UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO

401581–ESTRUCTURA DE LA MATERIA Msc. DOLFFI RODRÍGUEZ CAMPOS (Directora Nacional)

Qco. JULIA STELLA DÍAZ NEIRA Acreditadora

ARBELÁEZ JULIO DE 2012

1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO

Las guías del componente práctico del curso ESTRUCTURA DE LA MATERIA fueron diseñadas en el 2011 por la Msc DOLFFI RODRÍGUEZ CAMPOS, docente de carrera de la UNAD CEAD Arbeláez. La realización de las guías contó con las observaciones y sugerencias del Químico MANUEL LOZANO RIGUEROS. En el segundo semestre de 2012, la docente Dolffi Rodríguez, rediseñó las guías de laboratorio, ajustando algunas prácticas e incorporaron otras, de acuerdo a los contenidos del módulo y a la propuesta realizada por los docentes Pamela Patricia Zorro, Julia Stella Díaz, Johny Roberto Rodríguez de la sede Nacional José Celestino Mutis El presente documento cuenta con los últimos lineamientos emitidos por la UNAD con el fin de que pueda ser publicada en los Repositorios autorizados de la Universidad. Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes: • Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra). • No comercial. No puede utilizar esta obra para fines comerciales. • Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra derivada a partir de esta obra. • Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de esta obra. • Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del titular de los derechos de autor • Nada en esta menoscaba o restringe los derechos morales del autor.

2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

3. ÍNDICE DE CONTENIDO

Pág. 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES ....................................................................................................................... 7 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................. 7 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................................................... 8 INTENCIONALIDADES FORMATIVAS ................................................................................................................... 9 DENOMINACIÓN DE PRÁCTICAS ....................................................................................................................... 10 SEGURIDAD INDUSTRIAL .................................................................................................................................. 10 PRÁCTICA 1. INTRODUCCIÓN AL TRABAJO EN EL LABORATORIO......................... ¡Error! Marcador no definido. PRÁCTICA 2. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO ...................................... ¡Error! Marcador no definido. PRACTICA 3 DENSIDAD Y VISCOSIDAD DE SOLUCIONES ....................................... ¡Error! Marcador no definido. PRÁCTICA 4. NÚMERO DE AVOGADRO Y EL CONCEPTO DE MOL ........................ ¡Error! Marcador no definido. PRÁCTICA 5. DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN PORCENTUAL DE UN COMPUESTO¡Error! Marcador no definido. PRÁCTICA 6. TÉCNICAS BÁSICAS DE SEPARACIÓN ........................................................................................... 14 PRACTICA 7. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES................................................ 25 PRÁCTICA 8. SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS ............................................................................... 36 PRACTICA 9. ALCALIMETRÍA Y ACIDIMETRÍA ................................................................................................... 50 PRÁCTICA 10. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA ................................................................................... 59 ANEXO GUÍA PARA LA PRESENTACIÓN DE PRE-INFORME E INFORME DE LABORATORIO............................... 65

.

3

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

4. LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Valores de viscosidad para el agua a diferentes temperaturas ............ ¡Error! Marcador no definido. Tabla 2 Valores de la constante universal de los gases expresada en diferentes unidades ............ 28 Tabla 3 Volúmenes y temperaturas de CO2 obtenidos en las 5 experiencias ................................. 31

4

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

4.1 LISTADO DE GRÁFICOS Gráfica 1 Ejemplo de representación gráfica de resultados (diseñado por Dolffi Rodríguez; 2011) ......................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Gráfica 2. Relación entre V y n con P y T constantes ..................................................................... 27 Gráfica 3 Volumen de base vs Volumen de ácido obtenidos en un proceso de titulación (Elaborado por: Dolffi Rodríguez, 2011) ......................................................................................................... 56

5

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

4.2 LISTADO DE FIGURAS

Figura 1 Material Volumétrico........................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 2. Diferentes meniscos ........................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 3. Lectura del menisco ............................................................ ¡Error! Marcador no definido. Figura 4 Menisco y error de paralaje. La vista debe dirigirse al punto medio de la curvatura del menisco; en un plano horizontal nunca se observa ni por encima ni por debajo del eje visual. ......................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 5 Tipos de pipetas. (1 Pipeta graduada para medir cualquier volumen, 2 y 3 Pipetas calibradas para medir un determinado volumen.) ............................. ¡Error! Marcador no definido. Figura 6 Uso de la Pipeta volumétrica ............................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 7 Procedimiento para llenar la bureta. Con la llave de paso cerrada se vierte el líquido titulante arriba de la bureta, usando un embudo para evitar que el líquido se derrame. ........ ¡Error! Marcador no definido. Figura 8 Forma adecuada de usar la bureta ....................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 9. Montaje de titulación ......................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 10 Montaje de destilación sencilla ..................................................................................... 18 Figura 11 Montaje de separación por evaporación ....................................................................... 20 Figura 12. Montaje de Filtración................................................................................................... 21 Figura 13 Montaje de cuba hidroneumática para obtener gas carbónico ..................................... 30 Figura 14 Montaje para evaporar la solución salina (Diseñado por Dolffi Rodríguez) .................... 41 Figura 15 Montaje sistema de calentamiento (Diseño: Msc Dolffi Rodríguez, 2012) ..................... 44 Figura 16. Montaje de titulación (Adaptado por Dolffi Rodríguez) ................................................ 54

6

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

7

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

5. CARACTERÍSTICAS GENERALES Se presenta a la comunidad académica, en especial a los estudiantes de química de la UNAD, el protocolo de laboratorio del curso estructura de la materia, elaborado bajo los principios metodológicos de la educación superior a distancia. El curso es teórico-práctico corresponde a tres créditos académicos, y se inscribe en el campo de formación disciplinar. Por lo tanto, el objetivo fundamental del componente práctico es desarrollar habilidades en la comprensión conceptual y procedimental de las principales leyes y teorías científicas que rigen el estudio de la química y por ende de los cambios, interacciones y dinámica molecular de la materia.

INTRODUCCIÓN

En el presente documento se presentan diez prácticas de laboratorio: Introducción al trabajo en el laboratorio, operaciones básicas en el laboratorio, Propiedades físicas: Densidad y viscosidad, número de Avogadro y el concepto de mol, Determinación de la composición porcentual de un compuesto, técnicas básicas de separación, gases, soluciones y propiedades coligativas, Alcalimetría y acidimetría y pH, y finalmente ley de la conservación de la masa. En estas prácticas se plantean una serie de objetivos, propósitos, metas y competencias que se pretenden alcanzar en el desarrollo de las mismas. Al finalizar cada práctica se obtendrá una serie de datos (valores, gráficas, etc) que deben plasmarse en un informe de laboratorio y analizarse contrastando lo hallado a nivel experimental con lo contemplado en la teoría. Por último, se recomienda revisar detalladamente la bibliografía expuesta al final del protocolo, con el fin de realizar consultas especializadas orientadas a profundizar los temas trabajados a nivel de laboratorio, de tal forma que el estudiante promueva la autogestión de su aprendizaje 8

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

autónomo independiente. El componente práctico del curso estructura de la materia, es relevante para el desarrollo de habilidades cognitivas y procedimentales, tales como: la búsqueda de información, el análisis, la síntesis, el trabajo colaborativo, la reflexión, individual, entre otras. El trabajo en el laboratorio ayuda a generar ambientes propicios para el logro de aprendizajes significativos. Por lo tanto, con las prácticas de laboratorio se pretende analizar las principales leyes y teorías científicas que hacen de la química una ciencia vanguardista que dinamiza y rige los principales procesos industriales y biológicos que se desarrollan en este planeta. JUSTIFICACIÓN

Es decir, el componente práctico del curso, pretende complementar los temas trabajados en la teoría a través del desarrollo de los pre-informes e informes de laboratorio. En el desarrollo de los informes de laboratorio se utilizaran herramientas como mapas conceptuales, mentefactos, diagramas de causa efecto, entre otros. Estos instrumentos fomentan en el estudiante la reflexión, el análisis y la creatividad, facilitan la organización lógica de los contenidos de aprendizaje, le permiten organizar su pensamiento, interpretar los conceptos teóricos. Por último, se hace indispensable para lograr el mayor éxito en las prácticas, que los estudiantes tengan conocimiento básico del manejo de material de laboratorio y la fundamentación teórica de los temas a trabajar en cada una de ellas.

9

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Propósitos 1. Permitir a través del desarrollo de las prácticas ampliar y profundizar en los conceptos teóricos trabajados en el curso. 2. Desarrollar competencias en análisis de gráficas e interpretación de resultados experimentales. 3. Promover los procesos de investigación a través de las prácticas de laboratorio desarrolladas. Objetivos 1. Desarrollar habilidades en el manejo de material de laboratorio a través del desarrollo de las diferentes prácticas. 2. Interpretar gráfica, analítica y significativamente los resultados obtenidos en las actividades experimentales. 3. Desarrollar habilidades y generar actitudes hacia los procesos de investigación. INTENCIONALIDADES FORMATIVAS

Metas 1. El estudiante interpretará las gráficas y resultados obtenidos en las actividades experimentales de forma analítica y significativamente. 2. El estudiante apropiará y aplicará el lenguaje técnico y científico propio de un laboratorio de química. 3. El estudiante presentará un informe de laboratorio de los resultados obtenidos en las diferentes prácticas utilizando los conceptos teóricos. Competencias 1. El estudiante desarrollar habilidades en el manejo de material de laboratorio a través del desarrollo de las diferentes prácticas. 2. El estudiante desarrolla la capacidad para Interpretar gráfica, analítica y significativamente los resultados obtenidos en las actividades 10

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

experimentales. 3. El estudiante interpreta resultados experimentales relacionándolos con la teoría. 4. El estudiante apropia y aplica el lenguaje técnico y científico propio de un laboratorio de química.

DENOMINACIÓN DE PRÁCTICAS

NÚMERO DE HORAS PORCENTAJE CURSO EVALUADO POR PROYECTO

SEGURIDAD INDUSTRIAL

Práctica 1: Introducción al trabajo en el laboratorio. Práctica 2: operaciones básicas en el laboratorio Práctica 3: Propiedades físicas: Densidad y viscosidad Práctica 4: número de Avogadro y el concepto de mol Práctica 5:Determinación de la composición porcentual de un compuesto Práctica 6: Técnicas básicas de separación Práctica 7: gases Práctica 8: soluciones y propiedades coligativas Práctica 9: Alcalimetría y acidimetría y pH Práctica 10: ley de la conservación de la masa. 16 30%

SI___

NO_X_

A continuación se enumera algunas recomendaciones generales de seguridad que se deben tener en cuenta para el trabajo en el laboratorio1: 1. La presencia del estudiante es obligatoria durante todo el tiempo asignado a la sesión de laboratorio. 2. Para el trabajo experimental el estudiante debe tener una blusa de laboratorio que le proteja los vestidos, gafas plásticas para protección de los ojos, un paño para la limpieza, detergente, churrusco, un pincel, jabón de tocador, toallas para cocina, un encendedor o una caja de cerillas. 3. Durante la sesión práctica no se deben realizar otras actividades que pueden ser peligrosas o distraer del trabajo como fumar, comer, escuchar radio, jugar o recibir visitas (si es urgente atender a alguien, salir del laboratorio). 4. No deben estar en el laboratorio personas ajenas a la experiencia, ni niños. 5. Mantener el sitio de trabajo ordenado, limpio y

1

GUERRERO R, Humberto y LOZANO RIGUEROS, Manuel. Seguridad en el laboratorio Químico. Bogotá D.C : UNAD, 2009.

