Fundamentos de la Práctica en el Laboratorio de Química I
Academia de Química Inorgánica Facultad de Ciencias Químicas Universidad Autónoma de Coahuila
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COAHUILA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
FUNDAMENTOS DE LA PRÁCTICA EN EL LABORATORIO DE QUÍMICA I.
PARA: INGENIEROS QUÍMICOS
FLORES GUIA TIRSO EMMANUEL VEGA SANCHEZ PATRICIA
Primera edición México, Diciembre del 2016 ISBN: 978-607-506-275-4
Foto de portada: L. Miguel López Valdez © Esta obra es propiedad de la Universidad Autónoma de Coahuila. Derechos reservados por los autores
Queda prohibida la reproducción parcial o total por cualquier medio, sin la autorización escrita de la Universidad Autónoma de Coahuila.
Agradecimientos: Agradecemos el apoyo de la Secretaria de Planeación, a través del Programa de Apoyo al Desarrollo de la Educación Superior (PADES) otorgado en el año 2016 a la Universidad Autónoma de Coahuila.
Contenido OBJETIVO........................................................................................ 1 INTRODUCCIÓN ........................................................................... 1 REGLAS BÁSICAS DE LABORATORIO ....................................... 3 SEGURIDAD EN LOS LABORATORIOS ..................................... 4 PARTE 1. Reconocimiento del material de laboratorio ............... 7 PARTE 2. Incertidumbre, medidas de masa y cifras significativas ........................................................................................................ 13 PRÁCTICA 1. Ley de la conservación de la materia .................... 17 PRÁCTICA 2 Separación de Mezclas, Cromatografía en papel . 21 PRÁCTICA 3 Identificación de sustancias por sus propiedades26 PRÁCTICA 4 Tabla Periódica y propiedades periódicas ........... 30 PRÁCTICA 5 Teoría Atómica, Colores a la flama .......................35 PRÁCTICA 6 Enlace Químico ..................................................... 39 PRÁCTICA 7 Geometría Molecular ............................................ 44 PRÁCTICA 8 Nomenclatura Química ........................................ 49 PRÁCTICA 9 Reacciones Químicas I .......................................... 55 PRÁCTICA 10. Reacciones de Precipitación, Lluvia de Oro ...... 61
OBJETIVO Este libro está dirigido a los alumnos de la Facultad de Ciencias Químicas y su objetivo es dar a conocer los conceptos básicos de Química aprendidos en el aula y complementar estos conocimientos teóricos con la parte experimental, para que de este modo, tenga un concepto claro de lo aprendido en clase. Para esto, se explicarán las nociones básicas de seguridad en el laboratorio, así como el conocimiento de las reglas para trabajar en el mismo. También se les enseñará el manejo y descripción del material de vidrio básico en un laboratorio de química inorgánica. Además del empleo de los diferentes reactivos químicos. Por último, el alumno aprenderá a llevar una bitácora de trabajo de forma organizada, con las observaciones pertinentes y los cálculos necesarios para resolver los problemas que se plantean dentro del laboratorio
INTRODUCCIÓN Recuerda que lo más importante es trabajar duro, estudiar de forma eficaz y utilizar las herramientas que se tienen a disposición. El objetivo fundamental por el que se ha elaborado este libro es para ayudar a los alumnos a aprender más sobre el mundo de la química y que entiendan el porqué de las cosas. Aprender química requiere tanto de la asimilación de muchos conceptos nuevos, como del desarrollo de las capacidades de análisis. Es por esto, que este libro se ha realizado para introducir al alumno en el mundo de la química moderna. Si bien, un solo libro no puede optimizarse para toda la química inorgánica, este en particular busca de forma clara que se reafirmen los conceptos aprendidos en clase. El trabajo más importante al realizar una investigación, se lleva a cabo mucho antes de entrar al laboratorio, es por esto, que en este libro no se encontrará una introducción teórica para cada práctica, sino que se plantean diversos cuestionamientos que orientarán al alumno en el tema a realizar. Con esto, se busca que sea él quien investigue antes de
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entrar al laboratorio para, de esta forma, asegurar el fundamento teórico y así afianzar el mismo al finalizar la práctica. Además, después del procedimiento escrito, se les pide los diagramas de flujo para cada práctica. De preferencia utilizando dibujos o softwares especializados para que lleven una noción de cómo y con qué trabajaran durante esa sesión de laboratorio. Este manual cuenta con el espacio suficiente para que el alumno reporte sus observaciones, cálculos y conclusiones de modo que al finalizar la práctica pueda entregar el reporte de la experimentación realizada.
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Con el fin de adquirir buenos hábitos de laboratorio, que en definitiva contribuirán a la obtención de buenos resultados en los experimentos a desarrollar, es necesario conocer las normas básicas y las medias de seguridad en un laboratorio. Por lo que a continuación se resumen ambas cuestiones.
REGLAS BÁSICAS DE LABORATORIO No realice experimentos en ausencia del docente. Realice solo los experimentos autorizados; si desea introducir variantes, consulte con el docente sobre posibles riesgos. Use protección ocular durante el desarrollo del trabajo. Se pueden emplear lentes de policarbonato. Las personas que usen habitualmente anteojos no requieren de otra protección para la realización de los experimentos descritos en este manual. Por supuesto, los lentes de contacto no ofrecen protección. En caso de utilizarse ácidos o sustancias volátiles, éstas pueden disolverse y concentrarse en el líquido que se encuentra entre las lentes y el globo ocular, acentuando el daño. Es conveniente usar una bata de laboratorio para proteger la ropa de manchas y salpicaduras. Los zapatos deben ser cerrados (no usar sandalias) y preferentemente con suela de goma para disminuir eventuales resbalones. Las personas que usan el cabello largo deberán llevarlo recogido. No usar cadenitas, colgantes, collares, pulseras, pañuelos o bufandas que puedan engancharse a los elementos de trabajo, produciendo vuelcos y accidentes. Queda terminantemente prohibido comer o beber en el laboratorio o durante la realización de los experimentos. Queda terminantemente prohibido fumar en el laboratorio o durante la realización de los experimentos. Queda terminantemente prohibido jugar o correr en el laboratorio. Lávese las manos con agua y jabón al terminar el trabajo.
