Reporte de Laboratorio

Universidad Autnoma de YucatnFacultad de Ingeniera Qumica

Reporte de LaboratorioPrctica #1

Equilibrio QumicoQI. Humberto lvarez Uribe

Equipo 1Samantha vila Ayala Abel Canul EcheverraGabriela Mrquez Lara

2 de marzo de 2015

Objetivos

Predecir la direccin en la que se desplazan los equilibrios cido-base, complejacin y precipitacin investigados cuando, una vez alcanzado la posicin de equilibrio, se alteran las concentraciones y temperatura. Principio de Le Chtelier. Diferenciar los iones espectadores de los iones responsables por la alteracin del equilibrio

IntroduccinLa palabra equilibrio denota una condicin esttica, la ausencia de un cambio. En termodinmica el trmino se emplea no slo para denotar la ausencia de cambio, sino tambin la ausencia de cualquier tendencia hacia un cambio a escala macroscpica. Una reaccin alcanza el equilibrio qumico cuando las concentraciones de los reactivos y productos ya no experimentan cambio alguno, en otras palabras, las reacciones opuestas avanzan a velocidades iguales. Se forman a la misma tasa tanto productos como reactivos.

El equilibrio qumico es un fenmeno cuya naturaleza dinmica permite su modificacin con slo variar algunos factores de los que depende, como presin, temperatura, volumen o concentraciones que intervienen en la reaccin, esto se observa en la importancia de aumentar rendimiento en los procesos industriales.

Sin embargo, cuando ya se ha alcanzado el equilibrio, la concentracin de equilibrio de los reactivos y productos se puede alterar si se aplica tensin al sistema; por ejemplo, cambiando la temperatura, la presin o la concentracin de uno de los reactivos. Entonces el sistema se desplazar de forma que neutralice o minimice el efecto del cambio. (Principio de Le Chtelier).

Al momento de hablar de sistemas en solucin acuosa, existen iones o molculas que al agregarse producen un cambio, estos se llaman iones o molculas principales y los dems se llaman iones o molculas espectadores las cuales no afectan a la reaccin.

El equilibrio puede cambiar por:a) Efecto del pH (sobre el indicador cido-base de azul de timol (AT)). >Parte AAT-(OH)2 (rojo-rosa) AT-(OH) (Amarillo-naranja) AT-O- (azul)

b) Efecto de los cambios de concentracin (de diversos iones principales sobre la complejacin de Fe+3 con SCN-). >Parte BFeCl3 (ac) + KSCN (ac) FeSCN+2 + KCl (ac) es decir,Fe+3(ac) (amarillo/naranja) + SCN-(ac) (incoloro) FeSCN+2 (rojo obscuro)

c) Efecto de la temperatura (sobre la reaccin). >Parte CCo (H2O)+2 (ac) (rosado) +2Cl-(ac) (incoloro)+ T Co (H2O) 4Cl2 (ac) (azul) + H2O

Materiales y ReactivosParte A 1 Vaso de precipitado de 50 Ml 1 frasco gotero con sol. Indicadora al 0.04% de azul de timol 2 frascos goteros o 2 pipetas de Pasteur para el HCl y NaOH Otros reactivos: 0.5 M HCl Y 0.5 M NaOHParte B 1 Vaso de precipitado de 10 ml 3 Tubos de ensayo 1 Gradilla 1 pipeta graduada de 10 ml 1 pipetor o perilla 1 gotero o pipeta de Pasteur 5 goteros con cada una de las soluciones: 0.1% de FeCl3 5% de KSCN 4 M de KCl 0.1 M de AgNO3 6 M de NaOHParte C 1 Frasco gotero con solucin al 5% de CoCl2 1 Pedazo de papel filtro 1 Varilla de Vidrio 1 Placa de Calentamiento

Desarrollo ExperimentalParte A. Efecto de pH sobre el equilibrio del indicador azul de timol.1. En un vaso de precipitado de 50 ml con 25 ml de agua se le aadi 35 gotas de sol. de azul de timol [0.04%] y se homogeneiz la solucin2. Se adicion a la solucin 5 gotas de sol. de HCl [0.5 M], se homogeneiz y se determin el color observado3. Se repiti el paso 2 con 10 gotas de sol. de HCl [0.5 M]4. Se agreg a la solucin 7 gotas de NaOH [0.5 M], se observ el cambio de color (2 veces)5. Se incorpor la solucin de HCl [0.5 M] gota a gota hasta obtener un tono amarillo.6. Se verti la solucin en el lavabo mientras el agua corra.

