = 0.009 mol de CuSO4

19.29 g - 18.47 g = 0.82 g de agua0.82g/18g/mol = 0.046 mol de H2OX =0.046/ 0.009 = 5.11, podemos decir que X = 5, ya que 5.11 se aproxima a 5 que es el entero mas próximo.

CuSO4.5H2O

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INTRODUCCIÓN

Los hidratos cristalinos son compuestos en los que una sustancia química ha solidificado “unida” a cierta cantidad de agua. Esta cantidad no es casual sino que está determinada por la naturaleza de la sustancia en cuestión. Algunos ejemplos de estas sustancias son:

CaSO4·½H2O FeCl3·6H2O (NH4)2CO3·H2O

(sulfato de calcio (cloruro de hierro(III) (carbonato de amonio hemihidrato) hexahidrato) monohidrato)

Pueden darse casos de sustancias que formen más de un hidrato, p. ej.:

CaCl2 CaCl2·H2O CaCl2·2H2O CaCl2·6H2O

(cloruro de (cloruro de (cloruro de calcio (cloruro de calcio) calcio monohidrato) dihidrato) calcio hexahidrato)

Estos hidratos se pueden descomponer por el calor, teniendo cada uno una temperatura de deshidratación característica propia. En este caso en particular la reacción será:

CuSO4·nH2O(s) CuSO4(s) + n H2O(g)

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PRINCIPIOS TEÓRICOS

HIDRATO

Una sal hidratada, también llamada hidrato es una combinación de un compuesto con el agua

mediante enlaces coordinados, formando una estructura compleja. El agua se puede liberar cuando el

hidrato es sometido a alta temperatura, los enlaces se rompen y dejan escapar las moléculas de agua

produciéndose un cambio visible en el compuesto de la sustancia que generalmente es el color.

Sulfato de cobre anhidro (CuSO4) sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O)

La fórmula general es:

Ejemplos:

Na2CO3.10H2O

CaSO4.5H2O

Na2B4O7.10H2O

LEY DE DIFUSIÓN Y EFUSIÓN GASEOSA DE THOMAS GRAHAM (1829)

Se debe recordar que la DIFUSIÓN es el escape o dispersión de las moléculas de un gas a través de la masa de otro cuerpo material (sólido, líquido o gas). La velocidad de difusión de un gas desprende del medio material en el que se desplace, de lo cual podemos establecer la relación:

Velocidad de difusión en:

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Sal anhidra . nH2O

Medio > Medio > Medio Gaseoso Líquido Sólido


Con fines experimentales el gas se hace difundir en muchos casos a través de un material

poroso como: grafito comprimido, cerámica sin vitrear, loza, lana de vidrio, etc., con la finalidad

generalmente de eliminar las impurezas sólidas y líquidas (gotas) presentes.

Si se realiza la difusión de una mezcla gaseosa por un material poroso, se separarán los

gases más ligeros de los más pesados, ya que el gas mas ligero se difunde más rápidamente a través

del material poroso; a este fenómeno se le denomina atmólisis (separación de gases, basándose en la

diferencia de las velocidades de difusión de cada componente de la mezcla).

La difusión se lleva a cabo a presión y temperatura constante con algún fin u objetivo

concreto.

Thomas Gram. (1805 – 1869) fue el científico que estudió con mucho detalle los fenómenos

de difusión y efusión gaseosa, descubriendo así la ley que lleva su nombre. Es ésta ley se establece

lo siguiente:

La proporción de difusión de los gases A y B será:

V A = √M B = √D B VB = √MA =√DA

De la cual se observa que el gas más liviano (menor M) se difundirá o efusionará más rápido

que el gas de mayor peso (mayor M)

Para una masas gaseosa: la velocidad de efusión (v) = volumen efundido (V) v = VPara una masas gaseosa: la velocidad de efusión (v) = tiempo de efusión (t) v = t

Si el volumen efundido o difundido “V” es igual para los gases A y B, la ley de Gram. en función del tiempo de efusión sería.