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SEGURIDAD EN LOS LABORATORIOS El trabajo en los laboratorios representa una serie de características que lo diferencian del que se desarrolla en otras áreas. Por lo tanto, los riesgos existentes tienen características propias. Un aspecto a considerar, en los riesgos presentados es su variedad, ya que pueden detectarse riesgos de origen y consecuencias muy diferentes que dependerán, evidentemente, de las instalaciones existentes y de las operaciones que se realicen en ellos. Otras características importantes son su intensidad y la multiplicidad de riesgos. Antes de la realización de los trabajos, se deben dar expresas indicaciones sobre la toxicidad de los elementos utilizados y el destino de los residuos producidos en el experimento. Por lo tanto utilice los recipientes destinados para recoger los residuos. Recuerde que para distintos residuos, habrá diferentes recipientes para almacenarlos. Verifique el rótulo del recipiente antes de vaciar los mismos El Código NFPA 4040 establecer un sistema de identificación de riesgos para que en un eventual incendio o emergencia, las personas afectadas puedan reconocer los riesgos de los materiales respecto del fuego, aunque éstos no resulten evidentes.
Diamante de materiales peligrosos establecido por la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (NFPA 4040 por sus siglas en inglés).
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Dada la diversidad de experimentos que se realizan en la Facultad, la elaboración de un texto exhaustivo es tarea difícil, por lo que el contenido de este manual debería verse complementado con las especificaciones que exija cada laboratorio. Considerando lo anterior, por favor especifique de manera correcta como actuar si:
1.- Se produce un accidente.
2.- Alguna sustancia química te salpica la piel o los ojos.
3.- Se calienta un tubo de ensayo y despide vapores.
4.- Se requiere conocer el olor de alguna sustancia.
5.- Se incendia algún mechero por la base.
6.- Prende fuego en algún solvente.
7.- Te urge fumar o comer.
8.- Tienes duda en algún experimento.
9.- Se incendia el cabello y/o la ropa de algún compañero.
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10.- Se contamina el aire del laboratorio.
Si bien, es responsabilidad de estudiante, leer con anterioridad el manual de prácticas antes de entrar al laboratorio a llevar a cabo cualquier experimento aquí planteado, se pide como requisito un pre-informe para que el alumno esté al tanto sobre el manejo del material, las sustancias a emplear y los procedimientos que se llevaran a cabo. Es por esto que, antes de iniciar a trabajar en el laboratorio, además del equipo básico de seguridad se les pedirá el pre-informe. El cual consta de:
Conocer el título y objetivo de la práctica.
Fundamento teórico (respuestas correctas de las preguntas de introducción).
Metodología por medio de un diagrama de flujo o esquema gráfico con el fin de resumir el procedimiento descrito en este manual.
Fichas de seguridad: toxicidades, riesgos, características y clasificación de cada reactivo a utilizar durante la práctica.
Bibliografía consultada para complementar la introducción.
Bibliografía recomendada
Chang, R. (2015) Química. 11ª edición. Mc. Graw-Hill. México
Brown, T. (2009) Química la Ciencia Central. 11ª edición Prentice Hall. México.
Tellado M, Torregrosa M. Manual Práctico de Química. Catalogo Auxilab S.L. Material para Laboratorio.
Esteban Cifuentes C. (1998) Manual de Laboratorio de Química General. Universidad de Santander.
Sherman, A. (1999) Conceptos Básicos de Química. 6ª edición. CECSA. México.
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PARTE 1. Reconocimiento del material de laboratorio OBJETIVO. Que el alumno sea capaz de reconocer los instrumentos de medición más comunes utilizados en el laboratorio, sus usos, características y cuidados. Así como también, que adquiera la habilidad para el manejo correcto del material básico.
INTRODUCCIÓN. El manejo correcto de los instrumentos de laboratorio llevarán al estudiante a una medición correcta y la obtención de resultados confiables, los cuales le permitirán solucionar problemas en el mundo laboral, así como también desenvolverse en el área de investigación que ellos elijan para el desarrollo de nuevas tecnologías. Para esto, es necesario conocer los nombres, cuidados y aplicaciones de los materiales de laboratorio. Básicamente el material de laboratorio puede clasificarse en tres grandes grupos como: Material volumétrico: Estos son elementos de precisión para medir volúmenes y no deben ser calentados debido a que pierden exactitud. Algunos ejemplos son pipetas, probetas graduadas, buretas, matraz aforado y el picnómetro. Material no volumétrico: Estos materiales se utilizan para calentar, son elementos ordinarios para medir y contener volúmenes, en este grupo encontramos vasos de precipitados, matraz Erlenmeyer, matraz de fondo redondo, etc. Material variado: Son materiales de uso corriente y de calentamiento como mecheros, vidrios de reloj, soportes, pinzas de sujeción, tubos de ensaye, etc.
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1) Completa la siguiente tabla: NOMBRE
DIBUJO
USOS
Vaso de precipitados
Matraz Erlenmeyer
Matraz Volumétrico
Espatulas
Probeta graduada
Pipeta graduada
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Pipeta Volumétrica
Bureta
Agitador
Frasco para reactivos
Vidrio de reloj
Frasco con gotero
Termómetro
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Tubos de ensayo
Gradilla para tubos
Cristalizador de vidrio
Triangulo y capsula de porcelana
Pinzas para tubo de ensayo
Pinzas para vaso de precipitado
Pizeta
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Pinzas para bureta
Soporte universal
Pinza para crisol
Mortero
Tapón de hule
Termómetro
Tubería de Vidrio
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2) Clasifique como material volumétrico, no volumétrico o material variado cada uno de los elementos de la tabla anterior.
3) Mencione semejanzas y diferencias entre el vidrio común, el vidrio refractario y la porcelana. Y de ejemplos de material de laboratorio que se fabriquen con cada uno.
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PARTE 2. Incertidumbre, medidas de masa y cifras significativas OBJETIVO Que el alumno se familiarice con los métodos de tratamiento estadístico de datos y adquiera habilidad en el uso de la balanza.
