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Laboratorio de Ciencia Bsica II
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Concentracin y Temperatura del desplazamiento del Equilibrio
Qumico en una reaccin de doble sustitucin.
1.- Determinar experimentalmente la relacin cualitativa entre el desplazamiento del
equilibrio qumico de una reaccin de doble sustitucin con la concentracin y la
temperatura.
2.- Marco Terico
Muchas reacciones qumicas se realizan ms convenientemente con los reactivos
mezclados en disolucin. Las disoluciones simples normalmente consisten en una
sustancia del soluto disuelto en el disolvente.
El soluto representa una expresin en trminos de la cantidad de soluto de una masa o
volumen dados de disolucin. Un factor importante que afecta a la solubilidad del soluto en
una disolucin es la temperatura, un incremento de la temperatura da como resultado un
incremento en la velocidad de disolucin.
Al realizar una interaccin entre sustancia qumicas con la que se reproduce un cambio y a
esta se le conoce como reaccin qumica, pero Cmo sabemos que ha ocurrido una
reaccin qumica? Estas pueden reconocerse por hechos como:
La produccin de un gas.
La produccin de calor y la absorcin de calor.
Un cambio permanente o temporal en el calor.
La aparicin de una sustancia insoluble.
Las reacciones qumicas se clasifican en:
Reacciones de combinacin.
Reacciones de desplazamiento.
Reacciones de descomposicin.
Reacciones de mettesis.
Reacciones de oxido-reduccin.
La reaccin de doble sustitucin en la cual participan dos compuestos, el ion positivo
(catin) el cual se intercambia con el ion positivo de otro compuesto, es decir los dos iones
positivos se intercambias con iones negativos (aniones). Las reacciones de doble
sustitucin tambin llamadas de Mettesis (que es un cambio en el estado en la sustancia
o en la forma). Esta reaccin se representa con la ecuacin general:
Ax + Bz Az + Bx
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En las reacciones de doble sustitucin hay cuatro partculas separadas (A,x,B,z) mientras
que en la reaccin de sustitucin sencilla solo hay 3 (A,B,z).
En las reacciones de doble sustitucin las partculas son iones y en las de doble sustitucin
sencilla A no es un ion sino un metal o un no metal libre. Dichas reacciones por lo general
se llevaran a cabo si se cumple una serie de 3 condiciones:
I. Si se forma un producto insoluble o ligeramente soluble (precipitado).
II. Si se obtienen productos dbilmente ionizados.
III. Si como producto se forma gas.
La mayora de las reacciones qumicas no llegan a completarse eso es cuando se mezclas
los reactivos en cantidades estequiometricas no se convierten totalmente en productos.
Las reacciones que no llega a completarse y que tiene lugar en ambos sentidos se llaman
reacciones reversibles y se pueden representar en trminos generales de la siguiente
manera:
aA + bB cC + dD
La doble flecha indica que la reaccin directa y la inversa simultneamente a la misma
velocidad entonces quieren decir que el sistema est en equilibrio qumico. Los equilibrios
qumicos son de tipo dinmico. En un sistema en equilibrio se dice que el equilibrio esta
desplazado a la derecha si hay ms C y D presentes que A y B, desplazados a la izquierda
estn presentes ms A y B.
La expresin matemtica que presenta al equilibrio qumico, se conoce como la Ley de
Accin de Masas y se enuncia como: la relacin del producto de las actividades (actividad
igual a concentracin en soluciones diluidas) elevadas los coeficientes estequiometricos en
la reaccin de productos y reactivos permanentes.
La velocidad de la reaccin directa igual a la velocidad de la reaccin inversa. En una
reaccin de equilibrio la concentracin de reactivos y productos es constante. Para la
reaccin general a una temperatura dad puede escribirse la siguiente expresin de la
constante de equilibrio:
=CcDd
AaBb
En donde Keq es la constante de equilibrio, a una temperatura fija, las magnitudes entre
los corchetes corresponden a la concentracin de cada sustancia moles por litro. Los
subndices a,b,c,d son los coeficientes de la ecuacin balanceada.
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El equilibrio qumico de desplaza en diferentes direcciones dependiendo de la constante:
En el equilibrio qumico suele haber cambios que perturban el sistema pero segn el
principio de LeChatelier el sistema tendera a contrarrestar la perturbacin para establecer
el equilibrio en un nuevo conjunto de condiciones.
Hay diferentes factores que alteran el equilibrio qumico entre los cuales podemos citar:
La concentracin: al modificar la concentracin de uno o ms de los componentes
de la reaccin, como resultados cambiara la concentracin de todas las especies y
se establecer una nueva mezcla de equilibrio.