11

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

completamente seco. 6. Los reactivos sólidos, los papeles y los restos de cerillas ya utilizados deben ser desechados en la caneca de la basura; nunca en el desagüe ni en el piso. 7. Los ácidos o solventes orgánicos sobrantes deben guardarse en botellones dispuestos especialmente para ese fin, marcados apropiadamente. 8. Confirmar antes de usar un reactivo, que es el requerido, evitando así equivocaciones peligrosas o mortales. 9. Utilizar la cantidad de reactivo necesaria. Si es sólido emplear una espátula limpia y seca. Si es líquido, verter aparte una pequeña cantidad en un vaso de precipitados limpio y seco y tomar el volumen requerido utilizando una pipeta limpia o medir directamente en probeta. 10. Si se requiere diluir un ácido concentrado en agua, verter el ácido sobre el agua con bastante agitación y enfriamiento (especialmente si es sulfúrico), evitando salpicaduras y sobrecalentamientos peligrosos. 11. Manejar los líquidos inflamables (alcohol, acetona, éter) lejos de las llamas y en sitios bien ventilados. 12. Revisar permanentemente el líquido de los baños de maría, para evitar su desecación que puede ser peligrosa. 13. Los tubos de ensayo deben calentarse por la parte superior del líquido, inclinados, con agitación suave, cuidando de no apuntar a ningún compañero; Así se evitarán proyecciones peligrosas provocadas por el sobrecalentamiento del líquido que ocasionan quemaduras. 14. Si una reacción desprende muchos gases, debe ser realizada en la vitrina. 15. Al utilizar un recipiente verificar que está vacío y completamente limpio. 16. No probar los reactivos con la boca; Todos son potencialmente tóxicos por lo que solo se permite hacerlo en casos muy especiales, siguiendo las directrices de la práctica correspondiente Para oler una sustancia (únicamente bajo la supervisión de alguien responsable), se debe dirigir una parte de sus vapores hacia la nariz con la mano y no hacerlo directamente del frasco. 17. Si salpica ácido, base o cualquier otra sustancia en las manos, lavarse con abundante agua y jabón. Si es 12

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

en los ojos (por no usar las gafas plásticas) colocarlos bajo el chorro del agua y avisar al profesor. 18. Evitar el pánico cuando ocurra cualquier anomalía. Mantener la puerta y las ventanas del laboratorio siempre abiertas. 19. Si se desconoce el manejo del equipo de laboratorio, pedir instrucciones y dejarlo completamente limpio y apagado después de su uso. 20. Una vez terminada la práctica, revisar que las llaves de agua y gas están bien cerradas y los aparatos eléctricos desconectados.

A parte de las recomendaciones generales de seguridad, se deben tener en cuenta las siguientes: Cuidados con la balanza y bureta2. Para el empleo de la balanza, se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones: • • • • • •

Verificar que esté conectada a la línea voltaje apropiada. Realizar las pesadas utilizando un vidrio de reloj, nunca papel o directamente en el plato metálico. No dejar caer los reactivos sobre el plato de la balanza, si ocurre limpiar inmediatamente utilizando el pincel. No agregar más sustancia cuando la balanza esté en la posición de máxima sensibilidad. Cuando se termine de pesar, la balanza debe quedar apagada y en ceros. Antes de anotar los valores presentados en la pantalla, asegurarse que las puertas laterales estén cerradas para evitar las corrientes de aire.

Bureta: •

•

2

Antes de llenarla con el titulante, Verificar que la llave gira sin problema ni escapes. De lo contrario, desmontarla y lubricarla con grasa controlando el libre giro y la ausencia de fugas (si son de teflón no requieren lubricante). Si no es posible desmontarla, o si después de lubricarla queda con escapes, informarle al encargado del laboratorio quien eventualmente la puede cambiar por otra. Verificar que el líquido fluya sin dejar gotas. Si esto ocurre, lavarla muy bien con agua, jabón, nuevamente agua y luego agua destilada, purgándola finalmente con un poco del reactivo con

Ibid., pág. 10.

13

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

•

el que se vaya a efectuar la determinación analítica. Al montarla en el soporte universal, asegurarla firmemente con la pinza y sin romperla.

Material de vidrio Se debe tener precaución con los bordes y puntas cortantes de los tubos u objetos de vidrio.

14

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PRÁCTICA 6. TÉCNICAS BÁSICAS DE SEPARACIÓN

Tipo de practica

Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

Presencial Otra ¿Cuál

x

Autodirigida

Remota

10% 2 Técnicas básicas de separación de mezclas solidas y líquidas (Evaporación, filtración y destilación) Propósitos: 1. Lograr que los estudiantes sean competentes en las técnicas básicas para separar mezclas de compuestos. 2. Desarrollar competencias en el manejo de datos e interpretación de resultados experimentales. Objetivos: 1. Determinar la composición de una mezcla utilizando procesos de separación. 2. Separar mezclas de compuestos utilizando la técnica de evaporación y destilación sencilla.

Intencionalidades formativas

3. Interpretar gráfica, analítica y significativamente los resultados obtenidos en la actividad experimental. Meta: 1. Diferenciar las características de algunas técnicas utilizadas para separar mezclas en el laboratorio. 2. Determinar las cantidades de los componentes de una mezcla al final del proceso de separación.

15

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Competencias: El estudiante desarrollará competencias en: 1. Manejo de equipo de equipo y técnicas para la separación de mezclas Habilidades para la interpretación de resultados 2. Capacidad para relacionar la teoría con la práctica. 3. Apropiación y aplicación del lenguaje técnico y científico propio de un laboratorio de química.

Fundamento Teórico A continuación se enumeran las características de las principales técnicas de separación de mezclas3. Filtración El procedimiento de filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido. Decantación: El procedimiento de decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo dos líquidos que no se mezclan, sólido y líquido) siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. La separación se efectúa vertiendo la fase superior menos densa (por arriba), o la inferior más densa (embudo de decantación). Evaporación: El procedimiento de evaporación consiste en separar los componentes más volátiles exponiendo una gran superficie de la mezcla. El aplicar calor y una corriente de aire seco acelera el proceso. Cristalización: Para efectuar la cristalización de un sólido hay que partir de una disolución sobresaturada. Existen varias formas de sobresaturar una disolución, una de ellas es el enfriamiento de la solución, otra consiste en eliminar parte del disolvente (por ejemplo con la evaporación) a fin de aumentar la concentración del soluto, otra forma consiste en añadir un tercer componente que tenga una mayor solubilidad que el componente que se desea cristalizar. La rapidez del Enfriamiento definirá el tamaño de los cristales resultantes. Un enfriamiento rápido producirá cristales pequeños, mientras que un enfriamiento lento 3

http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/prof/bloque_ii/metodos_separacion. pdf

16

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

producirá cristales grandes. Para acelerar la cristalización puede hacerse una “siembra” raspando las paredes del recipiente. Sublimación: La sublimación aprovecha la propiedad de algunos compuestos de cambiar del estado sólido al estado vapor sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo, el I2 y el CO2 (hielo seco) poseen esta propiedad a presión atmosférica.

Extracción: Cuando los solutos se distribuyen libremente entre dos solventes inmiscibles se establece una diferencia entre las relaciones de concentración en el equilibrio. La Distribución de un soluto entre dos solventes inmiscibles está gobernada por la “Ley de Distribución”. El proceso se basa en que uno de los solutos es más soluble es uno de los disolventes mientras que el otro u otros lo serán en el segundo disolvente.

Cromatografía La palabra cromatografía significa “Escribir en Colores” ya que cuando fue desarrollada los componentes separados eran colorantes. Los componentes de una mezcla pueden presentar una diferente tendencia a permanecer en cualquiera de las fases involucradas. Mientras más veces los componentes viajen de una fase a la otra (partición) se obtendrá una mejor separación. Las técnicas cromatográficas se basan en la aplicación de la mezcla en un punto (punto de inyección o aplicación) seguido de la influencia de la fase móvil. Clasificación de la cromatografía: • Cromatografía en columna. En este caso se utilizan columnas de vidrio rellenas de Alúmina (Al2O3), Sílica u Oxido de Magnesio. • Cromatografía en capa fina. En este caso se utiliza una placa de vidrio recubierta con fase estacionaria (generalmente del tipo descrito en la cromatografía en columna con algunas variantes) manteniendo un pequeño espesor constante a lo largo de la placa. Esta se coloca en una cuba cromatográfica, la cual debe encontrarse saturada con el eluente (fase móvil líquida). El eluente ascenderá por la placa y arrastrará los componentes a lo largo de ésta produciendo “manchas” de los componentes. Si los componentes no son coloreados se requerirán técnicas de revelado (adición de ninhidrina a aminas, ácido sulfúrico para carbonizar compuestos orgánicos, etc) o visores ultravioleta. • Cromatografía en papel. El proceso es básicamente el mismo, solo que se usan tiras de papel cromatográfico en la cuba cromatográfica. • Cromatografía de líquidos de alta eficiencia (HPLC). Es parecida a la cromatografía en columna, sólo que se aplica el flujo a presión. • Cromatografía de gases. Es aquella en la que la fase móvil es un gas (llamado gas portador o acarreador) y la fase estacionaria puede ser un sólido (cromatografía gas-sólido) o una película de líquido de alto punto de ebullición (generalmente polietilén-glicol) recubriendo un sólido inerte (cromatografía gas-líquido). Los compuestos que se pueden separar por cromatografía de gases deben ser volátiles y térmicamente estables. • La destilación constituye el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos. Se utiliza siempre en la separación de un líquido de sus impurezas no 17

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

volátiles y, cuando ello es posible, en la separación de dos o más líquidos. Destilación: La destilación constituye el método más frecuente e importante para la purificación de líquidos. Se utiliza siempre en la separación de un líquido de sus impurezas no volátiles y, cuando ello es posible, en la separación de dos o más líquidos. Cuando un líquido puro se introduce en un recipiente cerrado y vacío parte del mismo se evapora hasta que el vapor alcanza una determinada presión, que depende solamente de la temperatura. Esta presión, que es la ejercida por el vapor en equilibrio con el líquido, es la tensión de vapor del líquido a esa temperatura. Cuando la temperatura aumenta, la tensión de vapor también aumenta regularmente hasta que llega un momento en que la tensión de vapor alcanza el valor de 760 mm, entonces, si el líquido está en contacto en el exterior, comienza a hervir. La temperatura a la que esto ocurre recibe el nombre de punto de ebullición normal del líquido en cuestión, y es una constante característica para cada líquido. Mezclas de líquidos Cuando se calienta una solución o una mezcla de dos o más líquidos, el punto de ebullición normal es entonces la temperatura a la cual la tensión de vapor total de la mezcla es igual a la presión atmosférica (760 mm). La tensión de vapor total de una mezcla es igual a la suma de las presiones de vapor parciales de cada componente. En las soluciones ideales, las únicas que vamos a considerar, se cumple la ley de Raoult, que se expresa en los siguientes términos: "La presión parcial de un componente en una disolución a una temperatura dada es igual a la tensión de vapor de la sustancia pura multiplicado por su fracción molar en la solución".

PT = Px + Py =Pxo Nx + Pyo Ny De la ley de Raoult se puede deducir las siguientes conclusiones: 1. El punto de ebullición de una mezcla depende de los puntos de ebullición de sus componentes y de sus proporciones relativas 2. En una mezcla cualquiera de dos líquidos, el punto de ebullición está comprendido entre los puntos de ebullición de los componentes puros 3. El vapor producido será siempre más rico en el componente de punto de ebullición más bajo. Siempre que se tenga una mezcla de dos o más componentes que se diferencien suficientemente en sus puntos de ebullición, se podrá separar en sus componentes por destilación. Se pueden distinguir tres tipos principales de destilación: destilación sencilla, destilación fraccionada y destilación a vacío. Destilación sencilla Para la destilación sencilla se utiliza el aparato representado en la Figura 12 montado sobre dos soportes. Consta de un matraz de destilación, provisto de un termómetro. El matraz descansa sobre una placa calefactora. El matraz de destilación va unido a un refrigerante 18

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

con camisa de refrigeración por la que circula agua en contracorriente. Finalmente el extremo inferior del refrigerante se une a una alargadera que conduce el destilado al matraz colector.