Parte B. Efecto de las concentraciones de iones sobre el equilibrio cloruro frrico-tiocianato.1. Se aadi con una pipeta graduada 8 ml KSCN [5%] a un vaso de precipitado de 10 ml2. Se adicion a la solucin 10 gotas de FeCl3 [0.1%], se dej de agitar al homogeneizarse3. Se agreg a cada uno de los 3 tubos de ensayo 30 gotas de la mezcla anterior, posteriormente se etiquet4. Tubo #1, se aadi 4 gotas de AgNO3 [0.1 N], se mezcl la solucin y se registraron los cambios. 5. Tubo #2, se agreg 15 gotas de KCl [4 M], se mezcl y se anotaron los cambios 6. Tubo #3, se adicion 15 gotas FeCl3 [0.1 M], se mezcl. En seguida, se aadi 20 gotas de NaOH [6 M], se mezcl y esper para anotar los cambios ocurridos.7. En los pasos 4, 5 y 6 se contestaron las siguientes preguntas: Cul es el in principal y cul es el in espectador? Explica que equilibrio secundario sucedi Hacia dnde se desplaz el equilibrio?

Parte C. Efecto de la temperatura sobre el equilibrio CoCl21. Se remoj una varilla en solucin CoCl2 (5 segundos)2. Con la varilla se hizo una figura en el pedazo de papel filtro, se observ el color original de la solucin de CoCl2 en el papel.3. Se coloc el papel filtro en la placa de calentamiento, se encendi a una graduacin divisin #5 y se calent durante 1 o 2 minutos. Se anotaron los cambios observados.4. Se contest la siguiente pregunta Hacia dnde se desplaza el equilibrio y por qu?5. Se apag y desconect la placa, los residuos se vertieron en los frascos correspondientes, se lav y devolvi el material usado y por ltimo se limpi la respectiva rea de trabajo.

Resultados y discusiones

ReactivoCantidadColorObservaciones

Azul de timol35 gotasAmarillo naranja

HCl 0.5 M5 gotasNaranja rosadoProbable desplazamiento hacia la izquierda (cido)

HCl 0.5 M10 gotasRojo-rosaDesplazamiento a la izquierda (+ cido)

NaOH 0.5 M7 gotasRosado naranjaProbable desplazamiento a la derecha (- cido)

NaOH 0.5 M7 gotasNaranja claroDesplazamiento a la derecha (- cido, casi neutro)

NaOH 0.5 M10 gotasAzulDesplazamiento a la derecha (bsico)

HCl 0.5 M4 gotasAmarillo naranjaDesplazamiento a la izquierda (neutro)

Tabla 1. Resultados obtenidos de la parte A.

ReactivoCantidadColorObservaciones

KSCN8 mlIncoloro

FeCl310 gotasRojo naranjaDesplazamiento a la derecha

AgNO3 0.1 N4 gotas (tubo 1)Naranja claroSe form precipitado

KCl 4 M15 gotas (tubo 2)Naranja-rosa claroDesplazamiento a la izquierda

FeCl3 (parte 1)15 gotas (tubo 3)Rojo oscuroDesplazamiento a los productos

NaOH 6 M (parte 2)20 gotas (tubo 3)Amarillo claro

Tabla 2. Resultados obtenidos de la parte B.

Ion(es) principal(es)Ion(es) espectador(es)

Rxn inicialFe3+, SCN-K+, Cl-

Tubo 1Ag+, Cl-, FeSCN2+K+, NO3-

Tubo 2FeSCN2+K+, Cl-

Tubo 3 (parte 1)FeSCN2+, Fe3+, SCN-K+, Cl-

Tubo 3 Fe3+, OH-K+, Cl, Na+, SCN-

Tabla 3. Iones principales o espectadores segn el tubo en el que hayan reaccionado.

Cloruro de Cobalto (CoCl2)

Color inicialRosado o palo de rosa

Cambio de color observadoPaso de color rosa plido a azul al aumentar la temperatura.Al enfriarse el papel, la solucin regres a su color original.

Desplazamiento del equilibrioA la derecha (productos)

Tipo de reaccinEndotrmica

Tabla 4. Datos recabados a travs de la observacin durante la reaccin en la parte C.

Las observaciones de la Tabla 1 estn basadas en la siguiente reaccin:

AT-(OH)2AT-(OH)AT-O-

Rojo-rosaAmarillo-naranjaAzul

Los cambios de color se deben a la estructura qumica del azul de timol, ya que es un compuesto (de sntesis orgnica de formula C27H30O5S) con un grupo OH y con O=, como se muestra en la figura 1. En las tablas de colores de indicadores, aparece el intervalo de transicin (intervalo de pH) para el azul timol [1]:IntervaloColor

pH1.2-2.8Rojo

pH2.8-8.0Naranja-amarillo

pH8.0-9.2Azul

Tabla 5. Intervalos de Transicin para el Azul de Timol

Figura 1. Estructura qumica del Azul de Timol.

