Química I Componente práctico código IAB01104 Sem8 No. 6 2023-2023 INFORME DE LABORATORIO Identificación experimental de los precipitados obtenidos en los diferentes tipos de reacciones químicas, mediante procesos termodinámicos. Mariuxi Agreda ([email protected]), Karline Alvarez ([email protected]), Bianka Andrade ([email protected]), Jhonny Catucuamba ([email protected]) [email protected]. Carrea de Ingeniería Ambiental. Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental. Av. Gilberto Gato Sobral y Jerónimo Leiton.170521. Universidad Central Del Ecuador. Quito, Ecuador. Reporte de historia: Recibido: 28/06/2023; aceptado: 03/07/2023 Resumen Se entiende por reacción química, a un proceso termodinámico de transformación de sustancias. Durante este proceso, dos o más especies químicas, también conocidas como reactivos, cambian sus estructuras moleculares y enlaces químicos para consumir o liberar energía. En la presente práctica se tiene como objetivo identificar experimentalmente los tipos generales de reacciones, así como también identificar las clases de precipitados, obteniendo a partir de este un cuerpo sólido insoluble, como lo fue el caso de la formación del solido AgCl y PbI que se explicaran en el trascurso del informe. Mediante todo lo mencionado anteriormente se logró obtener resultados favorecedores al finiquitar la práctica, mediante la experimentación y observación de las diferentes reacciones, describiendo puntal y acertadamente lo evidenciado, para poder comparar con datos teóricos y certificar los errores que se hayan cometido en el desarrollo de la práctica. Palabras clave: Reacciones químicas, síntesis, descomposición, desplazamiento simple, doble desplazamiento. 1. Introducción Las reacciones químicas ocurren cuando se forman o rompen enlaces químicos entre átomos, lo que lleva a que las sustancias iniciales (reactivos) se transformen en nuevos materiales (productos). Se coloca una flecha entre los reactivos y los productos para indicar la dirección de la reacción química, aunque una reacción química no siempre es una "vía de un solo sentido". Las reacciones químicas deben estar balanceadas para cumplir la ley de la conservación de la materia que dice que la materia no se crea ni se destruye solo se transforma. [1]. Además de los distintos cambios en las reacciones, los cuales evidencian como sucede dicho fenómeno, por ejemplo: el enfriamiento, liberación de calor, formación de gases y formación de precipitados que ocurren en medio acuoso. Existen distintos tipos de reacciones químicas; reacción de combinación o síntesis, reacción de descomposición, reacción de desplazamiento o simple sustitución y reacción metátesis o doble desplazamiento. A continuación, se mostrará una reacción, como un ejemplo especifico a las diferentes reacciones que se obtuvo dentro de la práctica. Mg(s) + H2O(l) Mg (OH)2(s) Ecu 1. Reacción de desplazamiento producido entre el Mg y Agua La ecuación química es una muestra escrita que brinda la información necesaria acerca de lo que ocurre en dicha reacción, por lo que la práctica se realizó con la finalidad de poseer la capacidad necesaria para identificar los distintos tipos de reacciones, y de igual manera los distintos precipitados que se forman de las mismas. [email protected] Agreda, Álvarez, Andrade, Catucuamba INFORME DE LABORATORIO Marco teórico Una reacción química, cambio o fenómeno químicos, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Existen varios tipos de reacciones químicas los cuales son; Reacciones de combinación o síntesis: Dos o más sustancias se combinan para formar otra sustancia más compleja cuyas moléculas son el producto de la reagrupación de los átomos de los reaccionantes [2] A+B AB Ecu 2. Reacción de síntesis ejemplificada Reacciones de combinación o síntesis: Dos o más sustancias se combinan para formar otra sustancia más compleja cuyas moléculas son el producto de la reagrupación de los átomos de los reaccionantes.