Considrese el siguiente sistema comenzando en el equilibrio:
A + B C +D
Tensin. Direccin de desplazamiento.
Disminucin de concentracin de A o B Derecha.
Disminucin de concentracin de C o D Izquierda.
Disminucin de concentracin de A o B Izquierda.
Disminucin de concentracin de C o D Derecha.
El volumen: los cambios de volumen afectan de manera significativa la velocidad de
la reaccin solo cuando uno o ms de los reactivos o productos es un gas y si la
reaccin se afecta en un recipiente cerrado. El efecto de disminuir el volumen de los
gases que reaccionan equivale a aumentar su concentracin. Si el volumen del
recipiente aumenta entonces la presin de los gases aumenta. Los cambios de
presin afecta muy poco a las concentraciones de slidos o lquidos porque son
ligeramente compresibles. Sin embargo los cambios de presin pueden provocar
cambios significativos de las concentraciones de gases.
Tensin. Direccin de desplazamiento de A2O
Incremento de presin (disminucin de volumen).
Hacia un nmero menor de moles de gas (hacia la izquierda para esta reaccin).
Disminucin de presin (aumento de volumen)
Hacia un nmero mayor de moles de gas (hacia la derecha en esta reaccin)
Valor de Kc Desplazamiento del equilibrio qumico.
Mayor a 1. Hacia los productos.
Menor a 1. Hacia los reactivos.
Igual a 1. Equilibrio.
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Temperatura: Si en un sistema se eleva la velocidad de la reaccin aumenta la
temperatura a causa del incremento de energa cintica y de las colisiones ms
frecuentes entre las especies que reaccionan. En una reaccin reversible aumenta
tanto la velocidad de la reaccin directa como la de la inversa cuando aumenta la
temperatura; sin embargo la velocidad de la reaccin que absorbe calor
(endotrmica) aumenta mucho mas y el equilibrio de desplaza a favor de esa
reaccin.
3.- Seleccin de Variables
VI: Concentracin y Temperatura.
VD: Desplazamiento del Equilibrio Qumico.
SE: Reaccin de doble sustitucin.
VE: Volumen y Presin.
4.- Hiptesis
El desplazamiento del equilibrio qumico de una reaccin de doble sustitucin cambia con
respecto a su concentracin y temperatura siempre y cuando el volumen y la presin
permanezcan constantes.
5.- Objetivos
a) Realizar los clculos qumicos previos y preparacin de disoluciones.
b) Hacer reaccionar dos reactivos para obtener una reaccin.
c) Modificar el equilibrio qumico agregando reactivos y productos.
d) Estudiar los efectos que se presentan al aumentar y disminuir la temperatura de la
reaccin
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6.- Mtodo.
Material de Laboratorio Equipo
Reactivos Analticos
Disoluciones
Matraz volumtrico (50 mL)
5 Vasos de precipitados (50 mL)
1 vaso de precipitado (250mL)
Piseta
Termmetro
Pinzas para tubo de ensayo
Propipeta
2 pipetas graduadas (5mL)
2 Tubos de ensaye
5 frascos mbar (100mL)
Vidrio de reloj
Esptula
Balanza analtica
Tiocianato de amonio
Cloruro frrico
Cloruro de amonio
H2O
Hielos
Tiocianato de amonio a 0.1M
Cloruro ferrico a 0.1M
Cloruro de amonio a 1.0M
5.2.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se recomienda que antes de comenzar a realizar la experimentacin, se elaboren los clculos matemticos o qumicos correspondientes. (Ver Anexos) 1.- Lavar con jabn y agua destilada los frascos mbar que se van a utilizar para guardar las disoluciones. 2.- Lavar con jabn y agua destilada los materiales que se van a utilizar.
Para el NH4SCN (Slido) 3.- En los clculos qumicos se obtuvo que para una disolucin al 0.1M de NH4SCN se necesitan 0.3903g NH4SCN R.A. Por lo tanto con la balanza analtica medir la masa de 0.3903g NH4SCN R.A. con el vidrio de reloj. 4.- En un vaso de precipitado de 50mL se vertern los 0.3903g NH4SCN, enjuagando con una cantidad moderada de agua destilada el reloj de vidrio 3 veces.
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5.- Posteriormente con el agitador de vidrio, disolver muy bien el soluto. 6.- Verter el contenido del vaso de precipitado (enjuagando 3 veces el mismo) en un matraz aforado de 50mL, posteriormente se llena el matraz aforado con agua destilada hasta el primer tercio del esmerilado, tapar y agitar la solucin de manera inversa 3 veces.
