Facultad de Estudios Superiores Zaragoza Campus 2 Q.F.BPrez Mendoza Manuel Alberto / Prez Gallardo Araceli Denise

Lunes 03 de noviembre de 2014

Unidad 2: equilibrio qumico.RESUMEN:

Se realizaron un par de experimentos relacionados a la segunda unidad, equilibrio qumico, en el primero, se buscaba determinar la constante de disociacin de un cido dbil, monoprctco (en el que utilizamos cido actico CH3COOH) el cual se valor con una base fuerte (hidrxido de sodio NaOH), midiendo su variacin de PH cada 0.5 ml.Despus se continu con el segundo experimento de la unidad, en donde se buscaba obtener el Kps de una sal poco soluble realizando una solucin saturada de la misma de acuerdo a su solubilidad, en este caso usamos CASO4, (Sulfato de Calcio).Objetivo=Determinar tanto la Ka de un acido dbil como la Kps de una sal poco soluble en una solucin saturada mediante diferentes mtodos de valoracin.

Hipotesis:SI en un proceso de disociacin la constante de equilibrio segn el proceso es igual a la Ka o a la Kps esta tendera a los reactivos dentro de la ecuacin ya que esta nunca ser mayor a 1 en cidos dbiles y sales insolubles independientemente de los factores externos.PALABRAS CLAVE:Equilibrio qumico, constantes de equilibrio Kc y Kp, solubilidad, Principio de Le Chatelier, efecto del in comn y ion salino o diverso, acido dbil,Planteamiento del problema.

Cul ser la Kdis de nuestro acido dbil CH3-COOH? VARIABLES:

Determinacin de la constante de disociacin de un cido dbil.

Dependiente: concentracin del NaOH Y CH3COOH

Independiente: PH y volumen usado.

Obtencin del Kps de una solucin saturada de CaSO4.

Dependiente: Concentracin

Independiente: volumen usado de EDTA y Cloruro de calcio.

MARCO TERICO DETERMINACION DE LA Ka DE UN ACIDO DEBIL.Una reaccin qumica es reversible si puede llevarse a cabo en ambos sentidos, sta alcanza el equilibrio cuando la velocidad de la reaccin directa (reactantes productos) se iguala a la velocidad de la reaccin inversa (productos reactantes) y no se observa cambio en las concentraciones de reactantes o de productos en el tiempo.

CARACTERSTICAS DEL EQUILIBRIO

Un Equilibrio Qumico presenta las siguientes caractersticas:

1) La reaccin qumica es reversible, por eso se utiliza una doble flecha.

2) El equilibrio es un estado dinmico en el cual ocurren simultneamente dos reacciones: directa e inversa.

3) El equilibrio se alcanza cuando las velocidades de la reaccin directa y de la reaccin inversa son iguales.

4) Se puede alcanzar el equilibrio de varias formas: a partir de los reactantes nicamente, a partir de los productos nicamente o a partir de una mezcla de reactantes y productos.

5) En un equilibrio HOMOGNEO, TODOS los compuestos que intervienen estn en el mismo estado fsico. En un equilibrio HETEROGNEO, al menos uno de los compuestos est en un estado fsico diferente.

6) En un equilibrio no hay derecha o izquierda, ya que las reacciones (directa e inversa) ocurren en el mismo recipiente.

Una reaccin reversible, en equilibrio, se representa por:

AA + b Bd D + e E

Se puede representar como:Los cidos y bases son sustancias muy comunes usadas actualmente en la qumica y su reaccin es la base de varios productos industriales.

Bsicamente los cidos son definidos como sustancias que al ser ionizadas en agua se disocian en iones H^+, donde los H^+ determinan el numero de equivalentes del acido y en un acido inorgnico estos son iguales al total de tomos de H en la molcula, en cambio en los cidos orgnicos solo se consideran como ionizables aquellos cercanos a un tomo de oxigeno confirindole mayor electro negatividad al mismo.

Segn Arrhenius, un acido es toda aquella sustancia, que un cierto grado de disolucin acusa libera un protn acido H^+ a su medio, el cual se una a una molcula de H2O para generar un ion hidronio H3O^+, por lo tanto Arrhenius indico que la disociacin de un acido deba describirse como una neutralizacin acido-base.

HB+H2O--------------------------B^-+H3O^+

Tipos de cidos.