[2] AB A+ B Ecu 3. Reacción de descomposición ejemplificada Reacciones de desplazamiento o simple sustitución. Los materiales iniciales siempre son elementos puros, como metal de zinc puro o gas hidrógeno, más un compuesto acuoso. Cuando ocurre una reacción de sustitución, se generan como productos un nuevo compuesto acuoso puro y un elemento puro diferente. AB(ac) + C A + CB(ac) Ecu 4. Reacción de simple sustitución ejemplificada Se observa que A es remplazado por C en el compuesto AB para formar un nuevo compuesto CB y A en forma elemental. A comienza como un ion en solución, después aparece en su forma elemental y por contrario C comienza en su forma elemental y pasa a un ion en solución.[3] Reacciones metátesis o dobles desplazamiento. Una reacción de doble desplazamiento, también conocida como reacción de metátesis, es un tipo de reacción en la que dos compuestos iónicos se intercambian iones para formar dos nuevos compuestos, normalmente dan como resultado la formación de un producto que es un precipitado. [4] A+ B- + C- D- A+ D- + C+ B- Ecu 5. Reacción de doble desplazamiento ejemplificada Precipitación en reacciones químicas. Es el fenómeno por el cual a partir de una reacción química de dos sustancias en solución se obtiene un cuerpo sólido insoluble llamado PRECIPITADO. Por su aspecto los precipitados son de dos clases: cristalinos y amorfos. Entre los precipitados amorfos están los pulverulentos, los caseosos y gelatinosos.[2] 2. Resultados Tabla 1. Resultados Reacción igualada Tipo de reacción Observación MgO(s)+ H2O(l) → Mg(OH)2(ac) Reacción de combinación o síntesis La cinta de magnesio al reaccionar con el oxígeno forma una llama incandescente y desprende un color rosa, al someterlo al agua cambió nuevamente su color. 2 Química I. Componente práctico. 6.Ssemana 8, Pg (1-5), 2023-2023 Agreda, Álvarez, Andrade, Catucuamba INFORME DE LABORATORIO 2 KClO3(ac) → 3 O2(g) + 2 KCl(ac) Reacción de descomposición o análisis Al someter el clorato de potasio se fundió generando una descomposición. CuSO4(ac) + Fe(s) → FeSO4(ac) + Cu(s) Reacción de sustitución simple o desplazamiento El hierro se oxido al someterlo junto con el sulfato de cobre y este se tornó de color celeste. Pb(NO3)2(ac) + 2KI(ac) → PbI2(s) + 2 KNO3(ac) Reacción de metátesis doble desplazamiento o Se obtuvo una reacción de un líquido amarillento y al fundirlo este se tornó transparente. NaCl(ac) + AgNO3ac → AgCl(s) + NaNO3(ac) Reacción de desplazamiento doble Se observa un sólido formado algo gelatinoso y de color plateado claro CuSO4(ac) + 2Na(OH)(ac) → Cu(OH)2(s) + Na2SO4 Reacción de metátesis doble desplazamiento o Al agregar hidróxido de sodio este cambio de estado volviéndose más denso. 3. Discusión En la primera reacción, a la cinta de Mg se le mantuvo en la llama del mechero, reaccionando así con el oxígeno, lo que generó la siguiente ecuación: 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) Ecu 6. Formación del Oxido de magnesio Al someter al Mg a una reacción de oxidación en una llama, se observó una luz muy incandescente y así se generó el MgO siendo este un sólido débil. Al combinar el residuo formado de MgO con agua y unas gotas de indicador fenolftaleína, sucede la reacción de combinación que se evidencia en la Ecu 1 dicha reacción generó un color rosa en el producto formado Mg(OH)2 el color rosa se debe a que la mezcla de óxido de magnesio es básica, por lo tanto, cuenta con un pH entre 8,2 y 12 y la fenolftaleína cambia su color a rosa cuando está en contacto con bases. [5] Como segunda parte del experimento se obtuvo un tipo de reacción de descomposición