PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE QUÍMICA DE LA UNIVERSIDAD PANAMERICANA

Indice1. Practica 1 2. Práctica No. 2 3. Práctica No. 3 4. Practica No. 4

1. Practica 1

Objetivos El alumno: 1.- Conocerá las reglas básicas de higiene y de seguridad que se deben observar en un laboratorio de quimica. 2.- Conocerá el material básico del laboratorio, su manejo y las precauciones que se deben tener al utilizado. 3.- Identificará algunas de las sustancias químicas empleadas comúnmente, sus usos y precauciones.

Introducción El laboratorio de química es el lugar donde se comprueba la validez de los principios químicos. Es fundamental para ello contar con el material adecuado y realizar análisis químicos confiables. Este úhlmo aspecto implica, entre otras cosas, conocer las características de los reactivos utilizados en el experimento. Un laboratorio de química no es un sitio peligroso si el experimentador es prudente y sigue todas tas instrucciones con el mayor cuidado posible. Es importante no tratar de realizar experimentos por si solos, sin tener la aprobación del instructor. La mayor parte de las sustancias químicas con las que se trabaja en el laboratorio son tóxicas, debido a ello, nunca deberá ingerirse alguna de ellas, a menos que el profesor aconseje hacerlo. En ocasiones, es necesario reconocer una sustancia por su olor. La manera adecuada de hacedo consiste en ventilar, con la mano, hacia la nariz un poco del vapor de la sustancia y aspirar indirectamente (nunca Inhalar directamente del recipiente). Muchas sustancias producen vapores nocivos para la salud o son explosivas. Esta Información se puede conocer a partir de la etiqueta que acompaña al recipiente que contiene a la sustancia. Es por ello fundamental leer la etiqueta antes de utilizar el reactivo. En caso de heridas, quemaduras con llama o salpicaduras de sustancias caústicas, se debe acudir inmediatamente con el profesor y, si el caso lo amerita, se debe consultar al médico. Se debe tener cuidado con los bordes agudos del material de vidrio, si se detectan algunos, se deberán redondear con la flama del mechero o con una lima. Se recomienda el uso de bata cuando se trabaje en el laboratorio. Debido a la alta peligrosidad de los reactivos, está prohibido estrictamente introducir alimentos al laboratorio. Cuando la sesión experimental haya finalizado, el alumno deberá limpiar su lugar de trabajo y se deberá cerciorar de que las llaves del gas y del agua queden cerradas. Antes de salir del laboratorio, el alumno deberá lavarse las manos.

Desarrollo Actividad 1. El profesor indicará los puntos más importantes del reglamento de higiene y seguridad que se deben observar en el laboratorio de química. Actividad 2. El profesor mostrará a los alumnos el mataríal más común que se utiliza en el laboratorio de química, señalando sus usos y las precauciones que hay que tener durante su manejo. Actividad 3. El profesor mostrará algunos reactivos de uso común en el laboratorio, señalando sus características, usos y cuidados que se deben tener al utilizados.

Cuestionario 1.- Indique el nombre del material de laboratorio que podría emplearse para: a) Medir volúmenes. b) Mezclar reactivos en fase líquida o en solución. c) Efectuar reacciones de neutralización. 2.- Investigue las características del vidrio pyrex que normalmente se utiliza en la fabricación del material de vidrio en el laboratorio. 3.- Mencione algunas otras medidas de seguridad, diferentes a las indicadas por el profesor y que, desde su punto de vista, son también importantes en el trabajo de laboratorio. 4.- Indique en qué tipo de recipientes se deben almacenar soluciones: a) Muy básicas. b) Inestables a la luz. S.- Elija un reactivo específico de los mencionados por el profesor durante la sesión y anote la información que contiene la etiqueta que acompaña al recipiente.

