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introducción

 

 

 

Una reacción química, proceso en el que una o más sustancias los reactivos se transforman en otras sustancias diferentes los productos de la reacción.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

 

 

Los símbolos y fórmulas químicas sirven para describir las reacciones químicas, al identificar las sustancias que intervienen en ellas. En algunos casos, como en la combustión, las reacciones se producen de forma rápida. Otras reacciones, como la oxidación, tienen lugar con lentitud. La cinética química, que estudia la velocidad de las reacciones, contempla tres condiciones que deben darse a nivel molecular para que tenga lugar una reacción química: las moléculas deben colisionar, han de estar situadas de modo que los grupos que van a reaccionar se encuentren juntos en un estado de transición entre los reactivos y los productos, y la colisión debe tener energía suficiente (energía de activación) para que se alcance el estado de transición y se formen los productos.

 

Las reacciones rápidas se dan cuando estas tres condiciones se cumplen con facilidad. Sin embargo, si uno de los factores presenta cierta dificultad, la reacción resulta especialmente lenta.

 

La velocidad de la reacción aumenta en presencia de un catalizador, una sustancia que no resulta alterada o se regenera, por lo que el proceso continúa.

 

 

 

 

OBJETIVOS

 

 

 

OBJETIVO GENERAL

 

Reconocer experimentalmente algunos tipos de reacciones químicas

 

 

OBJETIVOS  ESPECÍFICOS

 

 

v    Comprobar que cuando las sustancias reaccionan químicamente, adquieren propiedades diferentes a las que poseían antes de la reacción

 

v    Identificar los gases que se desprenden de algunas reacciones

 

v    Clasificar reacciones según las transformaciones de reactivos y productos.

 

v    Conocer algunas reacciones catalizadas y para que sirve un catalizador.

 

 

 

 

 

MARCO TEÓRICO

 

 

Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y neón, son inertes, es decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones especiales.

 

 Al contrario que el oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas (formadas por dos átomos), el helio y otros gases inertes son elementos monoatómicos, con un único átomo por molécula.

 

Un catalizador sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en sí ningún cambio químico. Las enzimas, que se encuentran entre los catalizadores más importantes, tienen una función esencial en los organismos vivos donde aceleran reacciones que de otra forma requerirían temperaturas que podrían destruir la mayoría de la materia orgánica.

 

Un catalizador en disolución con los reactivos, o en la misma fase que ellos, se llama catalizador homogéneo. El catalizador se combina con uno de los reactivos formando un compuesto intermedio que reacciona con el otro más fácilmente. Sin embargo, el catalizador no influye en el equilibrio de la reacción, porque la descomposición de los productos en los reactivos es acelerada en un grado similar.

 

Un ejemplo de catálisis homogénea es la formación de trióxido de azufre haciendo reaccionar dióxido de azufre con oxígeno, y utilizando óxido nítrico como catalizador. La reacción forma momentáneamente el compuesto intermedio dióxido de nitrógeno, que luego reacciona con el oxígeno formando óxido de azufre. Tanto al principio como al final de la reacción existe la misma cantidad de óxido nítrico.

 

 

 

 

 

MATERIALES Y REACTIVOS

 

 

 

v   10 tubos de ensayo

v   1 gradilla para tubos de ensayo

v   2 pipetas de 10 mL

v   1 espátula metálica

v   1 agitador de vidrio

v   1 mechero de Bunsen

v   1 soporte universal

v   1 aro metálico

v   2 vasos de precipitado de 250 mL

v   1 pinza para crisol

v   1 balanza de brazo triple

v   1 vidrio de reloj

v   2 tubos de ensayo con desprendimiento lateral

v   Tapones de caucho

v   Mangueras

v   Acetato de sodio sólido

v   Carbonato de calcio sólido

v   100 mL de hidróxido de sodio O,1F

v   100 mL de ácido clorhídrico 0,1F

v   solución de fenolftaleína

v   100 mL de acetato de plomo 0,1F

v   100 mL de yoduro de sodio 0,1F

v   100 mL de ácido clorhídrico 4F

v   1 g de mezcla de acetato de plomo y yoduro de sodio

v   Cinta de Magnesio

v   Zinc en granallas

v   Cobre en fragmentos

v   100 mL de sulfato de cobre (II) al 5%

v   1 clavo de hierro

v   Clorato de potasio sólido

v   Dióxido de manganeso sólido

v   Sodio metálico

v   Potasio metálico

 