Figura 1 Montaje de destilación sencilla

El líquido que se quiere destilar se pone en el matraz (que no debe llenarse mucho más de la mitad de su capacidad) y se calienta con la placa calefactora. Cuando se alcanza la temperatura de ebullición del líquido comienza la producción apreciable de vapor, condensándose parte del mismo en el termómetro y en las paredes del matraz. La mayor parte del vapor pasa a través de la tubuladura lateral de la cabeza de destilación al refrigerante donde se condensa debido a la corriente de agua fría que asciende por la camisa de este. El destilado (vapor condensado) escurre al matraz colector a través de la alargadera. Durante la destilación el extremo superior del bulbo termométrico debe quedar justamente a la altura de la horizontal que pasa por la parte inferior de la tubuladura lateral de la cabeza de destilación (figura 12), de tal forma que todo el bulbo sea bañado por el vapor que asciende. La destilación debe hacerse con lentitud pero sin interrupciones, manteniendo para ello la calefacción adecuada. Casi todos los líquidos tienden a sobrecalentarse (alcanzar una temperatura algo superior al punto de ebullición). Se encuentran entonces en un estado metaestable que se interrumpe periódicamente al formarse súbitamente una gran burbuja de vapor en el seno del líquido. Se dice entonces que este hierve a saltos. Para evitar esto, antes de iniciar la destilación se añaden al líquido uno o dos trocitos de porcelana porosa, cuyos pequeños poros constituyen un lugar adecuado para la formación de núcleos de burbujas, hirviendo así el líquido normalmente al alcanzarse la temperatura de ebullición. Si el líquido se abandona cierto tiempo a una temperatura inferior a su punto de ebullición, entonces los poros de la porcelana se llenan de líquido y ésta pierde su efectividad. Para la adición de un nuevo trocito, el líquido debe enfriarse por debajo de su punto de ebullición; la adición de un 19

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

trocito de material poroso a un líquido sobrecalentado provoca una ebullición repentina que puede ser violenta (peligro de incendio y quemaduras). La existencia de una capa de sólido en el fondo del matraz de destilación puede ser causa de violentos saltos durante la destilación, especialmente si se utiliza una calefacción local fuerte en el fondo del matraz. La calefacción de un matraz que lleva cierta cantidad de sólido depositado en el fondo se debe realizar siempre mediante un baño líquido. Mediante la destilación sencilla que se acaba de describir se pueden separar mezclas de dos componentes que hiervan con una diferencia de puntos de ebullición de al menos 60-80°C. Mezclas de sustancias cuyos puntos de ebullición difieren de 30-60°C se pueden separar por destilaciones sencillas repetidas, recogiendo durante la primera destilación fracciones enriquecidas en uno de los componentes, las cuales se vuelven a destilar. Tales mezclas se separan mucho mejor por destilación fraccionada. Descripción de la practica Los estudiantes organizados en grupo de 3 o 4 integrantes realizarán los montajes para separar mezclas de sólidos y líquidos utilizando técnicas de separación como son la evaporación, filtración y destilación sencilla. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) Materiales • Soporte universal. • Tripode • Mechero Bunsen. • Vaso de precipitado • Refrigerante • Balón de fondo redondo • Abrazaderas • Embudo de vidrio • Erlenmeyer • Balanza analítica. • Papel filtro Reactivos • Cloruro de sodio • Cloruro de amonio • Óxido de silicio • Acetona • Agua destilada Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica No requiere software para la realización de la práctica Seguridad Industrial Se referencian aspectos de seguridad en el laboratorio al inicio de la guía práctica del curso académico 20

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. El estudiante deberá realizar una revisión de temáticas abordadas en el fundamento teórico de la guía. Es importante, tener claridad en el manejo de unidades de masa y volumen Forma de trabajo: Se organizarán grupos de trabajo (subgrupos) para el desarrollo del componente práctico, para lo cual tendrán acceso a los materiales y reactivos para que los estudiantes puedan desarrollar el trabajo práctico. Antes de iniciar la práctica, es importante que el tutor acompañante revise conceptos básicos requeridos para el abordaje de la misma y que los estudiantes realicen el preinforme que debe contener el diagrama de flujo sobre el procedimiento a seguir en el laboratorio. Parte I: Procedimiento experimental4 1. En un vaso de precipitados de 50 mL medir aproximadamente 0.5 g de la mezcla (cloruro de sodio, cloruro de amonio y óxido de Silicio). 2. Calentar la mezcla con el mechero Bunsen como se muestra en la figura 13 (colocar un poco de hielo sobre el vidrio de reloj).

Figura 2 Montaje de separación por evaporación

NOTA: El vaso de precipitados contiene una mezcla sólida, de la cual una parte sublima. Los cristales de la sustancia que sublima se colectarán en la parte inferior del vidrio de reloj. 3. Una vez sublimado el cloruro de amonio, medir su masa y registrar el dato en la tabla 1. 4. Agregar 50 mL de agua destilada al sólido que quedo en el vaso y filtrar como se observa en la figura 14.

4

http://www2.uah.es/quimica_organica/docencia/practicas/practicas_quimica_organica_farmacia.pdf

21

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Varilla de vidrio Recipiente con agua, sal y óxido de silicio

Embudo

Vaso de precipitado

Filtrado

Figura 3. Montaje de Filtración

5. Secar el óxido de silicio y registrar su masa en la tabla 1. 6. Evaporar a sequedad el agua y obtener la masa del cloruro de sodio y registrarla en la tabla 1. (Poco antes de llegar a sequedad, tapar el vaso con un vidrio de reloj ya que al eliminarse el agua puede haber proyecciones del sólido). 7. Repetir el experimento dos veces más. 8. Determinar la composición porcentual de la mezcla. Tabla 1 Exp. 1

Exp. 2

Exp. 3

Prom.

Masa de la muestra Masa del cloruro de amonio Masa del óxido de silicio Masa del cloruro de sodio Cuestionario: 1. ¿Qué porcentaje de la muestra corresponde a cada componente? Para contestar esta pregunta se necesita una expresión como la siguiente:

2. Comenta los resultados. En otras palabras, si los tres componente suman menos del 100%, ¿dónde hubo pérdidas? En caso de que sumen más del 100 %, ¿cuál pudo haber sido el problema? 3. Investigar las propiedades físicas del cloruro de sodio, el cloruro de amonio y el óxido de silicio. 4. ¿Qué propiedad física permite separar al cloruro de amonio? ¿En qué consiste esta propiedad? 22

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

5. ¿Qué propiedad física permite separar al óxido de silicio y al cloruro de sodio? 6. ¿Es posible diseñar un procedimiento alternativo para separar esta mezcla utilizando el mismo material? Parte II

Separación de una mezcla acetona-agua en sus dos componentes A.- Fraccionamiento por repetición de destilaciones sencillas. 1. Montar el aparato de destilación sencilla según se indica en la figura 12, utilizando un matraz de fondo redondo de 100 mL. Ponga un poco de grasa en todas las juntas esmeriladas. 2. Ponga en el matraz 30 mL de acetona, 30 mL de agua y dos o tres trocitos de plato poroso. Haga circular una corriente suave de agua del grifo por el refrigerante, uniendo la entrada de este al grifo mediante una goma. El agua que sale del refrigerante por su parte superior se conducirá a un desagüe mediante otra goma. Etiquete y numere tres matraces erlenmeyer pequeños para recoger las fracciones siguientes: I 56-65 °C, II 65-95 °C, III Residuo del matraz de destilación 3. Caliente el matraz de forma que el destilado se recoja de una manera continua a una velocidad aproximada de una gota por segundo. Cambie los matraces colectores con rapidez a los intervalos de temperatura indicados. Cuando la temperatura alcance 95 °C interrumpa la destilación y enfríe el matraz de destilación dejando que gotee en él, el condensado del cuello. 4. Mida con una probeta graduada los volúmenes de destilado obtenido en cada fracción así como el del residuo del matraz. Anote los volúmenes obtenidos. La fracción I está formada principalmente por acetona y el residuo por agua. La fracción II es una mezcla de acetona y agua. 5. Deje que el matraz de destilación vacío se enfríe y ponga en él el contenido del matraz II y vuelva a montar el aparato de destilación. Añada dos o tres trocitos porosos nuevos y destile de nuevo, añadiendo la fracción que destile entre 56-65 °C al recipiente I y recogiendo de nuevo en el matraz II la que destile a 65-95 °C. 6. Una vez que el matraz de destilación se haya enfriado algo, vierta el residuo que quede en él en el matraz III. Mida de nuevo y anote el volumen total de cada fracción. Apunte todos sus datos en el informe. 23

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

CUESTIONARIO:

1. ¿Qué finalidad tiene la adición de trozos de plato poroso en la mezcla a destilar?. 2. Cualitativamente, ¿qué influencia ejercerán cada una de las siguientes impurezas en el punto de ebullición de la acetona? : a) alcohol etílico (78,8 °C), b) éter etílico (35 °C), c) azúcar. 3. Cítense dos razones que justifiquen que el agua fría circule en un refrigerante en sentido ascendente. 4. ¿Se podría separar por destilación sencilla una mezcla de dos líquidos de puntos de ebullición 77 °C y 111 °C? ¿Y por destilación sencilla? ¿Qué líquido se recogería en primer lugar? Sistema de Evaluación Se evaluarán aspectos como: Desempeño durante la práctica. Preinforme (antes de comenzar la práctica): los conceptos teóricos y procedimiento de las prácticas a desarrollar, diagrama de flujo del procedimiento. Revisar anexo 1 Informe. Revisar (según rúbrica) Se deja a discreción del tutor hacer una evaluación escrita sobre la temática de la práctica.

Rúbrica de Evaluación ÍTEM EVALUADO

VALORACIÓN BAJA

VALORACIÓN MEDIA

VALORACIÓN ALTA

MÁXIMO PUNTAJE

Objetivos

No presenta objetivos (0)

Los objetivos que presenta están incompletos (0,5)

Presenta todos los objetivos (1)

1

Fundamento teórico

El informe no presenta fundamento teórico (0)

El fundamento teórico está incompleto (1)

Procedimiento

No presenta el procedimiento (0)

Se presentan algunas partes del procedimiento (1)

Datos experimentales

No presentan datos experimentales o los datos que presentan son incorrectos (0)

Presentan algunos datos experimentales (1)

El fundamento teórico está completo, presenta todos los conceptos necesarios para el desarrollo del informe (2) El procedimiento que presentan está completo (2) Presentan en forma adecuada todos los datos experimentales (2)

2

2

2

24

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Cálculos

En el informe no se presentan cálculos (0)

Resultados

No presentan resultados (0)

Gráficas

No presentan las gráficas solicitadas (0)

Análisis de resultados

No presentan análisis de resultados o es equivocado el análisis (0)

Aplicaciones en la profesión

Conclusiones

Referencias bibliográficas

Redacción y ortografía

Total

No presentan aplicaciones a la profesión (0) No presentan conclusiones o son incorrectas. (0)

Presentan algunos ejemplos de cálculos pero corresponde solo a una parte de la práctica (1) Presentan algunos resultados (1) Presentan algunas gráficas o las gráficas presentadas son incorrectas (1) El análisis de los resultados está incompleto, analizan algunos resultados (1.5)

Presentan algunas conclusiones (1.5)

El informe no presenta referencias bibliográficas (0)

Presentan una referencias bibliográficas (1)

El informe está mal redactado, no es claro y presenta errores de ortografía (más de 6) (0)

El documento está bien redactado pero presenta algunos errores ortográficos (menos de 6) o el documento no presenta errores ortográficos pero tiene falencias en la redacción (no es claro). (1)

Presentan los cálculos correspondientes a la todas las partes del informe (2)

2

Presentan adecuadamente los resultados (2) Presentan la totalidad de las gráficas y están correctas. (2)

2

2

El análisis de resultado es correcto y completo. (3)

3

Presentan aplicaciones en la profesión. (2) Presentan todas las conclusiones de forma correcta (3) Presentan todas las referencias bibliográficas (más de dos) (2)

2

3

2

El informe está bien redactado y no tiene errores ortográficos. (2)

2

25

25

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PRACTICA 7. DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES

Tipo de practica Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

Presencial

x Autodirigida

Remota

10% 2 • Constante universal de los gases • Ecuación de los gases ideales Propósitos 1. Desarrollar competencias en el manejo de material de laboratorio. 2. Desarrollar competencias en análisis de gráficas e interpretación de resultados experimentales. 3. Promover los procesos de investigación a través de las prácticas de laboratorio desarrolladas. 4. Identificar las caracteristicas y propiedades de los gases. Objetivos

Intencionalidades formativas

1. Recolectar gas carbónico a partir de la reacción entre el ácido clorhídrico y el carbonato de calcio 2. Establecer la relación entre el número de moles(n) y el volumen de CO2 (V) producido en condiciones de P y T constantes 3. Determinar por método gráfico y estadístico la constante R de los gases, a partir de la pendiente de la recta de V contra n 4. Hallar el porcentaje de error del valor de la constante universal de los gases calculada en esta experiencia. Metas •

Recolectar diferentes volúmenes de gas y medir la 26

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

temperatura del gas. •

Determinar el valor de la constante ( R ) de los gases mediante método gráfico.