V A =V= √DA V A = t A = √M B t B = √M A = √D B VB = V = √MA tA = √MB =√DAV A = tB= √D A tA = √MB

De las relaciones se deduce que tiempo de difusión y peso molecular son directamente proporcionales

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A las mismas condiciones de presión y temperatura las velocidades de difusión o efusión de dos gases son inversamente proporcional a la raiz cuadrada de sus pesos moleculares (M) o de sus densidades (D).

t B = √M A = √D B tA = √MB =√DA


DETALLES EXPERIMENTALES

1. Aparatos:

Mechero Bunsen

Tubo de ensayo pirex

Pinza para tubos

Desecador conteniendo una sustancia anhidra (El docente le indicará)

Tubo de difusión de vidrio de diámetro uniforme y de una determinada longitud

Huaype

Tapón de goma

Una regla graduada

Pinza de madera

Pisceta

Cronómetro

2. Materiales:

Sulfato de cobre hidratado: CuSO4.XH2O

2 Goteros (Uno de HCl(cc) y otro de NH4OH(cc))

3. Procedimiento experimental

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3.1. Determinación de la Fórmula de un Hidrato

Pesar el tubo de ensayo limpio y completamente seco

Introducir en el tubo de prueba aproximadamente 2 a 3 g de cristales del hidrato y

volver a pesar (por diferencia encontrará el peso real de la muestra).

Llevar el tubo a la llama y calentar suavemente, hasta desaparición del color azul

(pasar la llama por todo lo largo del tubo hasta eliminar completamente el agua de las

paredes del tubo).

Pasar el tubo al desecador, esperar que se enfríe completamente.

Finalmente pesar. La diferencia entre pesadas nos dará el contenido original de agua.

3.2. Difusión de Gases

Antes de realizar la experiencia asegurarse que el tubo de difusión esté completamente

limpio, seco y a temperatura ambiente.

Instalar el equipo de acuerdo a la figura siguiente:

Con un tapón de goma, corcho o huaype cerrar herméticamente cada extremo del tubo

de difusión.

En lo posible colocar el tubo de difusión sobre una superficie oscura (negra o azul).

Adicionar simultáneamente cinco (5) gotas de HCl(cc) yNH4OH(cc) respectiva en cada

orificio superior y taparlos inmediatamente con un poco de huaype. Anotar el tiempo (a

partir de la última gota).

Observar cuidadosamente la formación de un halo de NH4Cl, el cual determina el punto

de contacto de ambos gases. Marcar el punto y anotar el tiempo final.

Medir las distancia con la regla entre el punto de contacto y los orificios superiores.

Lavar, limpiar y secar el tubo de difusión. Repetir el experimento dos o tres veces.

Tener en cuenta la temperatura ambiental.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

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Determinación de la Fórmula de un Hidrato

Para concluir esta experiencia, se necesita hallar las moles de agua por 1 mol de CuSO4, ello

nos permitirá conocer la fórmula del hidrato y se puede hallar mediante los siguientes cálculos:

1. Peso del tubo seco y limpio……………………………………. 17.01 g

2. Peso del tubo más hidrato……………………………………… 19.29 g

3. Peso del tubo mas sal anhidra………………………………….. 18.47 g

4. Peso del agua: (2) – (3)………………………………………… 0.82 g

5. Peso de la sal anhidra: (3) – (1)………………………………… 1.46 g

6. Nº de moles de agua: (4)/18 (3 cifras decimales)………………. 0.046 moles

7. Nº de moles de CuSO4: (5)/159.5………………………………. 0.009

8. X (moles de agua por 1 moles de CuSO4): (6)/(7)……………… 5.11

El valor de X se aproxima al entero más próximo y se reemplaza en la fórmula:

CuSO4.5H2O

Difusión de Gases

Para esta experiencia se debe conocer lo siguiente:7


Se sabe que el ácido clorhídrico HCl(cc) desprende vapores de cloruro de hidrógeno HCl(g) y

que el hidróxido de amonio desprende vapores de NH3(g), Luego:

Datos: Distancia de los orificios: 35 cm

1. Establecer las relaciones experimentales (Re).

Re = V (NH 3) = espacio recorrido por el NH3

Re = V (HCl) = espacio recorrido por el HCl

Recordar que: el área transversal es constante, por eso solo se toma el espacio recorrido.