Bibliografia 1.- Garzón, G.G. Fundamentos de Química general, 211 ed., MeGraw-Hili, México, 1 986. 2.- Brown, T.L., Lemay, H.E. y Bursten, B.E. Quirnica. La Ciencia Central, Prenties & Ha¡¡, México, 1991. 3.- Ocampo, G.A. et al. Prácticas de Química 1-2. Publicaciones Cultura¡, primera reirnpresíón, México, 1983.

2. Práctica No. 2

Ley de la conservación de la materia Objetivos El alumno comprobará experimentalmente la ley de la conservación de la materia.

Introducción Los primeros experimentos cuantitativos que demostraron la ley de la conservación de la materia se atribuyen al famoso científico francés Jaseph Antoine Laurent Lavoisier (1743- 1794). Sus más célebres experimentos fueron en la esfera de la combustión. En sus tiempos se explicaba la combustión con base en la teoría del flogisto, según la cual todas las sustancias inflamables contenían una sustancia llamada flogísto, la cual se desprendía durante el proceso de la combustión. Sin embargo, cuando Lavoisier usó sus delicadas balanzas encontró que la sustancia poseía una masa mayor después de dicho proceso, lo cual refutaba la teoría del flogisto. De acuerdo con sus resultados experimentales, Lavoisier estableció varias conclusiones. En primer lugar, reconoció claramente la falsedad de la teoría del flogisto sobre la combustión y declaró que ésta es la unión del oxígeno con la sustancia que arde. En segundo lugar, demostró claramente su teoría de la indestructibilidad o conservación de la materia, la cual expresa que la sustancia puede combinarse o alterarse en las reacciones, pero no puede desvanecerse en la nada ni crearse de la nada. Esta teoría se convirtió en la base de las ecuaciones y fórmulas de la química moderna.

Biografía de Lavoiser Lavoisier nació en París el 26 de agosto de 1743. De familia acomodada, se dedicó simultáneamente al cultivo de la política y de la ciencia. Miembro de la Ferme générale, principal organismo de recaudación de impuestos, accedió posteriormente al cargo de inspector general de fabricación de pólvora. Las primeras investigaciones científicas de Lavoisier se centraron en la determinación de las variaciones de peso sufridas por los cuerpos al ser quemados. Comprobó asimismo que esta diferencia se debía a un gas, del mismo aspecto del aire atmosférico, al que bautizó con el nombre de oxígeno. En 1777 fue capaz de descomponer aire en oxígeno y nitrógeno y volver a formarlo nuevamente a partir de estos elementos, con lo que su aseveración se demostró. Como apoyo a su trabajo experimental, definió la materia como un ente susceptible de ser pesado, concepto que desarrolló paralelamente a un perfeccionamiento de la balanza. Enunció asimismo la ley de conservación de la masa en las reacciones, fundamental en la historia de la química, e identificó la noción de elemento como aquella sustancia que no podía descomponerse por la acción de procesos químicos. Realizó las primeras medidas calorimétricas y estudió, junto a Pierre-Simon Laplace, la respiración animal como un resultado de fenómenos de combustión interna de los tejidos bajo la acción del oxígeno. En su obra Traité élémentaire de chimie (1789; Tratado elemental de química), propuso la utilización de una nomenclatura química sistemática y racional y acabó con las teorías flogicistas de la combustión metálica (el flogisto era un hipotético principio inflamable contenido en todas las sustancias combustibles) que consideraban la cal, y no el metal, como sustancia básica de la misma. Lavoisier ocupó el cargo de diputado suplente en los Estados Generales de 1789, tras la revolución francesa, y, sucesivamente, fue nombrado miembro de la comisión de pesas y medidas y secretario del tesoro. En esta época escribió un tratado sobre economía y distribución de la riqueza. En 1793, la Convención Nacional, gobierno de la revolución, decretó la detención de los recaudadores generales, entre los que se encontraba Lavoisier. Condenado a muerte, fue guillotinado en París el 8 de mayo de 1794.