Competencias 1. Identificar mediante procedimientos experimentales las

propiedades de los gases. 2. Analizar los datos contemplados en una gráfica relacionándolos con los fundamentos teóricos de las leyes de los gases para predecir su comportamiento.

Fundamentación Teórica Relación del volumen con el Número de moles Teniendo presente que 1mol de oxígeno pesa 32 g, contiene 6,02x1023 moléculas y ocupa un volumen de 22,414L en condiciones normales, luego 2 moles de oxígeno pesarán 64g, poseerán 12,04x1023 moléculas y ocuparán un volumen de 44,828 L en condiciones normales. De lo anterior se puede deducir que el volumen de un gas varía directamente proporcional al número de moles del mismo, es decir, V α n ó también:

Por lo tanto, su relación gráfica será una línea recta, como lo muestra en la gráfica 6 Ecuación de estado para un Gas Ideal

27

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La ley combinada nos indica que: VαT/P y además, partiendo del principio de Avogadro se obtuvo: V α n , Combinando estas proporcionalidades, se halla que:

Gráfica 2. Relación entre V y n con P y T constantes ó también:

, Despejando K, s e obtiene:

Ahora, si se analiza el valor de K en condiciones normales o estándar para n= 1 mol de gas, se obtiene lo siguiente:

R se denomina la constante universal de los gases, esto significa que:

Esta es la famosa ecuación de estado de los gases ideales, una de las más importantes en química, ya que establece la relación directa entre presión, volumen, número de moles y la temperatura de un gas y permite el cálculo de cualquiera de las 4 variables (P, V n, T ), conociendo el valor de tres de ellas.

De la ecuación de estado, se puede demostrar que :

Por lo tanto, al obtener la gráfica de V contra n y linealizarla por el método estadístico de los mínimos cuadrados, se hallará la pendiente (m) , la cual equivaldrá a la expresión

; de

ésta relación se puede despejar el valor de la constante R, así: 28

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Como: m=

entonces R=

, luego al reemplazar los valores de la pendiente de la recta,

lo mismo que presión y temperatura del gas y ajustando las respectivas unidades, se hallará

R El error relativo porcentual, se calcula así:

%Error =

Valores de R La constante universal de los gases puede expresarse en un conjunto de unidades, dependiendo de las que se le asignen a la presión y el volumen. Además, R puede relacionarse con unidades de trabajo y energía. Estos valores se resumen en la siguiente tabla: Tabla 1 Valores de la constante universal de los gases expresada en diferentes unidades VALORES DE R

UNIDADES

0,082

Litros-atm sobre mol x grado kelvin

8,31

julios sobre mol x grado Kelvin

1,98

Calorías sobre mol x grado Kelvin

8,31 x 107

Ergios sobre mol x grado Kelvin

10,73

PSia= pie cúbico sobre lb mol x grado Rankine

En esta experiencia, se estudiará la relación entre volumen y número de moles de CO2 , generado a partir de la reacción química entre el HCl y el CaCO3 (también se puede utilizar NaHCO3). La ecuación es la siguiente:

2HCl(aq) + CaCO3(s)

CO2(g) + H2O(l) + CaCl2(aq) 29

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Para lograr el objetivo propuesto, se harán reaccionar cantidades diferentes de CaCO3 en un volumen fijo de HCl 2N, luego se recolectará el gas en una cuba hidroneumática, donde se medirá el volumen de desplazamiento y la temperatura. Descripción de la práctica Se pesan diferentes cantidades de carbonato de calcio cada una se hace reaccionar con ácido clorhídrico y en el proceso se genera gas, el cual es recolectado en una probeta. Se mide el volumen de gas recolectado y se calculan los moles de gas producidos en la reacción, para posteriormente construir una gráfica de volumen contra número de moles de gas producido en el proceso. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

MATERIALES Balón de fondo plano con desprendimiento lateral, Tapones de caucho horadados, manguera con acople de vidrio, espátula metálica, probeta graduada de 500mL, beaker grande de 1 L, termómetro, balanza analítica. REACTIVOS • Carbonato de calcio ó bicarbonato de sodio • Ácido clorhídrico 2N • Agua destilada Software a utilizar en la practica No se requiere Seguridad Industrial Seguir las recomendaciones mencionadas en el apartado características generales-seguridad industrial (p. 7). Se recomienda tener precaución con la manipulación del ácido clorhídrico debido a que puede presentar inconvenientes para la salud tales como: •

La Inhalación a corto plazo produce quemaduras, tos, edema pulmonar y no se conocen efectos a la exposición prolongada. • Al contacto con la piel a corto plazo produce quemaduras, ulceración y la exposición prolongada produce dermatitis. • El contacto con los ojos a exposición a corto plazo produce quemaduras, daño a la vista, ceguera y la exposición prolongada genera daño a la vista, ceguera. • Por Ingestión a corto plazo se producen quemaduras y la exposición prolongada no es probable. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica: El estudiante debe tener conocimiento del manejo del material básico del laboratorio como balanza, bureta, pipetas, entre otros. Conocimiento de las normas de seguridad que se deben tener en el laboratorio. 30

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Debe conocer el procedimiento a realizarse en la práctica y tener claridad en las propiedades de los gases.

Forma de trabajo: Los estudiantes se organizarán en grupo máximo de cuatro personas o como disponga el tutor que dirige la práctica. Una vez los estudiantes estén organizados por grupos de trabajo, se hará una breve explicación por parte del encargado del laboratorio o del tutor que dirige la práctica sobre las recomendaciones de seguridad y manejo de equipos, material en general y reactivos. Posteriormente se hará una breve explicación del procedimiento de la practica por parte del tutor y se aclararan dudas de los estudiantes, luego se proseguirá a realizar la práctica de acuerdo con la guía del laboratorio y teniendo en cuenta las orientaciones dadas por el tutor.

Procedimiento: • Alistar el montaje que se muestra a continuación:

Figura 4 Montaje de cuba hidroneumática para obtener gas carbónico

• Llenar completamente la probeta con agua destilada e invertirla sobre el beaker que también contiene agua hasta más o menos ¾ partes de su volumen (se puede utilizar también una cubeta de plástico). Es importante que no queden burbujas en el agua de la probeta y que ésta permanezca llena hasta el fondo de la misma. •

Pesar cuidadosamente, sí es posible en balanza analítica , 0,1 g; 0,2 g; 0,4 g; 0,8 g y 31

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1,2 g de CaCO3 • Adicionar 200 mL de HCl 2N en el balón de fondo plano, luego agregar 0,1 g de CaCO3 (w1), tapar, conectar inmediatamente la manguera y recolectar el CO2 mediante el desplazamiento del agua en la probeta. Cuando la reacción cese, entonces medir el volumen (V1) de gas producido. • Tomar la probeta, tapar la boca con la mano, introducir cuidadosamente el termómetro y medir la temperatura (T1) del gas, registrar en la tabla de datos. • Desocupar el balón , lavarlo ,secarlo y adicionarle otros 200 mL de HCl 2N • Agregar al balón nuevamente 0,2 g de CaCO3 (w2), realizar el mismo montaje que se explicó anteriormente y medir volumen (V2) de CO2 y la temperatura (T2) de éste en la probeta. • Repetir el procedimiento con las demás cantidades de CaCO3 y medir laos respectivos volúmenes y temperaturas del CO2 obtenido, registrar estos valores en la tabla de datos. TABLA DE DATOS: Tabla 2 Volúmenes y temperaturas de CO2 obtenidos en las 5 experiencias

Experimento

W CaCO3 (g)

V CO2 (mL)

T (°C)

1

0,1

V1

T1

2

0,2

V2

T2

3

0,4

V3

T3

4

0,8

V4

T4

5

1,2

V5

T5

CÁLCULOS • A partir de los gramos de CaCO3 adicionados y teniendo en cuenta la estequiometria de la reacción, Calcular las moles de CO2 producidas en cada experiencia. • Consultar la presión atmosférica de la región, lo mismo que la presión de vapor del 32

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

agua a la temperatura trabajada y encontrar la presión del gas carbónico. Es decir:

PCO2 =Patmosférica – PVapor de H2O • Con base en las temperaturas medidas en cada experimento, sacar un promedio

(Tprom)

• Completar la siguiente tabla:

Experimento

n CO2 (moles)

VCO2 (mL)

Tprom (K)

P CO2 (atm)

1 2 3 4 5

•

Graficar volumen contra número de moles de CO2, linealizarla por el método estadístico de los mínimos cuadrados, encontrar la pendiente(m) y el coeficiente de correlación (r2)

•

Teniendo en cuenta la pendiente de la recta, lo mismo que temperatura promedio y presión del gas carbónico , calcular la constante universal de los gases (R)

•

Hallar el porcentaje de error, del valor obtenido experimentalmente para R

GRÁFICAS Mostrar las respectivas gráficas de V contra n DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Analice, discuta y confronte los resultados obtenidos, con su revisión de literatura.

CONCLUSIONES Plantear por lo menos 4 conclusiones finales relacionadas con lo discutido en los resultados de la práctica. CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles son los principales factores de error en este experimento?

33

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2. Calcular el rendimiento ó eficiencia de la reacción química en cada experimento ,promediar los valores y analizar el resultado 3. ¿Cuál será la relación entre volumen y número de moles para un gas real ó no ideal? 4. ¿Cuáles son las principales ecuaciones de estado de los gase reales ó no ideales? Sistema de Evaluación El tutor asignado al componente práctico evaluará el laboratorio de acuerdo a los aspectos de la rúbrica de evaluación. La calificación de la práctica se dará en una escala de 0.0 a 25 puntos. Informe o productos a entregar PRE INFORME: Este se debe realizar antes de cada práctica. A continuación se presentan algunas recomendaciones para la presentación del pre-informe: Debe contener las siguientes partes: Título, objetivos, fundamento teórico que contribuya a la explicación de los resultados, el cual debe ser concreto, donde se establezca los criterios para la discusión de los resultados y para la comparación con los resultados obtenidos en otras investigaciones. En el fundamento teórico debe contener las reacciones químicas que ocurren durante el procedimiento, por lo tanto es importante tener en cuenta los cambios químicos que ocurren para plantear la respectiva ecuación química en cada uno de los pasos del proceso. El pre-informe también debe contener el procedimiento en forma de diagrama de flujo y un listado de todos los materiales y equipos que se utilizarán en la práctica. INFORME DE LABORATORIO Este se debe entregar posterior a la realización de la práctica. El informe se debe entregar en Word y debe tener una portada con las siguientes características: TITULO DE LA PRÁCTICA (en mayúscula y centrado), INTEGRANTES DEL GRUPO (Nombres, apellidos código y correos electrónicos), ENTREGADO A (Nombre completo del tutor a quien va dirigido), DIRECTOR DE CURSO (Nombre completo del director de curso y correo electrónico) También debe contener los apartes del preinforme (titulo, objetivos, fundamento teórico, procedimiento y materiales) y además los siguientes: Datos experimentales: Se deben presentar en orden de acuerdo al desarrollado, se recomienda presentar los resultados en tablas.

procedimiento

Cálculos: En esta sección se solicita ejemplificar el procedimiento utilizando datos propios datos. Es conveniente efectuar el análisis dimensional con cada una de las fórmulas que se utilizan para el tratamiento de los datos a fin de que el resultado obtenido esté expresado con las magnitudes requeridas (porcentaje, masa, volumen, concentración expresada en 34