INTRODUCCIÓN Las medidas de masa y volumen son fundamentales en las ciencias experimentales como la química, sin embargo, las mediciones siempre tienen algo de incertidumbre. Por ejemplo, si medimos el espesor de una moneda con una regla común, la medición sólo será confiable al milímetro más cercano, y el resultado será de 1 mm. Sería erróneo dar este resultado como 1.00 mm; dadas las limitaciones del instrumento de medición, no se sabría si el espesor real es de 1.00 mm o 0.85. Pero si se usa un micrómetro, que mide distancias de forma confiable al 0.01 mm más cercano, el resultado será 0.75 mm. La distinción entre estas dos mediciones radica en su incertidumbre. La medida con micrómetro tiene menor incertidumbre y es más exacta. La incertidumbre también se llama error, porque indica la máxima diferencia probable entre el valor medido y el real. La incertidumbre o el error de un valor medido dependen de la técnica empleada. Los números que se obtienen de mediciones siempre son inexactos. El equipo utilizado para medir cantidades siempre tiene limitaciones inherentes (errores de equipo), y hay diferencias en la forma en la que las personas realizan la misma medida (errores humanos). Suponga que a 5 estudiantes con 5 balanzas se les da la misma moneda para que determinen su masa. Es probable que las mediciones varíen un poco entre sí por la calibración del instrumento y por la forma en que el estudiante lea la masa de la balanza. Exactitud y precisión. Estos dos términos a menudo se confunden y por eso es importante diferenciarlos. Una medida puede ser muy precisa y al mismo tiempo inexacta. Como ejemplo considérese una serie de tiros al blanco. La exactitud se refiere a lo cerca del centro
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del blanco donde cae cada tiro y la precisión a que tan cerca caen entre si los diversos tiros. En la figura 1a la exactitud y la precisión son buenas; en cambio, en la figura 1b hay buena precisión y poca exactitud, mientras que la figura 1c representa una mala exactitud y precisión. Lo ideal es que toda medida sea precisa y exacta al mismo tiempo. La precisión se refiere a la reproductibilidad o concordancia de los datos de una serie de medidas que se han realizado de forma idéntica.
Figura 1. Precisión y exactitud. a) buena exactitud y buena precisión, b) mala exactitud y buena precisión y c) mala exactitud y mala precisión.
La balanza es uno de los instrumentos más importantes en un laboratorio de química. Existen diferentes tipos de balanzas, algunas son de alta precisión (del orden de 0,00001 g), llamadas balanzas de precisión o analíticas, empleadas en química analítica, en tanto que otras son de baja precisión y pueden registrar la masa de un objeto con una o dos cifras decimales. Antes de usar la balanza consulte el manual de operación o pida instrucciones al profesor. Además tenga presente que algunas sustancias químicas pueden ser corrosivas y al colocarlas directamente sobre los platillos pueden deteriorarlos. Utilice un papel filtro, un vidrio reloj o cualquier otro recipiente para pesar. Además de la precisión en las mediciones, toda operación de medida está sujeta a errores o incertidumbres. Como se mencionó anteriormente, la confiabilidad de los resultados depende de la exactitud del instrumento y del cuidado con que se haga la medición. Sin embargo siempre se cometerán errores de tipo instrumental y humano. Suponga que se
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pesa un vaso de precipitados en una misma balanza durante cuatro secciones diferentes y se obtuvieron los siguientes resultados: 20.52; 20.45; 20.40 y 20.43. Las diferencias que se presentan entre estos valores pueden relacionarse con errores instrumentales o con errores personales. Con una serie de datos como estos podría preguntarse ¿cuál es el mejor resultado y cuál es la incertidumbre de éste? Preguntas como estas solo se pueden responder haciendo el tratamiento estadístico de los datos. La media, media aritmética y promedio (𝑋̅) son términos sinónimos. Se obtiene dividiendo la suma de los resultados de una serie de medidas por el número de determinaciones. Por ejemplo, la media o promedio de una serie de medidas como las mencionadas anteriormente (20.52; 20.45; 20.40 y 20.43) se calcula así: 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎 = 𝑋̅ =
20.52 + 20.45 + 20.40 + 20.43 = 20.45 4
La media en este caso representa el mejor valor, pero no garantiza que sea el verdadero. El valor verdadero en una ciencia experimental no existe, el error estará siempre presente en toda determinación. En consecuencia el valor que se acepta como verdadero corresponde al promedio de una serie de determinaciones realizada por un grupo.
MATERIALES Y REACTIVOS Balanza
Matraz Erlenmeyer de 150 mL
Vaso de precipitados de 150 mL
Pinzas para crisol
Moneda de distintas denominaciones
Regla y vernier
PROCEDIMIENTO El docente realizará una breve descripción de la balanza indicando, sus cuidados, sus partes, precisión y la forma en que se usa. El alumno pesará tres veces y con la precisión indicada cada uno de los objetos que se le asignan. En cada pesada utilice las pinzas para manipular objetos. De este modo se evitaran
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errores por aumento de peso debido a la grasa o la humedad que le pueda quedar adherida al objeto cuando se manipula directamente con las manos. El alumno medirá las monedas con la regla y vernier, y anotara los resultados en una tabla
CUESTIONARIO. ¿Qué es la media aritmética?
¿Cómo se obtiene la desviación estándar?
¿Qué son las cifras significativas?
Determine el número de cifras significativas de los valores obtenidos experimentalmente.
Determine la media, la desviación estándar y la incertidumbre de cada uno de los valores obtenidos en la balanza.
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PRÁCTICA 1. Ley de la conservación de la materia OBJETIVO. El alumno realizará una reacción química con la cual comprobará la ley de la conservación de la materia, y así podrá comparar el peso de las sustancias que reaccionan con el de los productos.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: ¿Cuál es la teoría anterior a la conservación de la materia?
¿A quién se atribuye la Ley de la Conservación de la Materia?
¿Qué experimentos realizó para demostrar su teoría?
¿Qué indica esta ley?