 

 

 

PROCEDIMIENTO

 

  1. Colocar una pequeña muestra de cristales de acetato de sodio en un tubo de ensayo,  agregar 5mL de agua y agitar fuertemente.
  2. Colocar una pequeña muestra de carbonato de calcio sólido en un tubo de ensayo. Agregar ácido clorhídrico 1F gota a gota hasta la reacción completa.
  3. En un tubo de ensayo colocar 2mL de Hidróxido de sodio 0,1F y en otro tubo colocar 2 mL de ácido clorhídrico 0,1F. A cada uno agregar dos gotas de fenolftaleína y agitar. En otro tubo de ensayo agregar 2mL de ácido clorhídrico y 2 mL de hidróxido de sodio 0,1F. Tocar la parte externa del tubo de ensayo.
  4. En un tubo de ensayo colocar 2 mL de acetato de plomo 0,1F y en otro tubo colocar 2 mL de yoduro de Sodio 0,1F. Mezclar luego el contenido de ambos tubos de ensayo.

Observar la muestra de una mezcla de acetato de plomo y de yoduro de Sodio sólidos. Compare los resultados con el literal 4.

  1. Colocar 2 mL de ácido clorhídrico 4F en cada uno de los tubos de los 3 tubos de ensayo. Al primero agregar un fragmento de la cinta de magnesio, al segundo una granalla de zinc y al tercero un fragmento de cobre.
  2. Observar la apariencia de la cinta de magnesio y probar su solubilidad en agua. Luego seque la cinta y sujétela con una pinza y coloque su extremo directamente en la llama del mechero. Cuando comience a producirse la luz blanca intensa (deslumbrante), retire la cinta del mechero y manténgala lejos de la cara mientras ocurre la reacción.

Examine el producto de la reacción y colóquela en un vidrio de reloj, agregue 3 a 5 gotas de fenolftaleína.

  1. Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de solución de sulfato de cobre (II); inclinar el tubo y dejar caer el clavo dentro de él. Deje en reposo durante 15 minutos. Luego retire el clavo cuidadosamente y examine el color de la solución en el tubo. Evapore unas cuantas gotas de esta solución en un vidrio reloj y examine el residuo sobre un papel blanco.
  2. Obtención del oxígeno gaseoso a partir de la descomposición de cloruro de potasio. Realice el montaje con ayuda del auxiliar. Pesar 1 g de clorato de potasio sólido y colocarlo en un tubo de ensayo.

Ajuste el tapón y caliente suavemente el extremo del tubo que contiene clorato de potasio. Suspender el calentamiento después de 10 minutos, destapar el tubo y añadir una pizca de dióxido de manganeso y mezclar bien. Comparar lo ocurrido antes de añadir el dióxido de manganeso.

En un vaso de precipitados que contiene agua agregar un fragmento de sodio metálico. Observe lo ocurrido. Repita el procedimiento anterior pero esta vez con potasio metálico.

 

 

 

 

 

RESULTADOS

 

1.     Al agregar agua a los cristales de acetato de Sodio observamos que el acetato se disolvió en el agua, pero no observamos ningún cambio en la coloración ni sentimos ningún calentamiento. Por lo que concluimos que no hubo ninguna reacción.

 

 

2.     Al agregar ácido clorhídrico (HCl 1F) a la muestra de carbonato de calcio sólida (CaCO3), observamos que hubo una reacción. Esta reacción se caracterizó por el desprendimiento de gases.

 

 

 

 

3.     Al agregar la fenolftataleina al hidróxido de sodio (NaOH), observamos un cambio en la coloración ya que tomó en color violeta. Al agregar la fenolftaleína al ácido clorhídrico observamos que no hubo ningún cambio en el sistema.

Por otro lado al agregar el hidróxido de sodio (NaOH) al ácido clorhídrico observamos una reacción endotérmica ya que hubo una absorción de energía. Esta reacción ácido-base es conocida como reacción de neutralización.