7.- Rotular uno de los frascos mbar con los siguientes datos: Formula qumica, concentracin, y fecha en la que se elabor la disolucin. Posteriormente verter el contenido del matraz aforado en uno de los frascos mbar con mucho cuidado, colocar la tapa, y guardarlo en un lugar fresco y seco y almacenar lejos de la luz. De igual manera como se trabaj el NH4SCN, se trabajaran las dems sustancias, solo que la cantidad requerida ser diferente para cada caso.
Nombre del reactivo Cantidad requerida
Tiocianato de amonio a 0.1M 0.3903 g NH4SCN
Cloruro ferrico a 0.1M 1.3932 g FeCl3
Cloruro de amonio a 1.0M 2.687g NH4Cl
Para determinar el comportamiento qumico de las diluciones que se prepararon:
NH4SCN. 8.- En un vaso de precipitado de 250mL mezclar 3mL de NH4SCN al 0.1M con 1mL de
FeCl3 a 25C. 8.1.- Anotar las observaciones correspondientes en la Tabla N1 de resultados. La reaccin llego al equilibrio qumico porque hubo un cambio en el color.
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Provocar el desplazamiento del equilibrio qumico. 9.- Agregar Agua hasta la marca de 10mL. 10.- Dividir los 100mL en 5 vasos de precipitado de 50mL (Colocar 20mL aproximadamente en los vasos)
11.- Dividir uno de los patrones en 2 tubos de ensaye; uno de los dos tubos de ensaye se lleva a una tina que contiene hielo; Esto servir para bajar la temperatura de la disolucin,
y poder observar una reaccin. Para provocar un desplazamiento qumico, primero se debe tener una reaccin en equilibrio qumico.
12.- Al primer vaso de precipitado se le agrega 1mL de NH4SCN al 0.1M, observar la reaccin y hacer las anotaciones correspondientes en la tabla N1. 13.- Se agrega 1mL de NH4Cl al 1.0M al 2do vaso de precipitado y se anotan las observaciones en la tabla N1. 14.- De igual manera se agrega 1mL de FeCl3 al 0.1M al tercer vaso de precipitado y se hacen las anotaciones correspondientes en la tabla de resultados. 15.- El segundo tubo de ensaye se coloca dentro de un vaso de precipitado el cual tendr
agua de la llave, se coloca sobre un termo-agitador a la temperatura mxima (40C); Se deja el tubo dentro del agua por 10 min; Anotar las observaciones en la tabla N1 de resultados.
16.- El primer tubo de ensaye que se dejo en la tina con hielo; ya se puede observar la reaccin; se debe dejar pasar de 30 minutos a 1 hora para poder observar dicha reaccin. No olvide verificar la temperatura a la que se encuentran los tubos de ensaye.
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7.- Resultados
Tabla 1. Desplazamiento de Equilibrio Qumico-observaciones.
Eventos. Accin. Observaciones.
Preparacin de disoluciones.
1 NH4SCN Color: incoloro,
Estado de agregacin: solido
Olor: inodoro.
2 FeCl3 o Color: amarillo-naranja
o Estado de agregacin: solido. o Olor: Inodoro.
3 NH4Cl Color: blanco,
Estado de agregacin: solido. Olor: Inodoro.
4 Reaccin.
a) 34 + 3 34 + ()3
Al aadir 3 se observo un cambio de color negro-rojizo, con estado de agregacin
lquido, una temperatura de 25. Se llego a una reaccin es estado de equilibrio qumico.
5 Dilucin. Se agrego agua destilada hasta 100 mL
Se observo un cambio de color rojo-naranja, estado de agregacin: liquido. Para observar las reacciones se procede a dividir en cinco partes.
6 Desplazamiento del equilibrio qumico.
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34 + ()3 + 1 3 Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn de un color
rojizo.
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34 + ()3 + 1 4
Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn de un color naranja/rojo, ms obscuro que el patrn.
9 34 + ()3 + 1 4 Al comparar la reaccin con el patrn, se observ que reaccin se torn ms de un color naranja muy claro.
10 Temperatura.
11 Disminucin. El color fue rojizo-negro, con la formacin de
hielo a una temperatura de -15
12 Aumento. El color tuvo un cambio amarillo claro a una
temperatura de 40 y el agua llego a un punto de ebullicin de 91.
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8.- Anlisis de Resultados
Evento Mezcla Cambio Observacin Justifica-cin
Des. del Eq. Qui.