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

normalidad, molaridad, molalidad, partes por millón, etc.) Resultados: Son el recuento completo y detallado de los hechos obtenidos (valores y observaciones) en el proceso de investigación, los cuales van a conformar la base para la posterior interpretación, análisis y derivación de conclusiones y recomendaciones. Su presentación debe ser sencilla y fácil de comprender por el lector, usando tablas, figuras, gráficas o postulados. Los resultados numéricos deben reportarse dentro de los límites de exactitud permitidos por la técnica utilizada y con el número de cifras significativas definido por esos límites. Análisis de resultados. Esta sección es la más importante del reporte del trabajo experimental ya que el autor realiza un examen crítico de sus resultados, verificando el cumplimiento de los objetivos planteados y su correlación con los principios teóricos utilizados e interpreta su significado y alcance. Aplicaciones en la profesión. En esta parte, se consignan las opiniones del estudiante acerca de la utilidad de la práctica realizada en el desarrollo de su profesión. Conclusiones. Aquí se reúne el aporte del trabajo de investigación al conocimiento y se dan criterios para tomar una decisión frente a un problema por resolver. Se enumeran y puntualizan las conclusiones que se fueron insinuando en el punto anterior puesto que al hacer la interpretación y análisis de los resultados obtenidos se tiene una idea sobre lo bueno o lo malo que resultó el trabajo realizado. Bibliografía Citar las fuentes documentales según las normas ICONTEC que se utilizaron para la elaboración del informe, se debe incluir las citadas en el documento. Rúbrica de evaluación ÍTEM EVALUADO

VALORACIÓN BAJA

VALORACIÓN MEDIA

VALORACIÓN ALTA

Objetivos

No presenta objetivos (0)

Los objetivos que presenta están incompletos (0,5)

Fundamento teórico

El informe no presenta fundamento teórico (0)

El fundamento teórico está incompleto (1)

Procedimiento

No presenta el procedimiento (0)

Se presentan algunas partes del procedimiento (1)

Datos experimentales

No presentan datos experimentales o los datos que presentan son

Presentan algunos datos experimentales (1)

Presenta todos los objetivos (1) El fundamento teórico está completo, presenta todos los conceptos necesarios para el desarrollo del informe (2) El procedimiento que presentan está completo (2) Presentan en forma adecuada todos los datos experimentales (2)

MÁXIMO PUNTAJE 1

2

2

2

35

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA incorrectos (0) Presentan algunos ejemplos de cálculos pero corresponde solo a una parte de la práctica (1)

Cálculos

En el informe no se presentan cálculos (0)

Resultados

No presentan resultados (0)

Presentan algunos resultados (1)

Gráficas

No presentan las gráficas solicitadas (0)

Presentan algunas gráficas o las gráficas presentadas son incorrectas (1)

Análisis de resultados

Aplicaciones en la profesión

Conclusiones

Referencias bibliográficas

Redacción y ortografía

Total

No presentan análisis de resultados o es equivocado el análisis (0) No presentan aplicaciones a la profesión (0) No presentan conclusiones o son incorrectas. (0) El informe no presenta referencias bibliográficas (0) El informe está mal redactado, no es claro y presenta errores de ortografía (más de 6) (0)

El análisis de los resultados está incompleto, analizan algunos resultados (1.5)

Presentan algunas conclusiones (1.5) Presentan una referencias bibliográficas (1) El documento está bien redactado pero presenta algunos errores ortográficos (menos de 6) o el documento no presenta errores ortográficos pero tiene falencias en la redacción (no es claro). (1)

Presentan los cálculos correspondientes a la todas las partes del informe (2) Presentan adecuadamente los resultados (2) Presentan la totalidad de las gráficas y están correctas. (2)

2

2

2

El análisis de resultado es correcto y completo. (3)

3

Presentan aplicaciones en la profesión. (2)

2

Presentan todas las conclusiones de forma correcta (3) Presentan todas las referencias bibliográficas (más de dos) (2)

El informe está bien redactado y no tiene errores ortográficos. (2)

3

2

2

25

Retroalimentación El tutor de laboratorio hará la retroalimentación a los 15 días de entregado el respectivo informe de la práctica.

36

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PRÁCTICA 8. SOLUCIONES Y PROPIEDADES COLIGATIVAS

Tipo de practica

Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

Presencial

x Autodirigida

Remota

10% 2 1. Unidades de concentración de soluciones 2. Propiedades coligativas de las soluciones Propósitos 1. A través del componente práctico lograr que los estudiantes sean competentes en el manejo de las unidades de concentración 2. Comprobar a través del proceso experimental que la adición de un soluto a un solvente disminuye su punto de congelación 3. Desarrollar competencias en análisis de gráficas e interpretación de resultados experimentales.

Intencionalidades formativas

Objetivos 1. Determinar las diferentes unidades de concentración física y químicas de una solución salina, por medio de una evaporación total de ésta en un vidrio de reloj previamente pesado. 2. Determinar la masa molar de un compuesto a partir del descenso del punto de solidificación. Metas Manejo de diferentes unidades de concentración para la preparación de soluciones Comprobar algunas propiedades coligativas de las 37

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

soluciones Competencias 1. Analizar los datos obtenidos y relacionarlos con las propiedades coligativas de las soluciones.

2. Explicar un proceso químico analizando los datos contendidos en una gráfica

Fundamentación Teórica 1. CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES: La concentración de una solución salina se puede determinar fácilmente en el laboratorio, mediante la evaporación hasta sequedad de una muestra de una solución salina en un vidrio de reloj, sobre la boca de un beaker que contiene agua en ebullición (figura 2); de esta forma conociendo el volumen de la solución evaporada (VSN), el peso del vidrio de reloj limpio y seco (W1); el peso del vidrio con la solución (W2); y el peso del vidrio con el residuo después de la evaporación (W3), podemos encontrar el peso en gramos de la solución, el solvente (H2O) y el soluto (NaCl) y por consiguiente la concentración de esta solución expresada en varias formas, es decir: a) Wsolución=W2-W1 b) Wsto=WNaCl=W3–W1 c) Wsolvente=WH2O = W2–W3 Con estos valores, se procede a calcular las respectivas unidades de concentración así:

38

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES Determinación de la masa molar a partir del descenso del punto de solidificación El agregado de un soluto a un solvente, en general, desciende el punto de solidificación (o cristalización) del solvente. Si T0 (K o °C) es el punto de solidificación del solvente puro, y T (K o °C) es el punto de solidificación de la solución, se define como descenso del punto de solidificación ΔT (K o °C), a la diferencia entre los puntos de solidificación T0 y T, es decir:

ΔT = T0 – T (1) El signo de ΔT es siempre positivo.

39

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

El hecho de que el punto de solidificación de la solución sea más bajo que el del solvente puro es en realidad una consecuencia más del descenso de la presión de vapor del solvente en la solución. Como con algunas limitaciones puede aceptarse que para estas soluciones el descenso del punto de solidificación T será proporcional al descenso relativo de la presión de vapor, y teniendo en cuenta que a su vez el descenso relativo de la presión del vapor es proporcional a la fracción molar X2 del soluto en la solución (ley de Raoult), puede escribirse que:

(2) donde p° es la presión de vapor del solvente puro a una temperatura dada, p es la presión de vapor de la solución a la misma temperatura y kf es una constante de proporcionalidad. En soluciones diluidas, puede aceptarse que la fracción molar del soluto es proporcional a la molalidad de la solución, en consecuencia:

(3) donde m es la molalidad de la solución y kc es la constante crioscópica molal. De la ecuación (3) se deduce que el significado físico de kc es equivalente al descenso del punto de solidificación para una solución de molalidad igual a la unidad; como en general una solución de molalidad igual a 1 no sería lo suficientemente diluida como para que en la ecuación (3) fuese válida, kf debe ser considerada como el descenso de solidificación para una solución de molalidad unitaria supuestamente ideal. Los valores de kc se hallan tabulados: para el agua es 1,86, para el benceno 5,12, para el alcanfor 40, etc. Cuanto mayor sea el valor numérico de kc tanto mayor será el salto de T observado experimentalmente para una determinada molalidad; de allí que presenten particular interés aquellos solventes de elevado kc. Para el naftaleno, que es el solvente a utilizarse en esta experiencia, el kc vale 7,0 °C m-1, donde m es la molalidad. Descripción de la practica

Inicialmente se determinará la concentración de una solución salina por medio de una evaporación total. Posteriormente se determinará la masa molar a partir del descenso del punto de solidificación Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

MATERIALES: • Tripode • Malla de asbesto • Mechero Bunsen • Vidrio de reloj • Balanza • Pipeta graduada de 5 mL • Probeta de 50 mL 40

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

• Soporte Universal • Bureta de 25 mL • Pinzas para bureta • Erlenmeyer de 50 mL • Beaker de 250 mL • Espátula metálica • Agitador de vidrio • Termómetro REACTIVOS • Solución de NaCl al 10% p/v • Naftaleno • Azufre Software a utilizar en la practica No se requiere ningún tipo de software para la realización de la práctica

Seguridad Industrial Tener precaución con el manejo del material de laboratorio y reactivos teniendo en cuenta las recomendaciones de la carta de seguridad de cada uno de los reactivos. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. El estudiante debe tener conocimiento del manejo del material básico del laboratorio como balanza, bureta, pipetas, entre otros. Conocimiento de las normas de seguridad que se deben tener en el laboratorio. Debe conocer el procedimiento a realizarse en la práctica Manejo de las unidades de concentración. Propiedades coligativas de las soluciones Manejo del Excel para graficar los resultados. Forma de trabajo: Los estudiantes se organizarán en grupo máximo de cuatro personas o como disponga el tutor que dirige la práctica. Una vez los estudiantes estén organizados por grupos de trabajo, se hará una breve explicación por parte del encargado del laboratorio o del tutor que dirige la práctica sobre las recomendaciones de seguridad y manejo de equipos, material en general y reactivos. Posteriormente se hará una breve explicación del procedimiento por parte del tutor y se aclararan dudas de los estudiantes, luego se proseguirá a realizar la práctica de acuerdo con la guía del laboratorio y teniendo en cuenta las orientaciones dadas por el tutor.

41

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Parte I. Preparación de soluciones y determinación de la concentración de una solución. Parte A. Procedimiento: CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES 1. Alistar el equipo de calentamiento (trípode con mechero o parrilla eléctrica). 2. Calentar 100mL del agua en beaker de 200 mL hasta ebullición. 3. Pesar en un vidrio de reloj limpio y seco (W1) 4. Adicionar 5 mL de una solución salina (previamente preparada), al vidrio de reloj y volver a pesar el conjunto. Consignar los datos obtenidos en una tabla como W2. 5. Colocar el vidrio de reloj con la solución en la boca del vaso, hasta evaporar totalmente la solución salina, como lo muestra la figura 17. 6. Dejar enfriar y secar el vidrio por debajo, luego pesarlo con el soluto: W3; registrar estos valores en una tabla de datos.