MATERIALES. Matraz Erlenmeyer Pipeta 2 mL Globo Balanza
Termómetro Ácido Clorhídrico Tableta Alka Seltzer
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PROCEDIMIENTO. 1. Coloque 10mL de agua destilada en el matraz, adicione a éste 6 mL de ácido clorhídrico. Por otra parte, parta en trozos pequeños ½ tableta de Alka-Seltzer e introdúzcalos dentro del globo. 2. Embone muy bien la boca del globo a la del matraz, asegurándose de que no caiga Alka-Seltzer dentro del recipiente. 3. Determine el peso de todo el sistema (W1). 4. Levante el globo y deje caer lentamente su contenido dentro del matraz y espere a que la reacción que se produce finalice. 5. Agite el matraz cuidadosamente para asegurar una reacción completa. 6. Pese nuevamente el sistema (W2). 7. Deje escapar el gas, pese de nuevo todo el sistema (W3).
DIAGRAMA DE FLUJO:
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OBSERVACIONES
RESULTADOS Matraz + Globo + Tableta (W1)
____________
Matraz + Globo + Tableta (W2)
____________
Matraz + Globo
____________
(W3)
CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO. 1.- Si los pesos W1, W2 y W3 son iguales, ¿Cómo se explica esto?
2.- Si los pesos W1, W2 y W3 son diferentes, ¿Cómo se explica esto?
3.- Si los pesos son diferentes ¿Cuál es el porcentaje de diferencia basándose en el peso menor?
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4.- Enuncie la ley de la conservación de la materia de acuerdo con sus resultados experimentales.
5.- Halle por diferencia de peso del sistema la cantidad de gas producido.
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 2 Separación de Mezclas, Cromatografía en papel OBJETIVO. El alumno observara la separación de colores de mezclas de colorantes comestibles y tintas; y así mismo, sabrá interpretar los datos experimentales para determinar cuáles dulces contienen el colorante amarillo #5.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: ¿Para qué se utiliza la cromatografía?
¿Cuáles fueron las primeras moléculas identificadas por esta técnica?
¿Cuántos tipos de cromatografía existen? Mencione los más utilizados.
Describa el principio de esta técnica
MATERIALES. Dos piezas de papel filtro Whatman #1 de 10 x 10 cm
Marcadores
Dulces de colores
Colorante amarillo #5
2 vasos de precipitados de 250 mL
Vaso de precipitados de 25 mL
Agua y Sal
1 regla
Palillos de dientes
Película plástica
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PROCEDIMIENTO. 1.- Con un lápiz, trazar una línea de 3 cm de un extremo a otro de cada trozo de papel filtro. Cuidando que el sentido de las hebras de celulosa queden perpendiculares a la marca. 2.- Colocar las muestras de la siguiente manera: 3.- Para el caso de los colorantes de los dulces, con la ayuda de un palillo húmedo, frotar la cubierta del dulce para disolver una parte de la misma. Colocar la punta del palillo con el colorante sobre la línea marcada en papel filtro 1 (repita hasta obtener una mancha concentrada). Mientras que para el caso de las tintas puedo hacerlo directo o con ayuda de un capilar (papel filtro 2). Repita ambos pasos para cada punto y lleve registro. 4.- Humedecer un nuevo palillo en una gota de colorante amarillo #5 que se usara como referencia. Hacer una mancha sobre la línea de lápiz y marcar el sitio de esta. 5.- Enrollar con cuidado los trozos de papel en forma de cilindro cuidando que los puntos de tinta queden en el exterior. 6.- Engrapar las orillas del papel evitando tocarlo. 7.- Añadir a los vasos de 250 mL cerca de 1.5 cm de agua. Espolvorear sal, tapar el recipiente y agitarlo. Colocar el cilindro de papel con los colorantes de los dulces en el vaso de manera que los puntos queden cerca del agua y taparlo. En caso de ser necesario, ajuste el nivel del agua. 8.- Dejar que el agua suba en los trozos de papel hasta llegar a una distancia aproximada de 1 cm de la orilla superior del papel. 9.- Sacar con cuidado el papel. Desdoblar y marcar con un lápiz el punto más alejado que recorrió el agua. Dejar secar el papel sobre una toalla. 10.- Medir la distancia desde la línea inicial del lápiz hasta el centro de cada mancha separada.
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11.- Medir y registrar la distancia desde la línea inicial del lápiz hasta la marca del borde del disolvente. Anotar en su hoja de registro la distancia desde la línea inicial del lápiz hasta el centro de cada mancha.
DIAGRAMA DE FLUJO:
OBSERVACIONES
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RESULTADOS Distancia del disolvente: _____ Punto original
Distancia/ color
Distancia/ color
Distancia/ color
Referencia Dulce 1 Dulce 2 Dulce 3 Tinta 1 Tinta 2
CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO. 1.- ¿Qué es la acción capilar? ¿Notaste alguna evidencia de la misma en esta práctica?
2.- ¿Existe evidencia que alguna de las tintas está formada por más de un pigmento?
3.- ¿Algunos de los dulces contienen los mismos colorantes? Explica tu respuesta.
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4.- ¿Cuáles dulces podrían comerse sin que causaran daño a las personas alérgicas al amarillo #5?
5.- Determine el factor de retención (Rf) y explique para que sirve conocerlo.
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 3 Identificación de sustancias por sus propiedades OBJETIVO. El alumno comprobará las propiedades físicas y químicas de las sustancias para así diferencias una de otra y tratar de identificarlas.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: ¿Cuáles son las propiedades de las sustancias?
¿Qué es un cambio químico y un cambio físico?
¿Para qué sirve identificar una sustancia?
MATERIALES Y REACTIVOS. Espátula
Gradilla
Mechero Bunsen
Pinzas para tubo de ensaye
10 tubos de ensaye 13x100 con tapón
Ácido Clorhídrico 1:3
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Ácido Nítrico 1:3
Ácido Sulfúrico 1:3
Solución de nitrato de bario 0.1 N
Almidón
Óxido de Zinc
Sulfato de Bario
Sulfuro de Zinc
Sulfato de Calcio
Sulfato de Sodio
Sulfato de Cúprico
Oxido Ferroso
Zinc
Carbonato de Sodio
PROCEDIMIENTO. 1.- Colocar 10 tubos de ensaye en una gradilla etiquetando cada uno con la muestra que va a colocar dentro de él. 2.- Agregar a cada tubo con una espátula el equivalente a un chícharo de cada una de las sustancias. 3.- Experimentar el comportamiento ante el calor para cada una de las muestras calentando moderadamente el fondo del tubo de ensayo y anotando cualquier cambio observado. 4.- Comprobar la solubilidad de todas las muestras agregando 4 mL de agua en los tubos de ensaye con la muestra. 5.- Por triplicado añadir 4 mL de ácido nítrico a un tubo de ensaye con una muestra problema, agitar y anotar los resultados. 6.- Del paso anterior, para el primer tubo agregar 4 mL de nitrato de bario 0.1 N y agitar. Para el tubo 2 añada la misma cantidad de ácido sulfúrico y para el tubo 3 añada 4 mL de ácido clorhídrico. 7.- Repita los paso 5 y 6 para cada una de las muestras a analizar. 8.- Tabule los resultados obtenidos.