Ahora, se procede a realizar los cálculos, pues este experimento se realizo 3 veces.

Re1 = 23.2 = 1.97Re = 11.8Re2 = 20 = 1.33Re2 = 15Re2 = 22.5 = 1.8Re2 = 12.5

2. Calcular la relación experimental promedio.

Re = (Re 1 + Re 2 + Re 3 ) = 1.7 3

3. Calcular la relación teórica.

Rt = V (NH 3 ) = √M (HCl) = 1.465

Rt = V (HCl) = √M (NH3) = 1.465

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CONCLUSIONES

En el experimento la relación experimental excede a la relación teórica, esto se debe a que cuando echamos las gotas de las soluciones en el tubo de difusión gran parte se escapa en forma de vapor, también se observa que NH3 tiene mayor espacio recorrido que el HCl.

La muestra CuSO4•5H2O cuando se pesa con el tubo, nos damos cuenta que tiene mayor peso que cuando lo pesamos después de haberlo calentado esto es debido a que cuando se calienta elimina por completo el agua hasta dar por resultado sal anhidra.

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RECOMENDACIONES

• Se recomienda que se trabaje con mascarillas, guantes y lentes ya que usaremos para esta experiencia soluciones concentradas como por ejemplo el NH3 y el HCl emanando gases tóxicos para la salud.

• Cuando se proceda a calentar el tubo conteniendo la CuSO4.5H2O pasar la llama por todo el tubo ya que si lo calentamos solo por lugares específicos el gas que esta caliente se ira a las zonas frías condensándose de esta manera y esto provocara la ruptura del tubo.

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BIBLIOGRAFÍA

CHANG, Raymond. Quimica general. Editorial Mc Graw - Hill. Novena edición. 2007

BROWN, T. LEMAY, H. BUSTEN, B. Quimica. La ciencia central. Prentice Hall. Novena

edición. 2005.

WITHEN, Kennet – DAVIS, Raymond . Quimica general. Editora Mc Graw – Hill

Interamericana. 1998

www. wikipedia.com

www.monografias.com

ANEXOS

CUESTIONARIO 1

1. De cinco ejemplos de hidratos.

CaSO4·2H2O

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Na2CO3·10H2O

AlK(SO4)2·12H2O

Na2B4O7·10H2O

BaS·7H2O

2. ¿Qué diferencia existe entre un hidrato y agua de cristalización?

La diferencia es que el hidrato es un compuesto formado por el agregado agua o sus elementos a

una molécula receptora en cambio el agua de cristalización es el agua que se encuentra dentro de las

redes de los cristales pero que no se halla unida de manera covalente a ninguna molécula o Ion.

3. ¿Cuál es la finalidad del desecador? ¿Qué son sustancias desecantes?

La finalidad del desecador es evitar que la sustancia se recristalice, es decir, que nuevamente se

convierta en cristal y vuelva a tener agua.

Un desecante es una sustancia que se usa para eliminar humedad del aire o de alguna otra

sustancia, como combustibles orgánicos.

4. Dé cinco ejemplos de sustancias desecantes.

5. ¿Qué ocurre con el hidrato si ocurre un sobrecalentamiento?

Si el hidrato se calienta excesivamente, se vuelve marrón negruzco. El propio anhídrido se

descompone en un gas y un líquido, afectando los cálculos.

6. Escriba dos ejemplos de hidratos de las sales del grupo de hierro (III). Cobalto (II) y Niquel (II).

Indicar los colores que presentan estos complejos

Hierro (III).