Monoprocticos: Son aquellos que solo poseen un H^+ ionizable por lo que su numero de equivalentes es igual a 1, por tanto en un proceso de titulacin estos poseen una curva de titulacin con un nico viraje, por lo que el calculo de su Kan por mtodo grafico resulta mucho mas evidente y sencillo a la hora de obtener el punto de equivalencia del mismo.

Ejemplos:

HF, HNO3, HCl, HCN, CH3-COOH.

Poliprocticos: Son aquellos que poseen 2 o mas H^+ ionizable por lo que su numero de equivalentes resulta ser mayor a 1, Por tanto en un proceso de titulacin estos poseen una curva de titulacin con mas de un viraje en el, por lo que el calculo de su Ka resulta un tanto mas engorroso a la hora obtener los mltiples puntos de equivalencia del mismo.

Ejemplos:

H2SO3, H3PO4, HBO4.

Adems de acuerdo a su capacidad de disociacin ya sea parcial o total clasificamos los cidos en: Dbiles y fuertes.

El acido dbil es aquel que es disociado parcialmente en una solucin acuosa. Por lo tanto este aporta una mnima cantidad de sus iones H^+ a su medio, y adems pudiendo ser capas de aceptarlos.

Ejemplo

Acido actico.

CH-COOH------------------------------------CH3-C nico H^+ ion ionizable.

Para obtener la Kdis de un acido dbil, la podemos obtener en base a su Ka=La cual es una medida cuantitativa de la fuerza de disociacin de sus iones H^+ que tiene una molcula de un acido en una solucin.

Siendo este valor igual a la Ke en una reaccin acido-base.

Hay varios mtodos para establecer dicha Ke entre un acido dbil del tipo HB y su base conjugada B^-.

Ejemplo:

HB (ac) (H^+ (ac) +B^-(ac)

O bien podemos usar otro mtodo que consiste en aadir a un volumen de agua determinado una cantidad de acido dbil y su base conjugada al mismo tiempo, para producir un equilibrio.

Ejemplo:

Acido actico y su conjugado acetato sdico.

Hc2H3O2(H^+ (ac)+C2H3O2^-(ac)

Con el procedimiento anterior entonces obtenemos una solucin tapn o bien solucin reguladora cuyo PH se resiste a cambiar aun cuando sea aadido un acido fuerte.

La Ka entonces es representado mediante la formula siguiente:

Ka= [H^+] [B-]/ [HB]

Donde

[H^+]=Concentracin de H^+ del acido.

[B^-]=Concentracin de iones del acido.

[HB]=Concentracin total del acido.

Recordando que al preparar una solucin del acido dbil tenemos una disociacin parcial del mismo:

Donde

[H^+]= [B^-]

[HB]=Concentracin inicial de HB-[H^+]

Respecto a la disociacin siguiente:

Xh----H2O---=H3O+

B-------H2O---=OH-

Adems decimos que esta disociacin en un medio acuoso como el agua se da principalmente a la capacidad de la misma de ser un anfolito es decir la capacidad de la misma de se actuar tanto como un acido o una base segn los iones presentes en la solucin, por ello tenemos otro concepto conocido como constante de ionizacin del agua (KW) el cual puede ser expresado de la forma siguiente

Kw= [H3O^+] [OH-]=10^-14

Por tanto decimos que

[H^+]=10^-7

[OH-]=10^-7 a una temperatura estndar de 25c

De donde obtenemos entonces el concepto de PH=potencial hidrogeno de una solucin

PH=-log [H^+]

POH=-log [OH^-]

PH+POH=14

PH=14-POH

Para el cual usamos el operando (p) que es igual a el logaritmo negativo de la concentracin de iones, ya que al ser cantidades extremadamente pequeas el PH entonces es reducido a una a un que va del 0-14

I------------------------I---------------------I

0 7 14

Acido Neutro BsicoEntonces dems a partir de la Ka de un acido con el operador (p) podemos obtener la constante de disociacin acida (ka) de una acido dbil siendo el resultado del log10Ka, donde:

Si pKa es pequeo=Acido dbil.

Si pKa es grande=Acido fuerte

Adems resulta importante descartar la relacin inversa de la Ka de un acido H (Ka) y su constante de basicidad (Kb) de su base conjugada es la siguiente:

Ka=(AH)=[A^-][H^+]/[AH] =[A^-][H^+][OH^-]/[AH][OH^-]

Ka=Kw/Kb(A^-) donde

Kw=Constante de disociacin del agua =10^-14.

Kb=Constante de basicidad.

A^-=Concentracin De iones.

Neutralizacin acido base.