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DIAGRAMA DE FLUJO:
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
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CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO. 1. ¿Qué es la solubilidad?
2. ¿Qué es una reacción exotérmica y una reacción endotérmica?
3. ¿Qué características se pueden tener presentes en la identificación de sustancias?
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 4 Tabla Periódica y propiedades periódicas OBJETIVO. El alumno observara las propiedades de los metales, no metales y metaloides para así poder clasificar a los elementos utilizados en esta práctica.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: ¿Qué es una tabla periódica?
¿Quién descubrió el primer elemento, en qué año y cual elemento fue?
¿Cuáles son las clasificaciones de los elementos en la tabla periódica?
¿Cómo pueden determinarse prácticamente los números de valencia del átomo de un metal?
MATERIALES Y REACTIVOS. 15 tubos de ensaye
Muestras de diferentes elementos
Vidrio de reloj
Equipo para medir micro conductividad
Solución de ácido clorhídrico 1M y 3M
Magnesio
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Aluminio
Gradilla para tubos de ensaye
Probeta graduada de 50 mL y 10 mL
Espátula
Martillo pequeño
Marcador para vidrio
2 pipetas delgadas
Cinta adhesiva transparente
Película plástica
Pinzas
Soporte
Recipiente de plástico o palangana
PROCEDIMIENTO. Parte 1. Tabla Periódica 1.- Preparar una tabla donde se incluya los elementos estudiados, maleabilidad, conductividad eléctrica, reacción con ácido y sus observaciones (aspecto, estado físico, color, brillo, etc). 2.- Colocar la muestra sobre una superficie dura y golpear ligeramente cada muestra con el martillo. 3.- Anotar las observaciones (si es maleable o quebradizo al golpearlo). 4.- En un vidrio de reloj, colocar un poco de cada muestra y determine si el elemento presenta conductividad dependiendo si se enciende el foco o no. Entre cada lectura y al finalizar limpie cuidadosamente los caimanes del aparato. 5.- Agregar 5 mL de agua destilada a cada tubo y agregar con una espátula una pequeña muestra de cada elemento. No olvide rotular cada tubo correctamente. 6.- Repetir el paso 5 con ácido clorhídrico 1M y anotar las observaciones. Parte 2. Propiedades de los elementos 7.- Hacer dos pequeños cortes en cada una de las pipetas e insertar una pequeña cantidad de magnesio (0.025 g) y de aluminio (0.025 g) marcando cada pipeta.
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8.- Sellar los cortes con cinta adhesiva transparente, resistente al agua. 9.- Llenar con agua el recipiente de plástico. Llenar la probeta graduada con agua destilada hasta el borde, cubriendo la boca de la misma con una película plástica. 10.- Sujetar con fuerza esta película e invertir la probeta colocándola boca abajo en el recipiente con agua y retirar la película plástica (no deben quedar burbujas de aire dentro de la probeta). 11.-Extraer la mayor parte del aire del bulbo de la pipeta que contiene el aluminio e introducir 3mL de ácido clorhídrico 3M. 12.- Sujetar la pipeta con unas pinzas y sumergirla rápidamente en la palangana de modo que la punta de la pipeta quede dentro del extremo abierto de la probeta graduada. 13.- Recolectar el hidrogeno gaseoso en la probeta hasta que la cinta de magnesio se termine. Tomar la lectura del hidrogeno producido y anotarlo en la tabla. 14.- Repetir los pasos 11 al 13 para el magnesio y utilizando ácido clorhídrico 1M
DIAGRAMA DE FLUJO:
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OBSERVACIONES Y RESULTADOS
CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO. 1. Haga una tabla donde se clasifiquen los elementos estudiados como metales, no metales y metaloides.
2. ¿Cuáles elementos reaccionarían con el oxígeno para producir óxidos?
3. ¿Cuál elemento (el aluminio y el magnesio) produce mayor cantidad de hidrogeno?
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4. ¿Cuál elemento tiene mayor capacidad de reacción por átomo?
5. En este experimento, los átomos de ambos metales reaccionan perdiendo electrones para formar iones positivos. Relaciona la proporción de las capacidades de reacción con el número de electrones de valencia de cada átomo.
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 5 Teoría Atómica, Colores a la flama OBJETIVO. Relacionar los fundamentos de la teoría atómica con la práctica experimental, observando las distintas longitudes de onda de emisión (colores) de diferentes elementos al quemarlos en una flama de alta energía.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: ¿Qué es el color?
¿Qué es el espectro electromagnético?
¿A qué se debe el color en los metales al someterse a la flama?
¿Cuáles son las técnicas actuales para identificar metales?
MATERIALES Y REACTIVOS.
Espátula pequeña
Micro vial
Varilla de vidrio
Mechero bunsen
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Gotero
Solución de Cu(NO3)2 0.5 M
Solución saturada de NaCl
Solución de KNO3 1M
Oxido de calcio en polvo
HNO3 6 M
Solución de H3BO3 1 M
Agua de la llave
PROCEDIMIENTO. 1. Con la punta de la espátula agregar una pequeña cantidad de óxido de calcio al micro vial. 2. Agregar a este polvo ácido nítrico gota a gota hasta que se observe que la reacción ha terminado. 3. Sumergir la punta de la varilla de vidrio en la disolución preparada en el micro vial y de inmediato acercar la punta a la flama del mechero. Anotar el color de la flama. Repetir las veces necesarias para corroborar el color. 4. Repetir el procedimiento sumergiendo la varilla en la respectiva solución y acercarla a la flama del mechero para observar y anotar los distintos colores según los elementos presentes en cada solución.