Se puede apreciar que el azul de timol diluido en agua presenta una coloracin amarillo-naranja, por lo que podra decirse que se encuentra neutro. Debido a que es un indicador, al agregar una solucin cida como el HCl y perturbar el equilibrio, la reaccin se desplaza a la izquierda (aumenta su acidez) para contrarrestar dicho disturbio, cambiando de color a un rojo-rosado. Igualmente, segn lo experimentado, para lograr que el nuevo sistema se altere y cambie de un pH cido a un pH bsico, se necesit de 24 gotas para lograr un completo desplazamiento hacia la derecha, es decir, que pase de color rojo-rosado a naranja-amarillo (neutro) y por ltimo a azul.

Los resultados de la Tabla 2 se basan en la reaccin:

FeCl3(ac) + KSCN(ac)FeSCN3+ + KCl(ac)

Fe3+ (amarillo-naranja) + SCN- (incoloro) FeSCN2+ (rojo obscuro)

Al aadir el FeCl3 al KSCN se not un cambi en la coloracin, de incoloro a rojo-naranja, debido a la formacin del complejo FeSCN3+. Durante esta reaccin los iones K+ y Cl- son iones espectadores, como se muestra en la tabla 3.

Para el tubo #1, se aadi AgNO3. Este reaccion con el KCl para formar el precipitado de AgCl y KNO3(ac) como solvente, en presencia del complejo FeSCN2+ el cual denota el color. En la tabla 3, se puede ver que los iones espectadores son el K+ y el NO3- ya que no sufren ningn cambio durante la reaccin, nicamente balancean la carga elctrica.

La reaccin en el tubo #2 se dio por la aadidura del ms KCl, que ocasion una reversin parcial hacia los reactivos, es decir, se form de nuevo el KSCN (incoloro) disminuyendo la intensidad del color rojo aportado por el FeSCN2+.

La reaccin del tubo #3 se dio en 2 partes. Primeramente, se agreg FeCl3 (reactivo de la reaccin inicial) que tuvo como consecuencia la formacin de ms FeSCN2+ (producto) incrementando la tonalidad del color rojo. Sin embargo, en la segunda parte, al adicionar en NaOH el color de la solucin sufri un cambio radical tornndose amarillo claro. Esto se debi a que la base agregada reacciona con el Fe del complejo FeSCN2+, reduciendo as la concentracin de estos y por ende, el color de dicho complejo desaparece.

Por ltimo, la tabla 4 nos indica claramente los cambios que se presentan en la reaccin endotrmica del CoCl2 (ac). La razn es debido a la estructura inicial de la solucin, como se muestra a continuacin:

Co(H2O)62+(ac) + 4Cl-(ac)CoCl42-(ac) + H2O(l)

Rosa plidoAzul

No obstante cuando se calienta, la disolucin se torna un color azul; esto indica que el equilibrio se ha desplazado para formar CoCl42-. Al enfriarse el papel, la reaccin se revierte, obteniendo nuevamente un color rosado en la figura dibujada, lo cual indica que el equilibrio se ha desplazado hacia la formacin de ms Co(H2O)62+ [2].

ConclusionesGracias a principio de Le Chtelier se analiz el comportamiento de la reaccin, es decir si la reaccin se desplazar hacia productos o reactivos, de tal forma que tenga un nuevo equilibrio y la ecuacin se encuentre balanceada; esto en gran parte depender de nuestros iones principales. Se realiz con el fin de comprender la importancia de agregar un ion principal, debido a que esta presentara un cambio dependiente de la reaccin provocando que esta se traslade hacia la derecha o hacia la izquierda, este cambio se observ claramente con la ayuda de un indicador.

Citas dentro del texto y bibliografa numerada Brown, LeMay, Bursten (2004). Qumica la ciencia central. 9a edicin, Mxico, Pearson, pp 594-595. Chang, College.(2002) Qumica. 7a edicin. McGraw-Hill, pp 582-583. Christian. (2009) Qumica Analtica. 6a edicin. McGraw-Hill, pp 192. Smith, Van Ness, Abbott. (1996). Introduccin a la termodinmica en Ingeniera Qumica. 5a edicin, McGraw-Hill, pp 38-39.[1] Harris, D. (2007). Anlisis Qumico Cualitativo. 6a ed., Espaa, Revert S.A., pp. 239-242.[2] Brown, T.L. et al. (2004). Qumica la Ciencia Central. 9a ed., Mxico, Pearson educacin, pp. 120-122, 598-602.

Anexos

PARTE A

8

Figura 2. Indicador Azul de Timol en agua

Figura 3. Resultado despus de 15 gotas de HCl

Figura 4. Resultado despus de 24 gotas de NaOH

PARTE B

Figura 5. Reaccin de FeCl3 + KSCNFigura 6. Reaccin en el tubo 2

Figura 7. Reacciones en el tubo 3

PARTE C

Figura 8. Reaccin inicial de CoCl2.

Figura 9. Reaccin en curso.