Material Y Equipo 1 — Una balanza analítica o semianalítica. 2.- Dos matraces erlenmeyer de 250 ml. 3.- Una probeta de 100 ml. 4.- Un vaso de precipitados de 25 ml. 5.- Un mortero con pistilo. 6.- Dos globos.

Reactivos 1.- Una tableta de alka-seltzer. Aspirina 0.325g Bicarbonato de sodio 1.700g Ácido Cítrico 1.000g Pastilla (sólido). Reacciona con el agua de forma exotérmica y lo que se libera es CO2. 2.- Bicarbonato de sodio. Na2CO3 Compuesto formado por carbono, oxígeno y sodio. Polvo (sólido). 3.- Ácido clorhídrico al 4% (aprox.). Diluido. Líquido. 4.- Agua destilada. H2O No conduce la energía eléctrica. Líquido.

Hipótesis Se comprueba la ley de la conservación de la materia, las masas permanecen constantes después de los experimentos.

Desarrollo Actividad 1. El profesor verificará que los alumnos posean los conocimientos teóricos necesarios para la realización de la práctica. Actividad 2. A) coloque en un matraz erlenmeyer 20 ml de agua destilada y 20 ml de ácido clorhídrico, empleando la probeta. b) En el mortero triture con el pistilo una tableta de alka-seltzer. A continuación vierta el polvo en el interior de un globo, teniendo cuidado de que no quede en las paredes exteriores del mismo. e) Embone la boca del globo con la del matraz erlenmeyer, asegurándose de que no caiga alka-seltzer dentro del matraz. Determine la masa de todo el sistema. d) Levante el globo para que el alka-seltzer caiga dentro del matraz y espere a que la reacción que se produce finalice. e) Determine nuevamente la masa de todo el sistema. 9 Determine el diámetro del globo inflado.

Actividad 3. a) Coloque en un matraz erlenmeyer 20 ml de HCI, empleando la probeta. b) Coloque en el interior del globo 1,5 g aproximadamente de NaHCO3, teniendo cuidado de que no quede en las paredes exteriores del mismo. e) Repita los pasos c) a f) mencionados en la actividad 2

Cuestionario 1.- Investigue cuál es la sustancia o sustancias que se utilizan en la fabricación del alka – seltzer. Aspirina 0.325g Bicarbonato de sodio 1.700g Ácido Cítrico 1.000g 2.- Con los resultados obtenidos complete la tabla siguiente.

3.- De acuerdo con los datos de la tabla anterior, ¿se cumple la ley de la conservación de la materia en ambas actividades?. R= No. 4.- Si la respuesta anterior fue negativa, analice si la fuerza de flotación es un factor que influyó en los experimentos. Si es así, considérela en sus cálculos pata verificar la ley de la conservación de la materia. R= La fuerza de flotación sí influye. 5.- Escriba las ecuaciones químicas de las reacciones que se llevaron a cabo en ambas actividades.

Discusión La diferencia entre las masas iniciales y finales es causada por el efecto de flotación que se genera cuando el gas producido en la reacción desplaza aire atmosférico al inflarse el globo.

Conclusión Se comprueba la ley de la conservación de la materia. La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. La masa permanece constante pero el peso no. Se percibe la diferencia entre masa y peso.

Bibliografia 1.- Mortimer, E.C. Quimica. Grupo Editorial lberoamericana,1983. 2.- Greene, J.E. 100 Grandes Científicos. Diana, México, 1981. 3.- Chang, R. Quírnica. Me Graw-Hill, México, 1994.

3. Práctica No. 3

Rendimiento de una reacción química Objetivos El alumno: 1.- Comprenderá el concepto de reactivo limitante y de reactivo en exceso en una reacción química. 2.- Determinará las cantidades estequiométriras de los reactivos que se requieren para producir una determinada cantidad de productos. 3.- Determinará el rendimiento porcentual de una reacción química.