Figura 5 Montaje para evaporar la solución salina (Diseñado por Dolffi Rodríguez)

CÁLCULOS Y GRÁFICAS 1. UNIDADES DE CONCENTRACIÓN A. Con los datos obtenidos en su práctica, determinar peso en gramos de: la solución, el soluto (NaCl) y el solvente (H2O). B. Con base en estos valores hallar: • % peso/volumen del NaCl en la solución • % peso/peso del NaCl en la solución • Partes por millón (ppm) del NaCl en la solución • Molaridad (M) de la solución 42

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

• Normalidad (N) de la solución (tener en cuenta que 1 mol NaCl tiene 1 equivalente) • Molalidad (m) de la solución salina. • Fracción molar del NaCl (XNaCl) en la solución. • Fracción molar del agua (XH2O) en la solución. TABLA DE RESULTADOS 1. CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES UNIDAD DE CONCENTRACIÓN

VALOR

% peso/volumen % peso/peso ppm Molaridad (M) Normalidad (N) Fracción molar NaCl Fracción molar Agua Parte B: 1. Cada equipo preparará 50 mL de cada una de las disoluciones de la Tabla 4. Tabla 4

Disolución

Reactivo

Información sobre el reactivo

NaOH 6M

NaOH

Pureza: ___________ Masa molar:________

H2SO4 3M

H2SO4

Pureza: ___________ Densidad:__________ Masa molar:________

Cu(NO3) 0.1 M

Cu(NO3)2

Pureza: ___________ Masa molar:________

Volumen de disolución a preparar

Cantidad de sustancia de reactivo (mol) necesaria para preparar la disolución

Cantidad de reactivo (g o mL) necesaria para preparar la disolución

Cuestionario 43

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2. A cada grupo de laboratorio se le entregará un aserie de frascos para envasar las soluciones. 3. Con los datos de la Tabla 4, calcular la cantidad de reactivo necesaria para preparar cada una de las disoluciones. 4. Antes de comenzar a trabajar elaborar dos etiquetas para cada una de las disoluciones indicando los siguientes datos: a. Nombre y concentración de la disolución b. Fecha de preparación de la disolución c. Equipo que preparó la disolución 5. Marcar de precipitados de 50 mL y las botellas que deben estar limpias y secas, las cuales servirán para almacenar las soluciones que se van a preparar con las etiquetas elaboradas según las indicaciones del punto 4. 6. Medir la cantidad de reactivo necesario y colocarlo en el vaso de precipitados de 50 mL, previamente etiquetado con los datos de la disolución a preparar. Disolver el reactivo con aproximadamente 20 mL de agua destilada NOTA: Recordar las precauciones que se deben tener en cuenta cuando se trabaja con ácidos como el sulfúrico. Es importante tener en cuenta que el ácido se adiciona sobre una cantidad de agua y luego se completa el volumen requerido.

7. Colocar un embudo sobre el matraz aforado de 50 mL, teniendo cuidado de dejar siempre un espacio entre el tallo del embudo y las paredes del matraz para permitir el paso de aire, y con ayuda de un agitador de vidrio trasvasar la disolución del vaso de precipitados hacia el matraz aforado, lavando con agua destilada varias veces el vaso, el embudo y el agitador hasta asegurarte de que no queda nada del reactivo en ellos y hasta antes de llegar a la marca de aforo del matraz. 8. Completar con agua destilada hasta el aforo, colocar el tapón del matraz y agitar para homogeneizar. 9. Colocar las disoluciones preparadas en botellas adecuadas previamente etiquetadas y guárdalas en una gaveta.

44

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Cuestionario 1. Teniendo en cuenta el procedimiento descrito en esta práctica , explicar cómo se prepararía las siguientes disoluciones (incluir los cálculos que se necesitan para saber las cantidades a utilizar): a. 200 mL de disolución 0.1 M de NaOH, partiendo de NaOH comercial del 96 % de pureza. b. 250 mL de disolución 5 M de Cu(NO3)2, partiendo del Cu(NO3)2•3H2O comercial al 98 % de pureza. c. 1 L de disolución 0.3 M de H2SO4, partiendo de H2SO4 2 M 2. Se desea preparar un litro de una disolución 1 M de hidróxido de sodio (NaOH) a partir del producto comercial en el que la etiqueta especifica una pureza del 98 %. Indicar el procedimiento a seguir, describir el material a utilizar y determinar la masa (g) del producto comercial que se debe utilizar. 3. Se desea preparar un litro de disolución de ácido sulfúrico 1 M a partir de un producto comercial, que es del 95 % en m/m y con una densidad de 1.84 g/mL. Indicar las precauciones que se deben tomar, describir el procedimiento a seguir y determinar el volumen (mL) de ácido comercial que se debe utilizar. Parte II. Propiedades Coligativas5 1. Armar el aparato necesario para la experiencia (figura18), y revisar que la escala del termómetro comprendida en el rango de 70-100°C, quede visible. Varilla de Vidrio

Termómetro

Reactivos

Figura 6 Montaje sistema de calentamiento (Diseño: Msc Dolffi Rodríguez, 2012)

5

Adaptada de: http://materias.fi.uba.ar/6302/TP4.pdf

45

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2. Pesar aproximadamente 5 g de naftaleno con una aproximación 0,1 g y llevarlo al tubo. 3. Colocar el tubo en un baño de agua caliente hasta que el naftaleno funda totalmente (controlar que el nivel de agua quede por encima del nivel del naftaleno contenido en el interior del tubo). 4. Observar la fusión, retirar el tubo del baño y dejar que el naftaleno se enfríe gradualmente, mientras se agita continuamente. 5. Leer la temperatura cada 15 segundos, comenzando alrededor de los 85 °C. 6. Observar el inicio de la cristalización y medir la temperatura a los intervalos preestablecidos, hasta que el naftaleno solidifique. 7. Colocar nuevamente el mechero bajo el vaso de precipitados y ajustar la llama de manera tal que conserve la temperatura del baño María caliente. 8. Pesar aproximadamente 0,5 g de azufre finamente pulverizado (la presencia de partículas grandes dificulta la disolución posterior del azufre). 9. Cuando el naftaleno este completamente fundido, quitar con precaución el conjunto tapón - termómetro - agitador, y cuidadosamente verter todo el azufre en el naftaleno fundido. 10. Colocar nuevamente el conjunto tapón – termómetro - agitador y agitar vigorosamente hasta que el azufre se haya disuelto. Esta operación se realiza rápida y fácilmente si el azufre usado está finamente pulverizado, de lo contrario, puede resultar dificultosa. 11. Una vez lograda la disolución del azufre por completo, retirar el tubo del baño. Con agitación continua medir la temperatura, a partir de 83°C, a intervalos de 15 segundos hasta que aparezcan los primeros cristales de naftaleno y que la solución quede totalmente solidificada.

Recomendaciones para la limpieza del material empleado: Para proceder a la limpieza del aparato, colocar el tubo con tapón incluido en el baño de agua caliente nuevamente hasta lograr la fusión de la solución. Quitar con cuidado el conjunto tapón – termómetro - agitador y volcar la solución fundida sobre un papel. No arrojar la solución fundida a la pileta del laboratorio. Para eliminar los restos de solución adheridos al tubo, termómetro, etc., colocar éstos en un baño de agua a 90°C. No calentar directamente; en primer lugar, tener en cuenta que los vapores de naftaleno son inflamables; en segundo lugar, recordar que si se eleva la temperatura del termómetro por encima de los 100°C, este se rompe. Es aconsejable acudir al laboratorio con un poco de alcohol y “virulana” para facilitar la limpieza del tubo. CÁLCULOS6: I. Determinar la masa molar del azufre 6

Adaptado de guías de laboratorio química general.

46

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

En primera instancia se mide el punto de solidificación del solvente (naftaleno) puro. Luego, se disuelve una determinada masa de azufre en una determinada cantidad de naftaleno. Experimentalmente se mide el punto de solidificación de la solución formada. Como Kf es 7,0ºC/m, a partir del valor experimental hallado para ΔTf se calculará m (molalidad). Por definición, molalidad es:

Donde: g2 = masa de soluto (azufre). g1 = masa de solvente (naftaleno). M2 = masa molar del azufre, es decir: M2 = (1000 x g2) / (m x g1) Dado que g2, g1 y m se conocen, se puede calcular M2 Por lo tanto la atomicidad del azufre será: Atomicidad = M2/Ar2 = M2/32,06 1. Completar la siguiente tabla: Valores Masa de naftaleno (g1) Masa de azufre (g2) Temperatura de solidificación del naftaleno (T0f) Temperatura de solidificación de la solución (Tf) Descenso del punto de solidificación ATf = (T0f – Tf) Molalidad de la solución m = (ΔTf / Kf) Masa molar del azufre = 1000 x g2 / m x g1 Masa atómica del azufre (tabla periódica) Atomicidad del azufre en solución = a= M2 / A2 Error absoluto = Atomicidad del azufre - 8 (a-8) Error relativo porcentual = (Error absoluto / 8) x 100

47

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

2. Realizar la gráfica de enfriamiento del naftaleno y de la solución. Con los datos que deben registrar en la siguiente tabla: Tiempo en segundos

Temperatura del naftaleno °C

Temperatura de la solución (naftaleno-azufre)

Ubique en el eje x tiempo (t) y en eje y Temperatura (T) Sistema de Evaluación Se evaluarán aspectos como: Desempeño durante la práctica. Preinforme (antes de comenzar la práctica): los conceptos teóricos y procedimiento de las prácticas a desarrollar. Informe. Revisar (según rúbrica) Se deja a discreción del tutor hacer una evaluación escrita sobre la temática de la práctica.

Informe o productos a entregar Pre informe: De acuerdo a lo especificado en el anexo 1 Informe de laboratorio: Ver anexo 1 Cuestionario: Se anexa al informe, debe dar respuestas a las preguntas planteadas las cuales son importantes para el análisis de los resultados Rúbrica de evaluación ÍTEM EVALUADO

VALORACIÓN BAJA

Objetivos

No presenta objetivos (0)

Fundamento teórico

El informe no presenta fundamento teórico (0)

Procedimiento

No presenta el procedimiento (0)

Datos experimentales

No presentan datos experimentales o

VALORACIÓN MEDIA Los objetivos que presenta están incompletos (0,5) El fundamento teórico está incompleto (1) Se presentan algunas partes del procedimiento (1) Presentan algunos datos experimentales

VALORACIÓN ALTA

MÁXIMO PUNTAJE

Presenta todos los objetivos (1)

1

El fundamento teórico está completo, presenta todos los conceptos necesarios para el desarrollo del informe (2) El procedimiento que presentan está completo (2) Presentan en forma adecuada todos los datos experimentales

2

2

2

48

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA los datos que presentan son incorrectos (0)

Cálculos

En el informe no se presentan cálculos (0)

Resultados

No presentan resultados (0)

Gráficas

No presentan las gráficas solicitadas (0)

Análisis de resultados

Aplicaciones en la profesión

Conclusiones

Referencias bibliográficas

Redacción y ortografía

No presentan análisis de resultados o es equivocado el análisis (0) No presentan aplicaciones a la profesión (0) No presentan conclusiones o son incorrectas. (0) El informe no presenta referencias bibliográficas (0) El informe está mal redactado, no es claro y presenta errores de ortografía (más de 6) (0)

(1)

Presentan algunos ejemplos de cálculos pero corresponde solo a una parte de la práctica (1)

Presentan algunos resultados (1) Presentan algunas gráficas o las gráficas presentadas son incorrectas (1) El análisis de los resultados está incompleto, analizan algunos resultados (1.5)

Presentan algunas conclusiones (1.5) Presentan una referencias bibliográficas (1) El documento está bien redactado pero presenta algunos errores ortográficos (menos de 6) o el documento no presenta errores ortográficos pero

(2)

Presentan los cálculos correspondientes a la todas las partes del informe (2)

2

Presentan adecuadamente los resultados (2)

2

Presentan la totalidad de las gráficas y están correctas. (2)

2

El análisis de resultado es correcto y completo. (3)

3

Presentan aplicaciones en la profesión. (2)

2

Presentan todas las conclusiones de forma correcta (3) Presentan todas las referencias bibliográficas (más de dos) (2)

El informe está bien redactado y no tiene errores ortográficos. (2)

3

2

2

49

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA tiene falencias en la redacción (no es claro). (1) Total

25

Retroalimentación

El tutor de laboratorio hará la retroalimentación a los 15 días de entregado el respectivo informe de la práctica.

50

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PRACTICA 9. ALCALIMETRÍA Y ACIDIMETRÍA

Tipo de practica

Presencial

Porcentaje de evaluación Horas de la practica

x Autodirigida

Remota

10% 2 Estandarización de una base (NaOH) Titulación ácido fuerte-base fuerte

Temáticas de la práctica Propósitos

1. Lograr que los estudiantes sean competentes en la determinación de la concentración de una base y de un ácido, mediante procesos de titulación. 2. Desarrollar habilidades interpretación de experimentalmente.

en el datos

manejo e obtenidos

3. Desarrollar competencias en análisis de gráficas e interpretación de resultados experimentales. Objetivos Intencionalidades formativas 1. Determinar la concentración exacta de una solución de hidróxido de sodio por el método de titulación volumétrica. 2. Cuantificar la normalidad de una solución de ácido clorhídrico (HCl) mediante la relación gráfica entre volumen de base gastado y volumen de ácido titulado. Metas Utilizar los datos encontrados experimentalmente para determinar la concentración de una solución de hidróxido de sodio. Hallar gráficamente la concetración de una solución de 51

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

ácido clorhidrico. Interpretar los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio. Competencias: El estudiante desarrollará competencias en: 1. Manejo de equipo de laboratorio asociado con los procedimientos prácticos del curso 2. Interpretación de gráficas a partir de los resultados experimentales encontrados en el laboratorio. 3. Capacidad para relacionar la teoría con la práctica. 4. Organizar y analizar la información encontrada en la práctica.