1 NH4SCN0.1M+FeCl3 Rojo-Negro Fe(SCN)3
2 NH4SCN0.1M+FeCl3 + H2O Rojo-naranja Fe(SCN)3 Dil.
3 NH4SCN0.1M+FeCl3 NH4SCN (+) Rojo-naranja
Fe(SCN)3
4 NH4SCN0.1M+FeCl3 FeCl3 (+) Rojo-naranja
Fe(SCN)3
5 NH4SCN0.1M+FeCl3 NH4Cl (-)Naranja-amarillo
FeCl3
6 NH4SCN0.1M+FeCl3 Temperatura (+) Naranja-amarillo
FeCl3
7 NH4SCN0.1M+FeCl3 Temperatura Rojo Fe(SCN)3
Aspecto del Fe(SCN)3: El tiocianato frrico se caracteriza por presentar una coloracin rojo sangre.
Tipo de reaccin: Reaccin de doble sustitucin
Estado de agregacin: Lquido (homognea)
Expresin de Kc =[4]
3[()3]
[4]3[3]
Para los eventos 1 y 2, Kc tiene un valor menor a 1 ya que no hay desplazamiento qumico,
es de signo positivo.
G = 0
Tipo de reaccin identificada por cambio de temperatura:
Para el evento 6 se dice que la reaccin es endotrmica, pues hubo un aumento de
temperatura, lo que causar un desplazamiento del equilibrio en dicho sentido con la
formacin consiguiente de ms
cantidad de productos con lo
que se alcanzar nuevamente
el equilibrio. En el caso del
evento 7 la reaccin es exotrmica, si se disminuye la temperatura de una reaccin en
estado de equilibrio, se provocar un desplazamiento de ste en el sentido hacia donde se
desprenda calor.
Para una reaccin exotrmica el valor de la constante de equilibrio disminuye al aumentar
la temperatura, mientras que para
una reaccin endotrmica, este
valor aumenta cuando se aumenta
la temperatura.
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Reaccin balanceada:
Signo del H: para el evento 6 es positiva los reactantes tienen mayor energa y para el
evento 7 es negativa, los productos son los que en este caso contienen mayor energa.
9.- Conclusiones Se dice que una reaccin qumica tiene lugar cuando una o mas sustancias llamadas
reactantes se transforman en otras llamadas productos. Esto se observo en la
experimentacin cuando la reaccin se torno de un color diferente, lo cual indica que la
reaccin llego al equilibrio qumico.
La reaccin que se produjo fue del tipo de doble sustitucin, relacin cuantitativa de molos
de reactivos y de productos en una ecuacin qumica.
Fig.1 Cuando la reaccin esta en equilibrio, el valor de Kc es
mayor a 1 y por tanto =
Para provocar un desplazamiento qumico, primero se debe tener una reaccin en
equilibrio qumico, y para provocar esto se modifica aumentando o disminuyendo la
concentracin de reactivos y productos. En la experimentacin se observaron cambios de
color ya que fueron comparados con un patrn o testigo.
Otra manera de provocar un desplazamiento qumico es aumentando o disminuyendo la
temperatura, como se observo en la experimentacin al aumentar la temperatura hubo un
desplazamiento hacia los reactivos y cuando se disminuyo el equilibrio se desplazo a los
productos.
Dicho esto, se puede decir que la hiptesis se cumple; ya que el desplazamiento del
equilibrio qumico si cambio cuando se modifico la concentracin y temperatura
manteniendo la presin y el volumen constantes.
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10.- Referencias Bibliogrficas
CHANG, Raymond; (2010) Qumica, 10 ed; mcGRaW-HiLL, Mxico, 1086 pp.
JOHN, Dean, (1990) Lange Manual de Qumica Tomo II, 13 ed, McGraw-Hill , Mxico.
W. WHITTEN, Kenneth, E. Davis, Raymond, M. Larry, Peck. (1998). Qumica General.5 ed; Mc Graw-Hill, Mxico 1121pp.
WENDELL,H.S., Parsons T.D., (1987) Qumica General, Limusa, Mxico. Hojas de Seguridad:
Hojas Informativas sobre Sustancias Peligrosas del Derecho a Saber , (Consultado el 15 de Febrero del 2014), http://web.doh.state.nj.us/rtkhsfs/search.aspx?lan=spanish
11.- ANEXOS
Cuantos mL del NH4SCN al 0.1M se necesitan para hacerlo reaccionar con 3mL
del reactivo FeCl3 0.1M?