FeCl3·6 H2O (Amarillo anaranjado)

Fe(NO3)3·9H2O (Anaranjado claro)

Cobalto (II)

CoCl2·6H2O (Rosa profundo)

CoBr2·4H2O (Verde)

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http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro


Níquel (II)

NiCl2·6H2O (Verde)

NiBr2.3H2O (Amarillo pardusco)

CUESTIONARIO 2

1. ¿Cuál de los gases de las alternativas se difundirá con mayor rapidez, si se encuentran todos ellos

a 20 ºC y 4 atm, a través de iguales orificios? (Cl = 35.5, C = 12, H = 1, N = 14, O = 16)

a) Cl2 b) C3H8 c)NO2 d)CH4

ResoluciónSegún la ley de Graham la el cuadrado de la velocidad de un gas es inversamente Proporcional a su peso molecular:

Cl2 = 71

C3H8 = 44

NO2 = 46

CH4 = 16

Entonces el gas que tiene menor peso molecular es el que se va a difundir con mayor rapidez. Por lo tanto es el gas metano (CH4).

2. ¿Cuál es la masa molar de un compuesto que tarda 2.7 veces más tiempo en efundir a través de

un tapón poroso que la misma cantidad de XeF2 a la misma temperatura y presión?

ResoluciónEn el problema nos piden hallar la masa molar de un compuesto, le llamaremos M, nos dicen que se encuentra en iguales condiciones de presión y temperatura. Para lo cual aplicamos la LEY DE AVOGADRO “A condiciones iguales de presión y temperatura, si ambos gases tienen el mismo número de moléculas, entonces ocuparán volúmenes iguales”. M XeF2 = 169 Entonces como los volúmenes van a ser iguales, en la fórmula se van a eliminar, quedando así:

M = 2313.61

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3. Un hidrocarburo de fórmula empírica C2H3 tarda 349 s en emanar a través de un tapón poroso;

en las misma condiciones de temperatura y presión, el mismo número de moléculas de argón

emana en 210 s. ¿Cuál es la masa molar y la fórmula molecular del hidrocarburo?

ResoluciónEn el problema nos piden hallar la masa molar de un compuesto, nos dicen que se encuentra en iguales condiciones de presión y temperatura, para lo cual aplicamos la LEY DE AVOGADRO “A condiciones iguales de presión ytemperatura, si ambos gases tienen el mismo número de moléculas, entonces ocuparán volúmenes iguales”.

Ar = 40

x(C2H3) = 27x

X = 4

Por lo tanto la masa molar es: 27X = 27(4) = 108 Fórmula molecular: 4(C2H3) = C8H12

4. Una muestra de gas argón efunde a través de tapón poroso en 147 s. Calcule el tiempo requerido

para que el mismo número de moles de CO2 efunda en las mismas condiciones de presión y

temperatura.

ResoluciónEn el problema nos piden hallar el tiempo para que una misma cantidad demoles de Ar y CO2 efunda, nos dicen que se encuentra en iguales condiciones de presión y temperatura.Para lo cual aplicamos la LEY DE AVOGADRO “A condiciones iguales de presión y temperatura, si ambos gases tienen el mismo número de moléculas, entonces ocuparán volúmenes iguales”.

Ar = 40

CO2 = 44

T = 154,17

Se concluye: Al tener el mismo número de moléculas, tendrán el mismo número de moles

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5. A ciertas condiciones de presión y temperatura, la densidad del gas CH4 es 0.714 g/ L y la

densidad de HBr es 3.60 g/L. Si el CH4 se difunde a una velocidad de 70 cm/ min en un

determinado aparato de difusión. ¿Cuál será la velocidad de HBr en el mismo aparato a la misma

presión y temperatura?

ResoluciónNótese que en este problema usaremos la LEY DE GRAHAM: “Bajo condiciones similares de temperatura y presión, las velocidades de difusión de dos gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus densidades o masa moleculares”.

CH4 = 16

HBr = 81

V2 = 31,11

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