al colocar y calentar en un tubo de ensayo KClO3 se evidenció que el calor es importante para que la sustancia se descomponga, dando como resultado la segunda ecuación de la Tabla 1. Para comprobar los productos generados en caso del oxígeno, se lo hizo con una astilla de madera con un punto de incandescencia y al introducirlo al tubo de ensayo esta produjo una chispa de fuego debido a la presencia de oxígeno. Lo que se comprueba en otro experimento realizado en Buenas tareas [6]. La tercera ecuación de la tabla 1 fue el resultado de esta parte del experimento, donde ocurre una reacción de simple sustitución, como se explica en el ejemplo de la Ecu 4. [3], el ion de cobre en solución con el sulfato se reduce (gana electrones) y pasa a metal Cu que se deposita sobre el clavo de Fe, El Fe se oxida (pierde electrones) y pasa a solución con el sulfato, a eso se debe que la solución tome un color verdoso como se observa en la Fig. 3 la reacción continua hasta que se agote todo el cobre de la solución. Para esta parte de la practica se obtuvo como resultado la cuarta ecuación de la tabla 1, al agregar al tubo de ensayo una solución de nitrato de plomo II y añadir solución de KI, ambos compuestos iónicos acuosos formaron PbI2 insoluble, un sólido amarillo Fig. 4 luego se pasó el tubo por el mechero, y se identificó un precipitado cristalino, ya que este se tornó transparente dicha solución calentada se satura y se puede filtrar para separarla de las impurezas insolubles por ende se lo dejo reposar y se lo sometió al agua por la parte externa del tubo y como resultado tenemos al KNO3 sustancia sólida cristalina soluble en agua, generando una reacción de metátesis o doble 3 Química I. Componente práctico. 6.Ssemana 8, Pg (1-5), 2023-2023 Agreda, Álvarez, Andrade, Catucuamba INFORME DE LABORATORIO desplazamiento, ya que dos compuestos iónicos intercambiaron iones para formar dos nuevos compuestos. Como siguiente experimento se obtuvo la quinta ecuación que se encuentra en tabla 1 de los resultados, se tiene una reacción de doble deslazamiento, debido a que los iones de plata y sodio intercambian sus posiciones en los compuestos, a causa de eso se forman nuevos productos, y se tiene como resultado el sólido AgCl que se observa de color plateado claro en la Fig. 4. Esto teóricamente se comprueba en la definición que se colocó de este tipo de reacción en el marco teórico [4] Para finalizar se obtuvo un precipitado de color azulado claro cómo se observa en la Fig. 6 Al colocar 0,5ml de solución de CuSO4 y agregar gotas de NaOH, se forma Na2SO4 el cual se encuentra en la parte de arriba, disuelto en agua y Cu(OH)2, que se encuentra en la parte baja, como depósito, y al ser insoluble se forma un precipitado denso. Esto se comprueba mediante la última ecuación obtenida en la tabla 1. 4. Materiales y métodos Para realizar la práctica se consultó previamente la ficha de seguridad de cada reactivo con el fin de tener en cuenta las características peligrosas y saber cómo proceder correctamente con los mismos, para el caso del KI “provoca daños en los órganos (tiroides) tras exposiciones prolongadas o repetidas (en caso de ingestión), es importante no comer, beber ni fumar durante su utilización” [7]. El AgNO3 “puede agravar un incendio comburente puede ser corrosivo para los metales, provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves y es muy tóxico para los organismos acuáticos, con efectos nocivos duraderos” [8]. Mientras que el sulfato de cobre II “provoca irritación ocular grave” [9]. El nitrato de plomo II “es nocivo en caso de ingestión o inhalación, se sospecha que perjudica a la fertilidad, provoca daños en los órganos (sangre, sistema nervioso central, sistema inmunitario, riñón) tras exposiciones prolongadas o