DIAGRAMA DE FLUJO:
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OBSERVACIONES
RESULTADOS
COMPUESTO
ELEMENTO EXCITADO
Cu(NO3)2
Cu
NaCl
Na
KNO3
K
CaO
Ca
H3BO3
B
COLOR OBSERVADO
otros
CONCLUSIONES.
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CUESTIONARIO. 1.- Realiza la configuración electrónica de cada uno de los iones identificados.
2.- ¿Qué otros elementos o iones tienen colores característicos a la flama?
3.- ¿A qué longitud de onda equivaldría el color presentado por cada ion?
4.- ¿Es esta propiedad suficiente para identificar un componente de un compuesto desconocido? En caso de que la respuesta sea no, proponer otros estudios que se pueden realizar para lograr esta identificación.
5.- ¿Qué tienen en común los iones de los elementos estudiados?
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 6 Enlace Químico OBJETIVO. El alumno aprenderá a examinar las propiedades de varias sustancias comunes, y a interpretar los datos de las propiedades de las sustancias para clasificarlos como iónicas o moleculares.
INTRODUCCIÓN. Investigue lo siguiente: Definición de enlace iónico, molecular y metálico.
Mencione las propiedades de cada uno de los enlaces arriba mencionados.
¿Qué son las fuerzas intermoleculares?
MATERIALES Y REACTIVOS. Vidrio de reloj
Varilla de agitación
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15 tubos de ensaye
Gradilla
2 Vaso de precipitado 50 mL
Glicerina para baño maría
Pinzas para tubo de ensaye
Cucharilla de combustión
Agua destilada
Hexano
Equipo para medir conductividad eléctrica
PROCEDIMIENTO. Parte I. 1. Coloca muestras de 0.5 g parafina, azúcar, sal, nitrato de potasio y estaño en vasos de precipitados o sobre vidrios de reloj. Prueba la dureza de cada sólido presionándolo con ayuda de una varilla de agitación. 2. Anota si las sustancias tienen aspecto cristalino o no. Un sólido cristalino tiene formas geométricas regulares, definidas y planas, por lo que refleja la luz incidente (brilla). 3. Divide cada solido en tres porciones, colócalas en tubos de ensaye y etiquétalos. Realiza las siguientes pruebas. 4. A la primera serie de tubos prueba el punto de fusión colocándolos en baño maría (temperatura aproximada de 90°C). Las sustancias que no se fundan así, colócalas en una cucharilla de combustión y caliéntalas directamente a la flama por un tiempo máximo de 5 minutos. Quita el sólido de la flama tan pronto se funda. La temperatura que alcanza el mechero es de aproximadamente 800°C. 5. A la segunda serie de tubos agrega agua destilada (3 mL aproximadamente). Agítalos y observa si se disuelve el sólido. 6. Finalmente a la tercera serie de tubos agrega hexano (3 mL aproximadamente). Agítalos y observa si se disuelve el sólido.
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7. Anota tus resultados en la Tabla 1. Parte II. 8. Prueba la conductividad de cada una de tus muestras en estado sólido y fundidos, para esto coloca una porción pequeña en un vidrio de reloj y toca el sólido con los alambres de un equipo de conductividad simple. Calienta en el mechero y si se funde determina si conduce. Anota tus observaciones en la Tabla 1. 9. Prueba la conductividad de los solventes que vas a utilizar en un vaso de precipitados de 50 mL. Enjuaga y seca los electrodos del equipo de conductividad con el disolvente antes y después de cada prueba. Anota los resultados. 10. Prueba la conductividad de las sustancias analizadas tanto en agua como hexano y anota tus resultados en la Tabla 1. NOTA: Ten cuidado con las sustancias que no resultan solubles, pues el fenómeno de la conductividad eléctrica sólo se presenta cuando existen iones disueltos en el disolvente. Para decir que una sustancia no conduce la electricidad, es necesario asegurar que está disuelta y solo así, su prueba de conductividad será negativa.
DIAGRAMA DE FLUJO:
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OBSERVACIONES
RESULTADOS
SUSTANCIA
Parafina
Azúcar
Sal
Estaño
KNO3
ASPECTO CRISTALINO DUREZA VOLATILIDAD (Olor) TEMPERATURA DE FUSION T < 90 ó 90 < T < 800 SOLUBILIDAD EN AGUA SOLUBILIDAD EN HEXANO CONDUCTIVIDAD FUNDIDO CONDUCTIVIDAD EN AGUA CONDUCTIVIDAD EN HEXANO
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CUESTIONARIO. 1.- ¿Es posible obtener alguna información de la fuerza relativa del enlace metálico, iónico o covalente, mediante la comparación de los puntos de fusión? Explique.
2.- ¿Qué les ocurre a los enlaces que hay entre las moléculas cuando una sustancia se funde?
4.- Los sólidos iónicos tienen aniones y cationes fuertemente unidos y localizados en sitios regulares formando redes cristalinas. ¿Qué tipo de disolvente (polar o no polar) crees que sea capaz de romper las interacciones que mantienen sus estructuras? ¿Coincide con lo observado experimentalmente?
5.- ¿Cómo puedes saber si un sólido cristalino está formado por moléculas o iones? Explique.
6.- ¿Qué tipo de enlace predomina en cada uno de los compuestos con los que trabajaste? Explica en que te basas para esta asignación.
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 7 Geometría Molecular OBJETIVO. Que el alumno se familiarice en la descripción de las geometrías moleculares y analice algunas geometrías comunes que presentan las moléculas simples y sus ángulos de enlace.
INTRODUCCIÓN. Explique correcta y claramente: ¿En qué consiste la repulsión de pares de electrones (Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia, TRPEV)?
¿Qué efecto y/o consecuencias tiene la repulsión de pares de electrones en la Geometría Molecular?
¿Qué relación hay entre los pares de electrones y los ángulos de enlace?
¿Cómo se tipifica un átomo central?