Fundamentación Teórica

Un estándar o patrón primario es una sustancia altamente ionizable, no volátil ni oxidante, muy estable al aire (no debe ser higroscópica en exceso ni delicuescente), de alto peso molecular perfectamente definido y debe permitir su secado a 100-110°C sin descomponerse. En la práctica actual, se va a emplear como estándar o patrón primario el biftalato de potasio o ftalato ácido de potasio, cuyo P.M. es 204,22 g. Para la valoración del hidróxido de sodio, se parte de una cantidad conocida de biftalato de potasio, la cual se titula entonces contra la solución desconocida de hidróxido de sodio, utilizando como indicador la fenolftaleína. En el punto final, cuando la solución cambie de incoloro a rosado, se tendrá la siguiente igualdad:

Descripción de la practica

52

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Estandarización de una base fuerte y determinación de la concentración de ácido clorhídrico por el método grafico, utilizando un procedimiento de titulación. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

MATERIALES: • Balanza analítica • Vidrio de reloj • Espátula pequeña • Soporte Universal • Pinzas para bureta • Bureta de 25 mL con llave de teflón • Estufa de laboratorio • Desecador • Pinzas cortas para crisol • Pipetas aforadas de 1, 10 y 25 mL • Balones aforados de 100 y 250 mL • Erlenmeyer de 250 mL • Vasos precipitados de 50 y 250 mL • Frasco lavador REACTIVOS • • • •

Biftalato de potasio R.A. Hidróxido de sodio R.A. Ácido clorhídrico R.A. Solución alcohólica de fenolftaleína al 1%.

Software a utilizar en la practica Ninguno

Seguridad Industrial: Tener precaución con el manejo del material de laboratorio y reactivos teniendo en cuenta las recomendaciones de seguridad industrial mencionadas en el apartado características generales. A continuación se mencionan los posibles efectos para la salud de algunos de los reactivos a utilizar: Ácido Clorhídrico: • La Inhalación a corto plazo produce quemaduras, tos, edema pulmonar y no se conocen efectos a la exposición prolongada. • Al contacto con la piel a corto plazo produce quemaduras, ulceración y la exposición prolongada produce dermatitis. • El contacto con los ojos a exposición a corto plazo produce quemaduras, daño a la 53

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

vista, ceguera y la exposición prolongada genera daño a la vista, ceguera. • Por Ingestión a corto plazo se producen quemaduras y la exposición prolongada no es probable. Hidróxido de sodio: Se debe tener precaución en la manipulación debido a que puede ocasionar quemaduras al contacto con la piel y ojos. También puede ocasionar irritación severa del tracto respiratorio y digestivo con posibles quemaduras. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. El estudiante debe tener conocimiento del manejo del material básico del laboratorio como balanza, bureta, pipetas, entre otros. Conocimiento de las normas de seguridad que se deben tener en el laboratorio. Debe conocer el procedimiento a realizarse en la práctica Manejo de las unidades de concentración. Manejo del Excel para graficar los resultados. Forma de trabajo: Los estudiantes se organizarán en grupo máximo de cuatro personas o como disponga el tutor que dirige la práctica. Una vez los estudiantes estén organizados por grupos de trabajo, se hará una breve explicación por parte del encargado del laboratorio o del tutor que dirige la práctica sobre las recomendaciones de seguridad y manejo de equipos, material en general y reactivos. Posteriormente se hará una breve explicación del procedimiento por parte del tutor y se aclararan dudas de los estudiantes, luego se proseguirá a realizar la práctica de acuerdo con la guía del laboratorio y teniendo en cuenta las orientaciones dadas por el tutor. PROCEDIMIENTO: I.

ESTANDARIZACIÓN DEL HIDRÓXIDO DE SODIO: 1. Pesar en balanza analítica, utilizando un vidrio de reloj o un vaso de precipitados de 50 mL, 0,25 g del biftalato de potasio, calidad Reactivo Analítico (R.A.), previamente secado a 100–110°C y conservado dentro del desecador. Registrar el peso exacto en el cuaderno de laboratorio. 2. Pasar el biftalato pesado a un erlenmeyer de 250 mL, ayudándose con un frasco lavador y añadir alrededor de 100 mL de agua destilada, agitando suavemente hasta su disolución. Agregar 2 gotas de solución de fenolftaleína. 3. Purgar y llenar la bureta con la solución recién preparada de hidróxido de sodio, enrasando a cero. Titular la solución de biftalato hasta obtener una coloración rosa que persista 30 segundos, lo cual indica que la reacción de neutralización ha llegado a su fin. Es decir, marca el PUNTO DE EQUIVALENCIA, en donde los equivalentes gramo de del NaOH neutralizaron los equivalentes gramo provenientes del Biftalato de Potasio. Registrar el volumen de NaOH gastado. 4. Repetir el procedimiento para verificar el volumen de NaOH gastado 54

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

5. Consignar en una tabla de datos, el volumen promedio de NaOH en la titulación ( MONTAJE

Figura 7. Montaje de titulación (Adaptado por Dolffi Rodríguez)

CÁLCULOS: 1. ESTANDARIZACIÓN DEL NaOH: Teniendo en cuenta el volumen gastado de hidróxido y el Biftalato pesado, se puede calcular la Normalidad del hidróxido de sodio mediante la siguiente fórmula:

A partir de la normalidad real del NaOH, calcular los miligramos de NaOH, presentes en el volumen gastado de éste, en la titulación con el Biftalato. *RECORDAR:

1 mol de NaOH tiene 1 equivalente. II.

DETERMINACIÓN DE LA NORMALIDAD DEL HCl 1. Los estudiantes organizados en grupos de trabajo seleccionarán un volumen de ácido para titular según la distribución que aparece en la siguiente tabla: 55

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

GRUPO No

mL de alícuota de HCl

1

2 mL

2

4 mL

3

6 mL

4

8 mL

5

10 mL

6

12 mL

7

14 mL

2. medir el valor indicado de ácido clorhídrico y llevarlo a un erlenmeyer. (el asignado a cada grupo) 3. Adicionarle al ácido 50 mL de agua y 3 gotas de fenolftaleína, mezclar bien. 4. Llenar la bureta hasta el enrase con la solución estandarizada de NaOH. 5. Colocar el erlenmeyer debajo de la bureta (Figura 2) y agregar lentamente desde ésta, el NaOH, hasta que la solución de ácido clorhídrico cambie a color rosado pálido y permanezca el color; lo cual indica que la reacción de neutralización ha llegado a su fin. 6. Repetir tres veces este procedimiento para verificar el volumen de NaOH gastado 7. Promediar los volúmenes de NaOH gastados en las tres titulaciones 8. Cada grupo deberá registrar estos valores e intercambiarlos con los demás grupos, para mayor facilidad cada grupo puede registrar estos valores en el tablero. Por lo tanto, se obtendrá una segunda tabla como se muestra en el siguiente ejemplo: GRUPO No

Vol. de HCl

Vol. De NaOH (Promedio de las tres titulaciones)

1

2 mL

1,95 mL

2

4 mL

4,05 mL

3

6 mL

5,84 mL

4

8 mL

8,15 mL

5

10 mL

10 mL

6

12 mL

11,5 mL 56

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

7

14 mL

14,25 mL

9. Cada grupo deberá anotar TODOS los datos registrados en la tabla que elaboraron en el tablero. CÁLCULOS Con los datos de la segunda tabla, cada grupo deberá graficar en una hoja de papel milimetrado el volumen de base (en el eje X) vs volumen de ácido (en el eje Y). Se obtiene una gráfica similar a la que se observa a continuación:

Gráfica 3 Volumen de base vs Volumen de ácido obtenidos en un proceso de titulación (Elaborado por: Dolffi Rodríguez, 2011)

La ecuación de la recta resultante, es de la forma y=mX en donde Y = Volumen de ácido y X = Volumen de base La pendiente de esta gráfica es matemáticamente la Normalidad del ácido, de acuerdo con: Vac = m Vb Hallando la pendiente se determina la normalidad del ácido, lo cual se puede hacer por el método de mínimos cuadrados. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE SUS RESULTADOS: CUESTIONARIO: 1. Por qué se usó la fenolftaleína y no otro indicador en este experimento? 2. Qué significa punto de equivalencia?

57

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

3. Qué significa control de calidad?. Cuál es la importancia en la industria?. 4. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, calcular los gramos y kilogramos de hidróxido de sodio (NaOH) gastados en la titulación. Sistema de Evaluación Se evaluarán aspectos como: Desempeño durante la práctica. Preinforme (antes de comenzar la práctica): los conceptos teóricos y procedimiento de las prácticas a desarrollar. Informe. Revisar (según rúbrica) Se deja a discreción del tutor hacer una evaluación escrita sobre la temática de la práctica.

Informe o productos a entregar Pre informe: De acuerdo a lo especificado en el anexo 1 Informe de laboratorio: Ver anexo 1 Cuestionario: Se anexa al informe, debe dar respuestas a las preguntas planteadas las cuales son importantes para el análisis de los resultados Rúbrica de evaluación

ÍTEM EVALUADO

VALORACIÓN BAJA

VALORACIÓN MEDIA

VALORACIÓN ALTA

MÁXIMO PUNTAJE

Objetivos

No presenta objetivos (0)

Los objetivos que presenta están incompletos (0,5)

Presenta todos los objetivos (1)

1

El fundamento teórico está completo, presenta todos los conceptos necesarios para el desarrollo del informe (2) El procedimiento que presentan está completo (2)

Fundamento teórico

El informe no presenta fundamento teórico (0)

El fundamento teórico está incompleto (1)

Procedimiento

No presenta el procedimiento (0)

Se presentan algunas partes del procedimiento (1)

Datos experimentales

No presentan datos experimentales o los datos que presentan son incorrectos (0)

Presentan algunos datos experimentales (1)

Presentan en forma adecuada todos los datos experimentales (2)

2

Cálculos

En el informe no se presentan cálculos (0)

Presentan algunos ejemplos de cálculos pero corresponde solo a una parte de la práctica

Presentan los cálculos correspondientes a la todas las partes del informe (2)

2

2

2

58

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA (1)

Resultados

No presentan resultados (0)

Gráficas

No presentan las gráficas solicitadas (0)

Análisis de resultados

Aplicaciones en la profesión

Conclusiones

No presentan análisis de resultados o es equivocado el análisis (0) No presentan aplicaciones a la profesión (0) No presentan conclusiones o son incorrectas. (0)

Presentan algunas gráficas o las gráficas presentadas son incorrectas (1) El análisis de los resultados está incompleto, analizan algunos resultados (1.5) Presentan solamente una aplicación a la profesión (1) Presentan algunas conclusiones (1.5)

El informe no presenta referencias bibliográficas (0)

Presentan una referencias bibliográficas (1)

El informe está mal redactado, no es claro y presenta errores de ortografía (más de 6) (0)

El documento está bien redactado pero presenta algunos errores ortográficos (menos de 6) o el documento no presenta errores ortográficos pero tiene falencias en la redacción (no es claro). (1)

Referencias bibliográficas

Redacción y ortografía

Presentan algunos resultados (1)

Total

Presentan adecuadamente los resultados (2)

2

Presentan la totalidad de las gráficas y están correctas. (2)

2

El análisis de resultado es correcto y completo. (3)

3

Presentan aplicaciones en la profesión. (2) Presentan todas las conclusiones de forma correcta (3) Presentan todas las referencias bibliográficas (más de dos) (2)

El informe está bien redactado y no tiene errores ortográficos. (2)

2

3

2

2

25

Retroalimentación

El tutor de laboratorio hará la retroalimentación a los 15 días de entregado el respectivo informe de la práctica.