4 + 3 34 + ()3
Balanceo por mtodo algebraico:
a. N= 2a = 3c + 3d Si a =1 3b= 3c a= 3d x3
b. H=4a = 12c 4a= 12c 3b= 3(1/3) 1=3d a=1 3
c. S= a = 3d 4(1)= 12c 3b= 1 3d= 1 b=1/3 1
d. C= a = 3d 12c= 4 b= 1/3 d= 1/3 c=1/3 1
e. Fe= b= d c= 4/12 d=1/3 1
f. Cl= 3b= 3c c= 1/3
4 + 3 34 + ()3 mL? 0.1M 3mL 0.1M
[4]= 3mL FeCl3 (0.1 3
1000 3) (
3 4
1 3) (
1000 4
0.1 4) =
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Clculos Quimicos:
P.M. (g) = 76.12 Pureza: 97.5%
50mL NH4SCN 0.1M x 0.1 mmol NH4SCN
1mL NH4SCN 0.1M x
76.12mg NH4SCN
1 mmol NH4SCN x
1g NH4SCN
1000mg NH4SCN x
100g NH4SCN R.A.
97.5g NH4SCN =
0.3903g NH4SCN
P.M. (g) = 270.30 Pureza: 97-102%
50mLFeCl3 0.1M x 0.1 mmol FeCl3
1mL FeCl3 0.1M x
270.30mg FeCl3
1 mmol FeCl3 x
1g FeCl3
1000mg FeCl3 x
100g FeCl3 R.A.
97g FeCl3 = 1.3932g
P.M. (g) = 53.49 Pureza: 99.5-100.5%
50mL NH4Cl 0.1M x 1 mmol NH4Cl
1mL NH4Cl 0.1M x
53.49mg NH4Cl
1 mmol NH4Cl x
1g NH4Cl
1000mg NH4Cl x
100g NH4Cl R.A.
99.5g NH4Cl = 2.687g
NH4Cl
Fichas de seguridad
Nombre TIOCIANATO DE AMONIO ()
Masa molecular 76.12 g/mol
Aspecto Estado fsico: slido Color: incoloro Olor: inodoro
Densidad (20 C) 1.3 g/cm3
Solubilidad en Agua (20 C) 1600 g/l
pH a 50 g/l H2O (20 C) 4.8-5.8
Reactividad qumica Condiciones a evitar: Calentamiento. (Liberacin de: gases nitrosos,
cianure de hidrgeno, amonaco)! Materias a evitar: Con las
siguientes sustancias existe peligro de explosin y/o de formacin de
gases txicos: cidos, oxidante, cloratos (sales alcalinas) / Golpes y
friccin, plomo- nitratos.
Sensible a la luz, higroscpico. Incompatible con metales diversos.
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Rombo de seguridad
Nombre CLORURO FRRICO
Masa molecular 162.2g/mol
Aspecto Cristales higroscpicos negros a marrones. COLOR: Caf rojizo
ASPECTO FSICO: Lquido OLOR: Leve olor cido
Densidad 11.73-12,39 lbs/gal @ 20 C
Solubilidad En agua: 100%
pH Menor que 1
Reactividad
qumica
Estable a temperaturas y presin normales
Condiciones que se deben evitar: Calor, fuego, chispas o fuentes de
ignicin.
Incompatibilidades: Incompatible con la mayora de los metales
comunes (hierro, cobre, nquel, plomo, aluminio, etc.),bases fuertes,
agentes oxidantes energticos y potasio
metlico.
Descomposicin peligrosa: Productos de termo descomposicin:
Cloruro de hidrgeno. Existe riesgo latente de fuego y explosin
cuando entra en contacto con metales debido a la generacin de
hidrgeno.
POLIMERIZACIN: No se polimeriza
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Rombo de
seguridad
Nombre CLORURO DE AMONIO
Masa molecular 53,49g/mol
Aspecto Aspecto: slido blanco. Olor: Inodoro.
Densidad (20/4): 1,53
Solubilidad 370 g/l en agua a 20C
pH 4,5-5,5
Reactividad qumica Estabilidad: Estable en condiciones ordinarias de uso y
almacenamiento.
Productos Peligrosos de Descomposicin: Si est presente en un
incendio se descompone para formar cloruro de hidrgeno y
amonaco.
Polimerizacin Peligrosa: No ocurrir.
Condiciones a Evitar: Calor, humedad, incompatibles.
Rombo de seguridad
Aspecto del Fe(SCN)3
El tiocianato frrico se caracteriza por presentar una coloracin rojo sangre. As mezclando cloruro frrico y tiocianato potsico que no presentan coloracin rojiza, se obtiene una disolucin de un intenso color rojo sangre.
El hierro se oxida y por eso da esa coloracin sangre.