 

 

 

 

 

4.     Al agregar el acetato de plomo al yoduro de sodio observamos que el color cambio a amarillo e inicialmente eran los dos transparentes. Por otra parte al mezclar las dos sustancias anteriores pero en estado sólido observamos que cambio el color de blanco a naranja.

 

 

5.      

v    Al colocar el Zinc en el ácido clorhídrico observamos un burbujeo ascendente:

 

 

 

 

v    Al colocar el cobre en el ácido clorhídrico observamos un burbujeo ascendente:

 

 

 

 

 

v    Al colocar el magnesio en el ácido clorhídrico observamos un burbujeo ascendente:

 

 

 

 

 

 

 

6.     Al probar la solubilidad de la cinta de magnesio en agua concluimos que no es soluble en agua a temperatura ambiente.                               

Luego sometimos a calentamiento y observamos que ocurrió la siguiente reacción:

 

 

 

 

 Luego a este oxido le agregamos agua y observamos que ocurrió la siguiente reacción:

 

 

 

 

Al agregar fenolftaleína observamos una coloración violeta.

 

 

7.     Al introducir un clavo en sulfato de cobre observamos que esta se torno  turbia. El clavo se coloco de un color rojizo en la parte expuesta a la sustancia. Al evaporar obtuvimos un residuo de color naranja lo que hace evidente que ocurrió un cambio químico ya que hubo un cambio de color.

 

 

 

 

 

La reacción del sulfato de cobre con hierro para dar sulfato de hierro y     cobre es un ejemplo de reacción de desplazamiento. El cobre del sulfato de cobre es desplazado por el hierro, el cual entra en combinación con el sulfato.

 

8.     Al realizar este procedimiento de obtención de oxigeno gaseoso a partir de la descomposición del clorato de potasio, observamos que después de iniciar el calentamiento del clorato de potasio tardo 8 minutos para obtener la primera manifestación de oxígeno.

 

 

 

        (8 min)

 

 

 

 

 

Luego agregamos dióxido de manganeso y observamos que la reacción se realiza en tan solo 2 minutos.

 

     

 

                                                                             (2 min)

 

 

Por otra parte agregamos sodio metálico en agua y observamos una reacción violenta en la que la partícula de sodio se movía rápidamente por toda la superficie del agua. La reacción del sodio con el agua es una reacción exotérmica, una pequeña llama amarilla surge al poner en contacto el sodio con el agua contenida en el vaso de precipitados.

 

 

 

 

 

Agregamos potasio en agua y observamos que el potasio reacciona violentamente con agua, produciendo hidróxido de potasio e hidrógeno gas.

 

    

 

 

 

 

 

ANÁLISIS DE RESULTADOS

 

  1.  En el procedimiento uno no hubo reacción ya que lo que se hizo fue agregar agua al acetato de sodio, el cual es una disolución tampón o disolución amortiguadora, disolución que contiene unas sustancias que inhiben los cambios de pH, o concentración de ion hidrógeno de la disolución. Dichas sustancias pueden contener un ácido débil y su sal.

 

 

  1. Al realizar el procedimiento 2 observamos la reacción del ácido clorhídrico y el carbonato de calcio. Los científicos utilizan ácido clorhídrico para determinar la existencia de carbonatos en un material. Los carbonatos reaccionan con este ácido, disolviéndose en él y produciendo efervescencia.

 

Algunos carbonatos insolubles, como el carbonato de calcio, se      disuelven en agua que contenga dióxido de carbono disuelto, y se forman bicarbonatos solubles. Esta reacción reversible es:

 

 

 

 

 

 

  1. En este procedimiento utilizamos la fenolftaleína (C20H14O4) para determinar el nivel de acidez o basicidad de una sustancia.

Al agregar la fenolftaleína al hidróxido de sodio (NaOH), observamos     que tomó en color violeta, lo que es característico su color en medio básico es rojo-violeta.

Al agregar la fenolftaleína al ácido clorhídrico observamos que no hubo ningún cambio en el sistema,  lo que es característico ya que  la fenolftaleína  en medio ácido es incolora.

 

Al mezclar el ácido clorhídrico con el hidróxido de sodio distinguimos una reacción endotérmica ya que no hubo calentamiento en el sistema lo que indica que hubo adsorción de energía.