Introducción Para interpretar una reacción de manera cuantitativa, es necesario aplicar los conocimientos de masa molares y mol. En una reacción química donde intervienen dos reactivos, la sustancia que se consume completamente recibe el nombre de reactivo limitante, porque es el que determina la cantidad de producto que se forma. El otro reactivo se conoce corno reactivo en exceso. La estequiometría es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química. Para determinar cuál es el reactivo limitante en una reacción química dada, es necesario conocer la ecuación estequiométrica, así como las cantidades teóricas que se requieren de los reactivos para generar determinado producto. El método más común por el cual se establece la cantidad de reactivo y producto es el método de mol, significa que los coeficientes estequimétricos en una ecuación química se pueden interpretar como el número de moles de cada sustancia.

Por otra parte, la cantidad de producto que se forma cuando el reactivo limitante ha reaccionado totalmente, se denomina rendimiento teórico. El rendimiento teórico es el máximo que se puede obtener. La cantidad de producto que realmente se obtiene en una reacción se llama rendimiento real. El rendimiento teórico es mayor que el rendimiento real, ya que en este último se pueden originar pérdidas de producto durante el desarrollo del experimento. Sin embargo, es más común en una reacción química determinar el porcentaje de rendimiento de cierto producto, mediante la expresión siguiente: %porcentaje de rendimiento = (rendimiento real / rendimiento teórico) x 100%

Material Y Equipo

1.- Dos soportes universales. 2.- Una balanza semianalítica.

3.- Una probeta de 100 ml,

4.- Un anillo metálico, 5.- Una jeringa de plástico de 5 mi con aguja. 6.- Una pinza de tres dedos. 7.- Un recipiente de plástico.

8.- Un tubo de ensayo con tapón de hule horadado. 9.- Tubo de vidrio. 10.- Manguera de hule.

REACTIVOS

1.- Ácido clorídrico, 1 M. Diluido. Líquido. 2.- Cinc metálico.

• El reactivo limitante, que es el que se encuentra en menor cantidad, en el caso de esta reacción es el cinc.
• Por lo tanto el reactivo en exceso será el ácido clorhídrico.
• Debido a imperfecciones con el material el porcentaje del rendimiento debe ser menor. Es muy difícil conseguir el 100%.

Actividad 1. El profesor verificará que los alumnos posean los conocimientos teóricos necesarios para la realización de la práctica. Actividad 2. a) Coloque 0.1 g de Zn metálico en el tubo de ensayo. b) Introduzca un tramo de tubo de vidrio al tapón de hule horadado, de tal manera que lo atraviese (precaución: utilice una franela para realizar tal operación), Adapte el tapón, con el tubo de vidrio, al tubo de ensayo. c) Llene el recipiente de plástico con agua hasta las tres cuartas partes de su capacidad, aproximadamente. d) Lleno la probeta con agua hasta el ras o inviértala para sumergirla en el agua de¡ recipiente de plástico. Utilice el anillo metálico para apoyar la probeta. e) Inserte un tramo de manguera de hule el tubo de vidrio, acoplado al tapón, e introduzca el otro extremo de la manguera a la probeta invertida. El dispositivo experimental se muestra a continuación. f)Coloque 5 ml de ácido clorhídrico en la jeringa (precaución: el ácido clorhídrico genera gases tóxicos) y perfore con la aguja el tapón que sella el tubo. Oprima el émbolo para añadir el ácido al cinc metálico. Espere a que la reacción finalice. g) Mida y anote el volumen de gas que se recolectó en la probeta.

Cuestionario 1 — Escriba la ecuación química que se lleva a cabo entre el cinc metálico y el ácido clorhídrico. Zn+HCl ZnCl2+H2 Zn+2HCl ZnCl2+H2

2.- Indique mediante los cálculos necesarios cuál es el reactivo limitante y cuál es el reactivo en exceso. El reactivo limitante es el Zn. 3.- Determine la masa teórica de hidrógeno que debería obtenerse en la reacción. R =(PV)/latinQ=(0.77105263+0.046)/(0.082*295) = 1.466243117*10-34.- Determine la masa real de hidrógeno que se obtiene, Considere que el hidrógeno se comporta como un gas ideal. R =(PV)/latinQ=(0.77105263+0.046)/(0.082*295) = 1.466243117*10-3*1.000797*2=2.95585149*10-35.- Calcule el rendimiento porcentual del hidrógeno.