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MATERIAL Globos del mismo tamaño (6 del color A Y 6 del color B) Transportador Regla Plastilina
PROCEDIMIENTO Parte I 1. Infla dos globos del mismo tamaño y únelos por los extremos. 2. Dibuja en tu hoja (un solo plano) la figura geométrica que represente esta figura y calcula el ángulo entre los enlaces. 3. Infla tres globos del mismo tamaño y únelos por los extremos. 4. Dibuja en tu hoja (un solo plano) la figura geométrica que represente esta figura y Calcula el ángulo entre los enlaces. 5. Haz lo mismo para 4, 5 y 6 globos. 6. Después repite el procedimiento intercambiando los colores de los globos como lo indica la tabla de resultados. Parte II 7. Con palillos de dientes cortados de manera adecuada, representar las distancias de enlace. 8. Con esferas de plastilina de diferente color (o bolitas de unicel pintadas), construir los átomos que se enlazan representando cada elemento con un color diferente así:
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Color Negro Rojo Banco
Elemento Carbono Oxígeno Hidrógeno
Color Azul Naranja Verde
Elemento Nitrógeno Fósforo Cloro
9. Construir los modelos correspondientes a los compuestos del cuadro y presentárselas al Profesor. Compuesto CO2 CH4 NH3 PCl5
DIAGRAMA DE FLUJO:
46
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
Número de globos del color A
Número de globos del color B
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
2
1
3
1
2
2
4
1
3
2
2
3
5
1
4
2
Dibujo
Ángulos Nombre de de enlace la Geometría
Sistema
47
CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO 1.
¿En qué consiste la polaridad y la no polaridad de las moléculas?
2.
¿Cuáles son las cinco formas básicas de Geometría Molecular?
3.
¿Qué aportan las Estructuras de Lewis para la interpretación de la Geometría
Molecular?
BIBLIOGRAFÍA.
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PRÁCTICA 8 Nomenclatura Química OBJETIVO Que el alumno considere la forma sistemática en la que se nombra a las sustancias, y como se aplica dicha nomenclatura a los compuestos inorgánicos. Se busca, además, que aprenda el nombre y la formula de diferentes compuestos químicos, tales como óxidos metálicos, hidróxidos y sales acidas y básicas.
INTRODUCCIÓN Explique correcta y claramente: ¿Qué es la nomenclatura Química y para qué sirve?
¿De dónde provienen las reglas de Nomenclatura Química?
¿En qué consiste la nomenclatura para especies en estado de oxidación positiva?
¿En qué consiste la nomenclatura para especies en estado de oxidación negativa?
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MATERIALES Y REACTIVOS Centrifuga
Tubos de ensaye
Gradilla
Pizeta con agua destilada
CaO
Solución de fenolftaleína
ZnO
Solución de FeCl3 0.1 M
Solución de NaOH 0.1 M
Solución de CaCl2 0.1 M
Sales de: NaNO2, Na2SO3, NaBO2, Na2CO3, NaNO3, KClO4, NaClO3, K2SO4, Na2SiO3 y Na3PO4.
PROCEDIMIENTO Parte I Características químicas de los óxidos metálicos 1. En un tubo de ensayo coloca 0.02 g de CaO. 2. Agregar 4 mL de agua destilada y homogenizar. 3. Mide el pH con papel indicador. 4. Adicionar dos gotas de fenolftaleína. 5. En un tubo de ensayo colocar 0.02 g de ZnO. 6. Agregar 4 mL de agua destilada y homogenizar. 7. Mide el pH con papel indicador. 8. Adicionar dos gotas de fenolftaleína.
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Características químicas de los hidróxidos 1. En un tubo de ensayo coloca 2 mL de FeCl3 y adicionar gota a gota hidróxido de sodio hasta observar la formación de precipitados. 2. Llevar el tubo de ensayo a la centrifuga, separar las fases y desechar el líquido remanente. 3. Al precipitado obtenido adicionar 2 mL de agua destilada y agitar, verificando su solubilidad. 4. Desechar el líquido remanente y adicionar exceso de NaOH. 5. En un tubo de ensayo coloca 2 mL de CaCl2 y adicionar gota a gota hidróxido de sodio hasta observar la formación de precipitados. 6. Llevar el tubo de ensayo a la centrifuga y una vez separadas las fases, desechar el líquido remanente. 7. Al precipitado obtenido adicionar 2 mL de agua destilada y agitar, verificando su solubilidad. 8. Desechar el líquido remanente y adicionar exceso de NaOH. Parte II Aniones oxigenados 9. En cada tubo coloca una pequeña cantidad de NaNO2, Na2SO3, NaBO2, Na2CO3, NaNO3, KClO4, NaClO3, K2SO4, Na2SiO3 y Na3PO4. y adiciona después un poco de agua destilada. Agita hasta que las sales se disuelvan completamente y determina el pH de las disoluciones, y anota tus resultados en la Tabla de resultados.
DIAGRAMA DE FLUJO
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OBSERVACIONES
RESULTADOS Parte I
52
Parte II Formula General
Anión
pH
Anión
pH
EO2EO3EO32EO4EO42EO43-
CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un oxido anfótero?
2. ¿En qué se diferencia un oxido básico de un oxido neutro?
3. ¿Cuál es el pH del agua destilada? y ¿A qué atribuyes el hecho de que el pH de algunas soluciones sea muy parecido entre ellas?
4. ¿Qué papel juega la carga del oxoanión en la basicidad? Establece un comportamiento general de acuerdo a lo observado.
53
5. ¿Cuál es el efecto del número de oxígenos del oxoanión en la basicidad?
6. ¿Cuáles son las variables en un oxoanión que influyen en su basicidad y en qué forma?
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
54
PRÁCTICA 9 Reacciones Químicas I OBJETIVO. El alumno llevara a cabo diferentes tipos de reacciones químicas en donde observará y podrá diferenciar cada una de ellas.
INTRODUCCIÓN. Explique correcta y claramente: ¿Qué es una reacción química?
¿Cómo se representa una reacción química?
¿Cómo se clasifican las reacciones químicas?
¿Qué representa una ecuación química, que información proporciona y que principios debe satisfacer?
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MATERIALES Y REACTIVOS.