Es importante decir que cuando en una reacción endotérmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta (la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno).

Observemos la reacción:

 

 

 

Esta es una reacción irreversible ya que se realiza en un solo sentido y además  disminuye la concentración de los cuerpos iniciales hasta que uno se acaba.

 

 

  1. El acetato de plomo Pb(C2H3O2)2·3H2O, es una sustancia cristalina  blanca, llamada azúcar de plomo por su sabor dulce, se prepara comercialmente disolviendo litargirio en ácido etanoico. Se emplea como agente cáustico en tintes, como desecante de pinturas y barnices, y para elaborar otros compuestos de plomo.

En este procedimiento el acetato de plomo reaccionó con el yoduro de sodio, sin importar en que estado se encuentren.

 

 

  1. Los iones hidrógeno proporcionan al ácido clorhídrico sus propiedades ácidas y, por tanto, todas las disoluciones de cloruro de hidrógeno en agua tienen sabor amargo, corroen los metales activos formando los cloruros del metal e hidrógeno, colorean de rojo el tornasol, neutralizan los álcalis y reaccionan con las sales de ácidos débiles formando cloruros y los ácidos débiles.

 

En cada una de las experiencias podemos identificar el tipo de reacción que se produce:

 

Al reaccionar el Zinc con el ácido clorhídrico:

 

 

Esta es una reacción se puede observar que el elemento Zn desplaza al  Hidrógeno formando el compuesto cloruro de zinc más el hidrógeno que se desprende en forma de gas más calor. Por esta razón esta  reacción es de desplazamiento.

Esta reacción es reversible ya que se puede realizar en ambos sentidos y además las concentraciones de los cuerpos iniciales disminuyen hasta alcanzar un equilibrio químico.

 

 En las demás reacciones (Cu con HCl y Mg con HCl) también se observa este tipo de reacción.

 

 

 

 

 

  1. El oxígeno, el agua o los álcalis no atacan al magnesio a temperatura ambiente. Reacciona con los ácidos. El magnesio tiene un punto de fusión de unos 649 ºC, un punto de ebullición de unos 1.107 ºC y una densidad de 1,74 g/cm3; su masa atómica es 24,305.

Al momento que sometimos a calor la cinta de magnesio observamos que reaccionó con el oxígeno y emitió una luz blanca radiante.

 

 

 

 

Luego agregamos agua al oxido formado y obtuvimos hidróxido de Magnesio.

 

 

 

 

 

Para comprobar su carácter básico agregamos fenolftaleína y obtuvimos un color violeta, lo que nos garantiza la formación del Hidróxido de Magnesio.

 

 

  1.  Observemos la reacción:

 

 

 

 

En esta reacción podemos decir que es de desplazamiento ya que el hierro se combina con el ion sulfato y libera al cobre.

El hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles.

Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín o herrumbre.

 

 

  1. Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en sí ningún cambio químico.

 

En este caso utilizamos como catalizador al dióxido de manganeso

 

 

 

 

El clorato de potasio fue descompuesto y desprendió oxígeno en estado gaseoso después de ser calentado, siendo más rápida la reacción cuando utilizamos el catalizador en la reacción.  

 

El sodio al igual que el potasio reaccionan violentamente con el agua, esto se debe a que son elementos alcalinos, que como sabemos son grandes formadores de álcalis o bases.

 

 

 

 

    

 

 

Estas dos reacciones son  altamente exotérmicas.

 

 

 

 

 CUESTIONARIO

 

 

1. Escribir las ecuaciones químicas balanceadas de los casos donde hubo reacción.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Explicar la función del agua en aquellas reacciones que se realizan en solución acuosa.

R/ Actúa como catalizador en este tipo de reacciones.

 

3. ¿Qué es un catalizador?

R/ sustancia que altera la velocidad de una reacción química sin sufrir en sí ningún cambio químico. Las enzimas, que se encuentran entre los catalizadores más importantes, tienen una función esencial en los organismos vivos donde aceleran reacciones que de otra forma requerirían temperaturas que podrían destruir la mayoría de la materia orgánica.