59

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

PRÁCTICA 10. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA

Tipo de practica

Porcentaje de evaluación Horas de la practica Temáticas de la práctica

Presencial Otra ¿Cuál

x

Autodirigida

Remota

10 % 2 Ley de la conservación de la masa Estequiometria en reacciones de precipitación Propósitos: 1. Lograr que los estudiantes las características de la ley de la conservación de la masa. 2. Desarrollar competencias en el manejo de datos e interpretación de resultados experimentales. Objetivos: 1. Determinar la cantidad de cobre y cinc producidos en una reacción a nivel teórico y experimental 2. Interpretar significativamente los obtenidos en la actividad experimental.

resultados

Meta: Intencionalidades formativas

1. Comparar y analizar los resultados obtenidos a nivel experimental con los determinados a nivel teórico con el fin de identificar las características de la ley de la conservación de la masa. Competencias: El estudiante desarrollará competencias en: 1. Manejo de cálculos estequiométricos a partir de datos teóricos y experimentales. 2. Capacidad para relacionar los datos teóricos con los experimentales. 3. Apropiación y aplicación del lenguaje técnico y científico 60

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

propio de un laboratorio de química.

Fundamentación teórica La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos». Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Lavoisier concluyó la materia no se crea ni tampoco se destruye, simplemente ésta se trasforma (ley de la conservación de la masa). En la actualidad se sabe que todo el oxígeno dentro del vaso se combinó con el metal para formar el óxido y que dicha reacción cesó hasta cuando todo el oxígeno fue consumido. Por lo tanto, en un sistema cerrado donde no hay intercambio de materia con el exterior, la masa total de las sustancias no cambia aunque se produzca cualquier reacción química, es decir que la masa de los reactivos será igual a la masa de los productos (masa(reactivo)= masa (Productos)).

Descripción de la práctica Se determinará la masa de cobre obtenida después de una serie de reacciones de precipitación. Por otra parte, se obtendrá la masa de cobre a partir de la ecuación de la reacción utilizando cálculos estequiométricos. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)

MATERIALES • Embudo de vidrio • Erlenmeyer • Vaso de precipitado de 250 mL 61

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

• Pipetas aforadas de 10 mL • Probeta de 100 mL • Pipeta graduada de 10 mL • Balanza • Estufa REACTIVOS Solución de NaOH 6 M Solución de H2SO4 3M Solución de nitrato de cobre Cinc Alcohol Acetona Software a utilizar en la practica Para la realización de la práctica no se requiere ningún tipo de software Seguridad Industrial Tener precaución con el manejo del material de laboratorio y reactivos teniendo en cuenta las recomendaciones de seguridad mencionadas en la carta de seguridad de cada uno de los reactivos. Metodología Conocimiento previo para el desarrollo de la práctica. El estudiante debe tener conocimiento del manejo del material básico del laboratorio como balanza, bureta, pipetas, entre otros. Conocimiento de las normas de seguridad que se deben tener en el laboratorio. Debe conocer el procedimiento a realizarse en la práctica Manejo de las unidades de concentración y estequiometria de reacciones Manejo del Excel para graficar los resultados. Forma de trabajo: Los estudiantes se organizarán en grupo máximo de cuatro personas o como disponga el tutor que dirige la práctica. Una vez los estudiantes estén organizados por grupos de trabajo, se hará una breve explicación por parte del encargado del laboratorio o del tutor que dirige la práctica sobre las recomendaciones de seguridad y manejo de equipos, material en general y reactivos. Posteriormente se hará una breve explicación del procedimiento por parte del tutor y se aclararan dudas de los estudiantes, luego se proseguirá a realizar la práctica de acuerdo con la guía del laboratorio y teniendo en cuenta las orientaciones dadas por el tutor. PROCEDIMIENTO:

62

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1. Pese un vaso de precipitado de 250 mL, el cual debe estar limpio y seco, registre el peso. 2. Mida con la mayor precisión y exactitud 10 mL de la disolución problema de nitrato de cobre, y colóquelos en el vaso de precipitado de 250 mL previamente pesado. 3. Añada aproximadamente 90 mL de agua y 5 mL de NaOH 6 M. Permita que el precipitado se asiente y observe el color de la disolución. Si todavía muestra color, continúe agregando hidróxido hasta que la precipitación sea completa. Registre en la tabla 6 el volumen utilizado de base. 4. Caliente la muestra hasta observar un cambio completo de color. 5. Filtre y lave el precipitado tres veces con 10 mL de agua destilada.

6. Añada sobre el papel filtro H2SO4 3 M hasta que todo el precipitado reaccione y se disuelva. Reciba el filtrado en un vaso de precipitados. Registre en la tabla 2, el volumen de ácido sulfúrico utilizado.

63

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

7. Finalmente, añada a la disolución una o dos granallas de cinc previamente medida su masa y permita que la reacción sea completa. Si la disolución sigue presentando color, añada un poco más de cinc. Registre en la tabla6, la cantidad de cinc utilizado. 8. Filtre sobre un papel o embudo de filtro poroso previamente medida su masa; el cobre obtenido lávelo varias veces con agua destilada y finalmente con 5 mL de una mezcla de alcohol y acetona. 9. Seque en la estufa el cobre obtenido hasta que se registre una masa constante. 10. Registre la masa de cobre obtenida en la tabla 5. 11. Repita el experimento por lo menos tres veces. Tabla 5 Muestra 1

Muestra 2

Muestra 3

Masa del precipitado (cantidad del Cu en 10 mL de disolución problema)

TABLA 6 REACTIVO

CANTIDAD TEÓRICA

CANTIDAD EXPERIMENTAL

HNO3 conc. 14 M (mL) NaOH 6 M (mL) H2SO4. (mL) Zn (s) Cu (g)

CUESTIONARIO: 1. Complete las ecuaciones que corresponden a las reacciones sucesivas que se llevaron a cabo y escriba las características físicas de los compuestos de cobre formados. Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NaOH 64

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Cu(OH)2 CuO + H2SO4 CuSO4 + Zn Zn + H2SO4

2. Calcule la cantidad de reactivos que se requerirían en el caso de que la masa inicial de cobre fuera de 0.1 gramos y compárelas con las que se utilizaron en el experimento. Registre los datos en la tabla 6. 3. ¿Qué masa de cobre reaccionó con HNO3 de acuerdo a la siguiente ecuación?

Cu + 4HNO3

Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

4. Calcule el porcentaje de error una vez conocida la cantidad de cobre inicial.

65

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

ANEXO GUÍA PARA LA PRESENTACIÓN DE PRE-INFORME E INFORME DE LABORATORIO PRE INFORME: Este se debe realizar antes de cada práctica. A continuación se presentan algunas recomendaciones para la presentación del preinforme: Debe contener las siguientes partes: Título, objetivos, fundamento teórico que contribuya a la explicación de los resultados, el cual debe ser concreto, donde se establezca los criterios para la discusión de los resultados y para la comparación con los resultados obtenidos en otras investigaciones. En el fundamento teórico debe contener las reacciones químicas que ocurren durante el procedimiento, por lo tanto es importante tener en cuenta los cambios químicos que ocurren para plantear la respectiva ecuación química en cada uno de los pasos del proceso. El pre-informe también debe contener el procedimiento en forma de diagrama de flujo y un listado de todos los materiales y equipos que se utilizarán en la práctica. INFORME DE LABORATORIO Este se debe entregar posterior a la realización de la práctica. El informe se debe entregar en Word y debe tener una portada con las siguientes características: TITULO DE LA PRÁCTICA (en mayúscula y centrado), INTEGRANTES DEL GRUPO (Nombres, apellidos código y correos electrónicos), ENTREGADO A (Nombre completo del tutor a quien va dirigido), DIRECTOR DE CURSO (Nombre completo del director de curso y correo electrónico) También debe contener los apartes del preinforme (titulo, objetivos, fundamento teórico, procedimiento y materiales) y además los siguientes: Datos experimentales: Se deben presentar en orden de acuerdo al procedimiento desarrollado, se recomienda presentar los resultados en tablas. Cálculos: En esta sección se solicita ejemplificar el procedimiento utilizando datos propios datos. Es conveniente efectuar el análisis dimensional con cada una de las fórmulas que se utilizan para el tratamiento de los datos a fin de que el resultado obtenido esté expresado con las magnitudes requeridas (porcentaje, masa, volumen, concentración expresada en normalidad, molaridad, molalidad, partes por millón, etc.) Resultados: Son el recuento completo y detallado de los hechos obtenidos (valores y observaciones) en el proceso de investigación, los cuales van a conformar la base para la posterior interpretación, análisis y derivación de conclusiones y recomendaciones. Su 66

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

presentación debe ser sencilla y fácil de comprender por el lector, usando tablas, figuras, gráficas o postulados. Los resultados numéricos deben reportarse dentro de los límites de exactitud permitidos por la técnica utilizada y con el número de cifras significativas definido por esos límites. Análisis de resultados. Esta sección es la más importante del reporte del trabajo experimental ya que el autor realiza un examen crítico de sus resultados, verificando el cumplimiento de los objetivos planteados y su correlación con los principios teóricos utilizados e interpreta su significado y alcance. Aplicaciones en la profesión. En esta parte, se consignan las opiniones del estudiante acerca de la utilidad de la práctica realizada en el desarrollo de su profesión. Conclusiones. Aquí se reúne el aporte del trabajo de investigación al conocimiento y se dan criterios para tomar una decisión frente a un problema por resolver. Se enumeran y puntualizan las conclusiones que se fueron insinuando en el punto anterior puesto que al hacer la interpretación y análisis de los resultados obtenidos se tiene una idea sobre lo bueno o lo malo que resultó el trabajo realizado. Bibliografía Citar las fuentes documentales según las normas ICONTEC que se utilizaron para la elaboración del informe, se debe incluir las citadas en el documento.

67

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

1. FUENTES DOCUMENTALES

BRICEÑO, Carlos Omar. QUIMICA. BOGOTÁ : EDUCATIVA, 1993, pág. 682. BROWN, Theodore y LEMAY, Eugene H. Química. Mexico D.F : Prentice Hall, 1987. pág. 895. CASTELLAN W., Fisicoquímica,(1987) , Pearson Educación, México D.F , Segunda edición CHANG, Raymond y COLLEGE, Williams. Química. 7 ed. Mexico, D. F : Mc Graw-Hill Interamericana, S.A, 2002. pág. 732. CURTIS, Helena. BIOLOGÍA. Buenos Aires : Panamericana, 2001. pág. 1500. GRANADOS MORENO, Jairo. Fisicoquímica Aplicada. 1ed. Bogotá : Arfo Editores Ltda, 1996. pág. 436. GUERRERO R, Humberto y LOZANO RIGUEROS, Manuel. Seguridad en el laboratorio Químico. Bogotá D.C : UNAD, 2009. pág. 10. LEVINE, Ira N.(1996) Fisicoquímica , Ed McGraw-Hill, cuarta edición. Madrid, España QUÍMICA TÉCNICA LTDA. Hoja de datos de seguridad Alcohol Etílico. [En línea] 04 de Abril de 2006. http://www.quimicatecnica.com.co/documentos/ALCOHOL_ETILICO.pdf. RAMETTE, Richard W. Equilibrio y Análisis químico. Mexico : Fondo Educativo Interamericano, 1983. CIBERGRAFÍA http://es.scribd.com/doc/18357137/MANUAL-DEL-LABORATORIO-DE-QUIMICA-BASICA http://www.usc.edu.co/laboratorios/files/Manual_Seguridad_Quimica%282%29.pdf http://www.quimicaweb.net/ciencia/paginas/laboratorio/pictogramas.html http://www.itch.edu.mx/academic/quimica/manual_lab_inorganica_version_29_sep_201 1.pdf 68

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 401581 – ESTRUCTURA DE LA MATERIA

http://quimicainorganicachollet.wordpress.com/guia-practica-de-laboratorio-de-quimicainorganica/ http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Practica12Preparaciondedisoluciones_1854 0.pdf

69