Vidrio de reloj
Varilla de agitación
15 tubos de ensaye
Gradilla
2 Vaso de precipitado 50 mL
Glicerina para baño maría
Pinzas para tubo de ensaye
Cucharilla de combustión
Agua destilada
Hexano
Equipo para medir conductividad eléctrica
PROCEDIMIENTO. 1. Toma un trozo de cinta de magnesio con una pinza y somételo a calentamiento con el mechero hasta que observes un cambio. Para plantear tu ecuación, considera que el elemento está reaccionando con el oxígeno del aire para formar el óxido correspondiente. Manipula con precaución. 2. En un tubo de ensaye coloca 2 mL de agua destilada y añádele óxido de calcio sólido. Con la ayuda de un popote sopla (añade dióxido de carbono), con cuidado al tubo y observa. Considera que las dos especies van a formar un carbonato. 3. Al producto de la reacción anterior (carbonato de calcio) añádele unas gotas de ácido clorhídrico diluido. El carbonato reaccionará desprendiendo dióxido de carbono y formando cloruro de calcio. 4. En un tubo de ensayo adaptado a un tubo de desprendimiento, calienta una pequeña cantidad de carbonato de cobre (II) y burbujea el gas que se desprende (dióxido de carbono) en 5 mL de agua. Determina el pH del agua antes y después de la reacción. Para plantear tus reacciones, considera primero que el carbonato al calentarse produce el gas y
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el óxido de cobre (II); en una segunda reacción el gas reacciona con el agua para formar el oxácido correspondiente. Guarda el óxido para usarlo en la reacción 6. 5. A una disolución saturada de hidróxido de bario o de calcio añádele unas gotas de fenolftaleína y con un popote sopla hasta observar un cambio de color. Para plantear tu ecuación considera que uno de los productos formados es el carbonato del elemento alcalinotérreo. 6. Envuelve con papel filtro una cantidad de óxido de cobre (II) obtenido en la reacción 4, colócalo sobre una cucharilla y en la campana enciende el papel con el mechero hasta que se queme completamente, el papel se convertirá en carbón que reaccionará con el óxido para obtener cobre metálico y desprender dióxido de carbono. El producto de la reacción puede desecharse en el bote de basura.
DIAGRAMA DE FLUJO:
57
OBSERVACIONES Y RESULTADOS Complete la tabla para cada una de las reacciones llevadas a cabo. Reactivos
Productos
Fórmula(s)
Fórmula(s)
Nombre(s)
Nombre(s)
Edo. Físico
Edo. Físico
Observaciones Antes
Clasificación Re organización Comportamiento
Después
Endo/Exo térmica
Antes
Re organización
Ecuación completa balanceada Fórmula(s)
Fórmula(s)
Nombre(s)
Nombre(s)
Edo. Físico
Edo. Físico
Comportamiento Después
Endo/Exo térmica
Antes
Re organización
Ecuación completa balanceada Fórmula(s)
Fórmula(s)
Nombre(s)
Nombre(s)
Edo. Físico
Edo. Físico
Comportamiento Después
Endo/Exo térmica
Antes
Re organización
Ecuación completa balanceada Fórmula(s)
Fórmula(s)
Nombre(s)
Nombre(s)
Edo. Físico
Edo. Físico
Comportamiento Después
Endo/Exo térmica
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Ecuación completa balanceada Fórmula(s)
Fórmula(s)
Nombre(s)
Nombre(s)
Edo. Físico
Edo. Físico
Antes
Re organización Comportamiento
Después
Endo/Exo térmica
Ecuación completa balanceada
CUESTIONARIO. 1. Indique a qué tipo de reacción química corresponde cada una de las reacciones realizadas.
2. ¿Qué es una reacción exotérmica?
3. ¿Qué es una reacción endotérmica?
59
CONCLUSIONES.
BIBLIOGRAFÍA.
60
PRÁCTICA 10. Reacciones de Precipitación, Lluvia de Oro OBJETIVO. Que el alumno identifique las reacciones en las que los reactivos solubles generan un producto insoluble y se relacione con las reglas de solubilidad.
INTRODUCCIÓN. Explique correcta y claramente: ¿Qué son las reacciones de precipitación?
¿Qué es un precipitado?
¿Cuáles son las reglas a considerar para predecir estas reacciones?
MATERIALES Y REACTIVOS
Matraz aforado
Tubos de ensayos
Varilla de agitar
Mechero.
Pinzas
Solución de KI 0.06 M
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Solución de Pb(NO3)2 0.03 M
Hielo
PROCEDIMIENTO 1.- Preparamos 50 mL de dos disoluciones acuosas, una de nitrato de plomo (II) y otra de ioduro potásico. 2.- A continuación mezclamos las dos disoluciones del siguiente modo: vertemos 2 mL de la disolución de nitrato de plomo (II) en un tubo de ensayo y añadimos otros 2 mL de la disolución de ioduro potásico. En este momento aparecerá un precipitado de ioduro de plomo (II) en forma de turbidez amarilla brillante. 3.- Se calienta el tubo de ensayo con el precipitado hasta que el precipitado se re-disuelva (desaparece el precipitado). 4.- Se deja enfriar el tubo de ensayo y el ioduro de plomo (II) vuelve a precipitar pero esta vez en forma de pequeños cristales que asemeja la lluvia de oro.
DIAGRAMA DE FLUJO
62
OBSERVACIONES Y RESULTADOS
CONCLUSIONES.
CUESTIONARIO. 1. Enumere ejemplos de las reglas de solubilidad de compuestos iónicos solubles e insolubles, así como las excepciones más importantes.
2. Escriba y balancee la reacción química realizada.
3. Menciones cuales son los iones espectadores en esta reacción.
4. Escriba la ecuación iónica neta que se llevó a cabo.
BIBLIOGRAFÍA.
63
Toxicidades, Propiedades y Medidas de seguridad de las sustancias empleadas.
64
65
66
Fundamentos de la Práctica en el Laboratorio de Química I. Este libro se terminó de reproducir el 7 de diciembre de 2016 con un tiraje de 250 discos. Y fue elaborado por miembros de la Academia de Química Inorgánica de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Coahuila en la ciudad de Saltillo, Coahuila. México.