 

Un catalizador en disolución con los reactivos, o en la misma fase que ellos, se llama catalizador homogéneo. El catalizador se combina con uno de los reactivos formando un compuesto intermedio que reacciona con el otro más fácilmente. Sin embargo, el catalizador no influye en el equilibrio de la reacción, porque la descomposición de los productos en los reactivos es acelerada en un grado similar. Un ejemplo de catálisis homogénea es la formación de trióxido de azufre haciendo reaccionar dióxido de azufre con oxígeno, y utilizando óxido nítrico como catalizador. La reacción forma momentáneamente el compuesto intermedio dióxido de nitrógeno, que luego reacciona con el oxígeno formando óxido de azufre. Tanto al principio como al final de la reacción existe la misma cantidad de óxido nítrico.

 

Un catalizador que está en una fase distinta de los reactivos se denomina catalizador heterogéneo o de contacto. Los catalizadores de contacto son materiales capaces de adsorber moléculas de gases o líquidos en sus superficies. Un ejemplo de catalizador heterogéneo es el platino finamente dividido que cataliza la reacción de monóxido de carbono con oxígeno para formar dióxido de carbono. Esta reacción se utiliza en catalizadores acoplados a los automóviles para eliminar el monóxido de carbono de los gases de escape.

 

Existen ciertas sustancias llamadas promotoras, que no tienen capacidad catalítica en sí, pero aumentan la eficacia de los catalizadores. Por ejemplo, al añadir alúmina a hierro finamente dividido, ésta aumenta la capacidad del hierro para catalizar la obtención de amoníaco a partir de una mezcla de nitrógeno e hidrógeno. Por otra parte, los materiales que reducen la eficacia de un catalizador se denominan venenos. Los compuestos de plomo reducen la capacidad del platino para actuar como catalizador; por tanto, un automóvil equipado con un catalizador para controlar la emisión de gases necesita gasolina sin plomo. Actualmente los catalizadores son muy importantes en el mundo industrial. Un área importante en la investigación actual es la catálisis de enzimas. Las enzimas naturales se han utilizado durante mucho tiempo en las industrias, pero en la actualidad sólo se dispone de menos de 20 enzimas en cantidades industriales. Los biotecnólogos buscan formas de ampliar estos recursos y de desarrollar enzimas semisintéticas para tareas muy específicas.

 

 

4. Explique la diferencia de reactividad entre el sodio y el potasio.

R/ El potasio es más reactivo que el sodio ya que a pesar de estar situados en el mismo grupo o familia, el potasio presentan mayor radio atómico que el sodio. Además el potencial de ionización es muy bajo para los dos, pero,  el potasio posee menor potencial de ionización que el sodio que nos indica que hay que suministrarle mayor cantidad de energía al potasio par arrancarle un electrón.

 

5. Cite 5 ejemplos de cambios físicos y 5 ejemplos de cambios químicos.

 

Cambios físicos:

v    Rotura de un papel

v    Cuando se funde el hielo

v    Cuando congelamos un líquido

v    Cuando evaporamos el agua

v    Cuando partimos un vidrio

 

Cambios químicos:

v    Quemar un papel

v    Quemamos pólvora

v    Quemar un trozo de carne

v    Quemar un trozo de plástico

v    Quemar un cartón

CONCLUSIÓN

 

Concluimos este laboratorio con la satisfacción de haber establecido las principales diferencias entre un cambio físico y un cambio químico.

Además de haber logrado identificar cuando esta ocurriendo una reacción química y además haber comprendido la labor de un catalizador en una reacción química.

En el laboratorio se pueden preparar pequeñas cantidades de oxigeno gaseoso    calentando clorato de potasio KClO3.

Los cambios químicos, denominados reacciones químicas, se representan mediante ecuaciones químicas.

Las sustancias que sufren un cambio- los reactivos-se escriben del lado izquierdo, y las sustancias que se forman- los productos- aparecen del lado derecho de la flecha.

Las reacciones químicas deben ser balanceadas .El número de átomos de cada tipo de elemento en los reactivos y en los productos debe ser el mismo.

 

 

Luis Alfonso Chica Llanes

Estudiante de Química Pura

Universidad de Córdoba

Montería

 

 

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