Decimos que es aquella reaccin que se lleva acabo entre un acido y una base, que segn el carcter del acido o la base distinguimos 4 casos diferentes:

Acido fuerte Base fuerte.

Acido fuerte Base dbil.

Acido dbil Base fuerte: Este es el caso de nuestra titulacin del CH3-COOH con NaOH, donde que decimos que en el punto de equivalencia del PH>7, ya que este es el punto donde se han neutralizado la mitad de [H^+]

H= [A^-] y PH=pKa Determinacin de la constante de disociacin de un cido dbil.

MATERIALES:

Soporte universal.

Pinzas de doble presin. Matraz aforado (100 ml y 1 l)

5 Vasos de precipitados

Pipeta volumtrica (10 ml, y 20 ml)

Bureta (25 ml)

INSTRUMENTOS DE MEDICIN: PotencimetroEQUIPO DE LABORATORIO:

Balanza analtica

SUSTANCIAS Y REACTIVOS: Agua destilada

CH3COOH

NaOH

Fenolftalena PROCEDIMIENTOS:1. Realizar los clculos para preparar 1L. de solucin de NaOH 0.2M Y 100 ml de CH3 COOH (0.1 M).2. Preparar las mismas pesando las cantidades necesarias de reactivos y aforando con agua destilada.

3. Tomar alcuotas de 20 ml. en un vaso de precipitados de 50ml agregar fenolftalena y titularlo con NaOH

4. Purgar la bureta con la solucin de NaOH y colocndola arriba del vaso, abrir la llave poco a poco tomando el PH con el potencimetro en volumen de 0.5 ml hasta el punto de viraje y sobre coloracin del mismo anotando los resultados.

5. Graficar volumen contra el PH

6. Analizar resultados y obtener la constante de disociacin en base a la constante de acidez obtenida experimentalmente.

PREPARACIN DE SOLUCIONES: 0.1 M de CH3COOH

1.-Se toman 0.6 ml de cido actico 97% glacial en un vaso de precipitados de 50 ml con una pipeta graduada de 10 ml.2.-Se agrega el cido actico al matraz aforado de 100 ml aforando hasta el menisco.3.- Se agita hasta que se diluya totalmente y se traspasa el contenido en un frasco mbar de 100 ml.

PREPARACIN DE SOLUCIN 0.2 M DE NaOH:

1) Se pesarn 8 g de Hidrxido de sodio en la balanza analtica sin tocar el mismo reactivo y con guantes para evitar que se humecte.2) se traspasan los 8 g de NaOH a un matraz aforado de 1 l para despus aforar con agua destilada,3) se vaca el contenido en una botella de plstico de 1 l y se etiqueta.

DIAGRAMA DE FLUJO:

Resultados.Valor real Pka segn lo referido en tablas del CH3-COOH=1.75X10^-5

valoracin 1Valoracin 2Valoracin 3

PH inicial=2.8

[H^+]=X=1.5849X10^-3PH inicial=2.82

[H^+]=X=1.3804x10^-3PH inicial=2.8[H^+]=X=1.5849x10^-3

Concentracin de NaOH=0.2MConcentracin de NaOH=0.2MConcentracin de NaOH=0.2M

Concentracin de CH3-COOH obtenida por titulacin=0.11MConcentracin obtenida de CH3-COOH obtenida por titulacin =0.125MConcentracin obtenida de CH3-COOH obtenida por titulacin=0.1031

Ka=2.3168x10^-5Ka=1.5417x10^-5Ka=2.2650x10^-5

Volumen usado de NaOH 11Ml para el virajeVolumen usado de NaOH 12.5 Ml para el virajeVolumen usado de NaOH 11ml para el viraje

Anlisis de resultados.

Xm=[2.3168x10^-5+1.5417x10^-5+2.2650x10^-5]/3=2.0412x10^-5Error absoluto=X-X0= [2.0412x10^-5- 1.75X10^-5]=0.2912

Error relativo=Ea/X0 x100%=0.2912/1.75x100%=16.6381%Desviacin estndar=[0.3213+0.04339+0.2862]/3-1=0.3254

Conclusin.