Discusión Si coincide con la hipótesis el reactivo limitante. Y el porcentaje de rendimiento es menor a 100%.

Conclusión Definitivamente la cantidad de reactivo limitante depende la cantidad de producto terminado. El rendimiento de cualquier reacción depende así mismo de factores variables tales como exactitud en medidas, buen estado de los reactivos así como su concentración.

Bibliografía 1.- Br,own, T.L., Lemay, H.E, y Bursten, B,E. Química. La Ciencia Central. Prentice-Hali, México, 1991. 2.- Russeli, J.B. y Larena, A. Quíffiíca. MeGra@N-Hili, México, 1990. 3.- Chang, R. Química. MoGraw-Hill, México, 1994.

4. Practica No. 4

Valoración Ácido-Base- Objetivos el Alumno: 1.- Conocerá y aplicará el método volumétrico para realizar una titulación ácido-base. 2.- Determinará el punto de equivalencia de una reacción ácido-base, mediante el uso de una disolución indicadora.

3.- Justificará mediante los resultados obtenidos la validez de la reacción química que se establece entre un ácido fuerte y una base fuerte.

Introducción Desde los albores de la química experimenta¡, los científicos se dieron cuenta de que algunas sustancias, llamadas ácidos, tienen un sabor agrio y pueden clisolver los metales activos como el hierro y el cine. los ácidos también ocasionan que ciertos tintes vegetales como el tornasol cambien de color. En forma semejante, las bases tienen propiedades características, como su sabor amargo y su sensación resbalosa al tacto. Las bases presentan, corno los ácidos, la característica de que cambian la coloración de ciertas sustancias vegetales. La técnica de titulación ácido-base consiste en emplear un ácido de concentración conocida para valorar una base de concentración desconocida o viceversa. Para determinar el punto final (o de equivalencia) de la reacción se pueden utilizar indicadores colorimétrícos o potenciómetros. En esta práctica se utilizará una disolución de fenolftaleína como indicador del fín de la reacción, y se trabajará con un ácido y una base fuertes.

Material y equipo 1.- Un soporte con varilla. 2.- Una pinza doble para burota. 3.- Una burote de vidrio de 50 ml. 4.- Un matraz erlenmeyer de 250 ml. 5.- Una parrilla de agitación. 6.- Un agitador magnético. 7.- Un embudo de filtración, 8.- Dos pipetas volumétricas: una de 20 ml., y otra de 10 ml. 9.- Una perilla de hule. 10.- Papel pH. 1 1.- Un vaso de precipitados de 100 ml.

Reactivos 1.- Agua destilada. 2.- Disolución de fenolftaleírta. 3.- Hidróxido de sodio, 0. 1 M. 4.- Ácido clorhídrico, 0.1 M.