repetidas” [10]. El hidróxido de sodio “puede ser corrosivo para los metales provoca quemaduras graves en la piel y lesiones oculares graves” [11]. El clorato de potasio “puede provocar un incendio o una explosión, muy comburente, nocivo en caso de ingestión o inhalación y tóxico para los organismos acuáticos, con efectos nocivos duraderos” [12]. Luego de haber obtenido información acerca de la peligrosidad de cada reactivo se procedió con la práctica, se tuvo en cuenta que las reacciones sucederán a través de un proceso termodinámico en el cual uno o más reactivos, debido a un factor energético se transformarán cambiando su estructura molecular. Procedimiento 1. Reacción de combinación o síntesis. – se mantuvo un pedazo de cinta de Mg en la llama del mechero con la ayuda de una pinza para crisoles, y se observó los cambios producidos. El producto formado se colocó en un tubo de ensayo que contenía 1ml de agua, se y agrego 3 gotas fenolftaleína, y se registró los resultados. 2. Reacción de descomposición o análisis. - en un tubo de ensayo seco se calentó una porción de KClO3 hasta que se fundió, luego se puso en ebullición, y se introdujo al l tubo de rato en rato una astilla de madera con un punto de incandescencia y se registró las observaciones. 3. Reacción de sustitución simple o de desplazamiento. - en un tubo de ensayo se colocó 0,5ml de solución de CuSO4, y se añadió un clavo de hierro limpio, se esperó 5 minutos y se registró las observaciones y los resultados. 4. Reacción de metátesis o doble desplazamiento. - En un tubo de ensayo se agregó 0,5ml de solución de Pb(NO3)2 y se añadió 5 gotas de solución de KI, se registró las observaciones y se identificó la clase de precipitado. Luego se calentó el tubo con la ayuda de una pinza para tubos, con un movimiento circular en la llama del mechero hasta ver un cambio en el precipitado hasta que se haga transparente, a continuación, se dejó reposar el tubo y se dejó caer agua en el lavabo sobre la parte externa del tubo hasta ver otro cambio en el tubo de ensayo. 4 Química I. Componente práctico. 6.Ssemana 8, Pg (1-5), 2023-2023 Agreda, Álvarez, Andrade, Catucuamba INFORME DE LABORATORIO 5. En un tubo de ensayo se colocó 0,5ml de solución de NaCl y se agregó 5 gotas de AgNO3, se registró las observaciones y se identificó el precipitado formado. 6. En un tubo de ensayo se colocó 0,5ml de solución de CuSO4 y se agregó 5 gotas de NaOH, se registran las observaciones y se identifica la clase de precipitado. Figura 1. Productos obtenidos de la experimentación 5. Conclusiones Se pudo comprobar los fundamentos teóricos con los resultados obtenidos de la práctica realizada, no al 100%, ya que al ser experimentos siempre existirá un margen de error. A partir de ello se logró identificar exitosamente cada uno de los diferentes tipos de reacciones obtenidos, su comportamiento al reaccionar entre sí y se obtuvo también los productos respectivos de cada reacción realizada por los estudiantes, así se concluye que de las reacciones del tipo doble desplazamiento vistas en esta práctica, se obtienen distintos precipitados y algunos fueron muy notorios, así fue el caso del precipitado que se formó a partir de Pb(NO 3)2 y KI, es fácil recordarlo ya que género un sólido amarillo llamativo, esto se formó también debido a que los nuevos compuestos formados en este tipo de reacción fueron insolubles. En definitiva, el estudio de los tipos de reacciones químicas es importante para lograr clasificarlos correctamente y comprender mejor su comportamiento. 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Componente práctico. 6.Ssemana 8, Pg (1-5), 2023-2023 Agreda, Álvarez, Andrade, Catucuamba INFORME DE LABORATORIO Figura 8. Hoja de datos 7 Química I. Componente práctico. 6.Ssemana 8, Pg (1-5), 2023-2023