Nuestra hiptesis dentro de lo que cabe fue cumplida de manera satisfactoria pues e cierto la constante de equilibrio en este caso Ka siempre tiende a ser menor a 1 pues el acido actico nunca se disocia totalmente en una solucin acuosa, adems el Ka obtenido aunque no fue exacto si se acerco al valor experimental obtenido en tablas por lo que el mtodo usado dentro de lo que cabe si resulta exacto y preciso, algunos factores que bien podran haber alterado los resultados y alejaron el valor de Ka del valor real pudieron haber sido la pureza que tenan algunos reactivos puesto que el NaOH se encontraba parcialmente hidratado por lo que lo que el pesaje fue alterado y este pudo no haber sido el real por consiguiente la solucin bien no pudo ser de la concentracin buscada y por consiguiente la valoracin del acido fue cambiada, adems otros errores humanos como error de medicin por una falsa percepcin del menisco en la bureta as como errores de pipeteo en la toma de las alcuotas se fueron sumando y con ello generando que nos alejramos mas y mas del valor real para mayor precisin tal vez hubiera sido recomendado realizar de 6-8 valoraciones con lo que se hubiera reducido mas el error adems de el uso de potencimetros aun ms precisos hubieran mejorado la obtencin de la curva de titulacin y por consiguiente la exactitud del punto final de cada titulacin aun as en general ha sido una prctica provechosa adems de la hiptesis resuelta s me ha generado una pregunta mas Cunto variara dicha Ka en diversos medios con diferente PH ya sea salino o alcalino y adems en funcin de temperaturas altas y muy bajas?MARCO TEORICO OBTENCION DE LA KPS DE UNA SAL POCO SOLUBLE.

Decimos que sal es un compuesto inico formado generalmente por cationes diferentes al H^+ y un anin diferente al OH^- y O^2-, estos a veces se forman por la unin de un acido y una base unindose sus pares conjugados.Las sales normalmente son consideradas en su mayora electrolitos es decir que poseen la capacidad de generar una diferencia de potencial y en disolucin acuosa estas se disocian en iones ya sea parcial o totalmente estos iones facilitan el paso de una corriente elctrica, para esto se hace una disolucin que es la solvatacin o disociacin de una sal en los iones que la componen.

Esto a veces llega a generar un precipitado es decir la formacin e un producto insoluble semislido.

Que se forme o no un precipitado en una solucin es dependiente de varios factores como son el PH, temperatura, concentraccion de los reactivos, as como el grado de solubilidad del soluto el cual podra definirse como la mxima cantidad que podemos agregar a un determinado volumen de solucin para que este se disuelva totalmente, dicha solubilidad sigue alguna reglas bsicas como son las siguientes:

Reglas de solubilidad de compuestos inicos a 25(c

Compuestos solubles Excepciones

Compuestos que contengan iones de metales alcalinos Como (Li^+, Na^+, k^+Rb^+, Cs^+ y el ion amonio NH4^+)

Nitratos (NO3^-), Bicarbonatos (HCO3^-) y cloratos (CLO3^-)

Haluros (Cl^,-Br^-, I^-) Haluros de Ag^+, Hg2^+ y Pb^2+ Sulfatos Ag^+, Ca^2+, Sr^2+, Ba^2+ y Pb^2+Compuestos insolubles Excepciones

Carbonatos (CO3^2- ), fosfatos (PO4^3- ), Comp. Iones metlicos alcalinos y el

Cromatos (Cro4^2- ), sulfuros(S^2- ), ion amonio y bario.

Hidrxidos (OH^-)

Factores que afectan la solubilidad.

Temperatura: Normalmente el factor solubilidad aumenta cuanto se incrementa la temperatura aunque hay sus excepciones.

Adems:

Proceso exotrmico {TSolubilidad disminuye y si TLa solubilidad aumenta.Proceso endotrmico {TSolubilidad aumenta Tsolubilidad disminuye.

Presin=La presin tiene una importancia relativamente menor para los lquidos y slidos.

Carcter qumico=Dependiendo de la naturaleza de los iones que conforman un enlace as como la naturaleza del enlace en una sal.

Solubilidad segn el tipo de enlace:

Inico=Se disuelven ms fcilmente en agua

Covalente=Algunos logran disolverse en agua aunque algunos otros se disuelven en solventes orgnicos.

Solubilidad de los gases. En los gases es dependiente de la naturaleza de dicho gas, por ejemplo N2, H2, O2 son relativamente insolubles en agua.

Entonces para determinar cuan soluble es una sal usamos la constante de solubilidad, la cual sera la Que en un proceso de solvatacin o disociacin de una sal en sus iones componentes,se podra decir que es el producto de la concentracin molar de los iones que constituyen a una sal, cada uno elevado a la potencia igual a su coeficiente estequiometrico dentro de su ecuacin de disociacin de la sal en equilibrio donde decimos que tal valor en una sala poco soluble siempre ser Kps