Desarrollo actividad 1. El profesor verificará que los alumnos posean los conocimientos teóricos necesarios para la realización de la práctica. Actividad 2. a) Verifique que la llave de la bureta esté cerrada. Víerta en ella disolución de hidróxido de sodío (precaución: el hidróxido de sodio es caústica, Sí le cae en las manos, lávese con agua en abundancia), empleando el embudo de filtración. Cuando haya adicioado 20 6 30 ml., coloque un vaso de precipitados limpio debajo de la punta de la bureta y abra la llave completamente hasta que se hayan desalojado, aproximadamente, 10 ml. de la solución de hidróxido de sodio. Cierre la llave de la bureta. La operación anterior es con el objeto de eliminar las burbujas de aire que hayan quedado ocluidas en la misma, durante su llenado. A continuación lleno la burela con más disolución de NAOH hasta la marca de 0 ml. b) Coloque la bureta en la pinza doble, la cual ya estará previamente fija en la varilla del soporte. c) Vierta 30 mi de la solución de ácido clorhídrica (tenga precaución durante su manejo, es tóxico e irritante), utilizando las pipetas, en un matraz erlenmeyer. lnclíne el Matraz ligeramente y deje resbalar la barrita de agitación por las paredes. d) Coloque el matraz edenmeyer sobre la parrilla de agitación, colocando entre ésta y aquél una hoja blanca. La hoja se coloca con el objeto de observar mejor el cambio de color del indicador, e) Coloque la bureta de tal manera que la punta de ésta quede en el interior del matraz y a 1 cm abajo, apropirnadamente, de la boca del mismo. f) Añada de dos a tres gotas de la disolución de fenolftaleína al ácido clorhídrico contenido en el matraz edenmeyer. g) Encienda la parrilla. Verifique que el botón de calentarniento esté Inactivo, y dé vuelta al botón de agitación hasta que la barrita magnética gire a una velocidad moderada. h) Abra la llave de la bureta para adicionar la solución, de hidróxido de sodio. Se recomienda no abrida totalmente, ya que de esta manera se tiene un mejor control sobre el volumen de sosa adicionado. i) Un buen indicio de que el punto de equivalencia está cercano, consiste en que cuando la solución de hidróxido de sodio se pone en contacto con la del ácido clorhídrico, la coloracíón rosa no desaparece tan rápidamente como al principio de la titulación. Es aconsejable en este momento disminuir la rapidez de goteo, para que en el momento en que la disolución del matraz adquiera un color rosa muy tenue, pero persistente, se cierre la llave de la bureta. j) Anote el volumen de hidróxido de sodio que se utilizó en la valoración. k) Introduzca un pedazo de papel pH en la disolución del matraz erienrneyer, y anote el valor que tiene, mediante la escala de pH. Asimismo, tome los valores de pH, tanto para la solución del hidróxido de sodio como para ¡a del ácido clorhídrico.

Cuestionario 1.- Defina el concepto de un ácido y de una base según las teorías de- a) Arrhenius. b) Bconsted-Lowry. 2.- Describa brevemente cómo prepararía- a) 250 mi de disolución de hidróxido de sodio, 0. 1 M, a partir de sosa caústica en lentejas. b) 250 mi de disolución de ácido clorhídrico, 0. 1M, a partir de ácido clorhídrico comercial (37.8 % en masa, densidad = 1.19 glcm). 3.- Escriba la ecuación química de la reacción que se establece entre el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico. 4.- Con base en la ecuación química anterior y el volumen de hidróxido de sodio que se utilizó en la valoración, determine el volumen de ácido clorhídrico necesario para la neutralización de la sosa caústica. 5.- Llene la tabla siguiente.

Disolución PH experimental PH teórico NAOH, 0. 1 M HCI, 0. 1 M NAOH, 0. 1M + HCI, 1 6.- Investigue qué es la fenoiftaleína, y a que se debe que en medio ácido posea cierta coloración, mientras que en medio básico posea otra.

Bibliografía 1.- Mortimer, E.C. Química. Grupo Edftorial lberoarnérica, 1983. 2.- Chang, R. Química. MeGraw-Hili, México, 1994. 3.- Brown, T.L., LeMay, H.E. y Bursten, B.E. Química. La Ciencia Central. Prentice & Ha¡¡, México, 1991.

Autor:

Iván Escalona M. Ocupación: Estudiante Materia: Ingeniería de Medición

Estudios de Preparatoria: Centro Escolar Atoyac (Incorporado a la U.N.A.M.) Estudios Universitarios: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias sociales y Administrativas (UPIICSA) del Instituto Politécnico Nacional (I.P.N.) Ciudad de Origen: México, Distrito Federal