labfiqui-i-“equilibrio quÍmico homogÉneo en la fase liquida”c

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I

CONTENIDO

1.

OBJETIVOS:.........................................................................................2

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:..............................................................2

3. DATOS:.............................................................................................3

3.1. DATOS EXPERIMENTALES:.....................................................3

3.2. DATOS BIBLIÓGRAFICOS:.......................................................4

4. TRATAMIENTO DE DATOS:............................................................4

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:......................................................8

6. CONCLUSIONES:............................................................................8

7. RECOMENDACIONES:....................................................................9

8.ANEXO:.............................................................................................9

9. BIBLIOGRAFÍA:.............................................................................10

EQUILIBRIO QUÍMICO HOMOGÉNEO EN FASE LIQUIDA


1. OBJETIVOS:

Estudiar de los procesos dinámicos del equilibrio químico en fase liquida.

Determinar la constante de equilibrio en una reacción de esterificación, e interpretar su significado y su relación con la velocidad de reacción.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO:

El equilibrio es un estado en el que no se observan cambios durante el tiempo transcurrido. Cuando una reacción química llega al estado de equilibrio, las concentraciones de reactivos y productos permanecen constantes en el tiempo, sin que se produzcan cambios visibles en el sistema. Sin embargo, a nivel molecular existe una gran actividad debido a que las moléculas de reactivos siguen formando moléculas de productos, y estas a su vez reaccionan para formar moléculas de reactivos.

El término equilibrio homogéneo se aplica a las reacciones en las que todas las especies reactivas se encuentran en la misma fase. El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa se igualan y las concentraciones netas de reactivos y productos permanecen contantes.

Constante de equilibrio K:La constante de equilibrio se calcula: Siendo la siguiente reacción

. , donde = concentración del compuesto.

La contante de equilibrio ayuda a predecir la dirección en la que se procederá una mezcla de reacción para lograr el equilibrio y también permite calcular las concentraciones de reactivos y productos una vez alcanzado el equilibrio.

Cociente de reacción Q:Para las reacciones que no han logrado el equilibrio, al sustituir las concentraciones iníciales en la expresión de la constante de equilibrio se obtiene un cociente de reacción (Q), en lugar de la constante de equilibrio.Para determinar en qué dirección procederá la reacción neta para llegar al equilibrio, se comparar los valores de Q y K. Esto da lugar a tres posibles situaciones.Q>K: La relación entre las concentraciones iníciales del producto

y del reactivo es muy grande. Para alcanzar el equilibrio, los productos deben transformarse en reactivos, de modo que el sistema procede de derecha a izquierda (los productos se consumen y se forman los reactivos).


Q=K: Las concentraciones iniciales son las concentraciones del equilibrio. El sistema está en equilibrio.

Q<K: La relación entre las concentraciones iniciales de productos y de reactivos es muy pequeña. Para alcanzar el equilibrio, los reactivos deben convertirse en productos, y el sistema procede de izquierda a derecha(los reactivos se consumen para formar productos).

Factores que modifican la posición del equilibrio:Sólo el cambio de la temperatura modifica el valor de la constante de equilibrio. Los cambios en concentración, presión y volumen pueden cambiar las concentraciones en el equilibrio en la mezcla de reacción, pero no modifican las constante de equilibrio en tanto que la temperatura no cambie. Un catalizador puede acelerar el proceso pero no tiene efecto sobre la constante de equilibrio.

3. DATOS:

3.1. DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla 1: Mezclas de reactivos para la reacción

Volúmenes de reactivos en mlMuestra Nº

HCl 3.0N

CH3COOH

C2H5OH

1 5.0 4.0 1.02 2.5 3.0 2.03 5.0 2.0 3.04 5.0 1.0 4.0

Tabla 2: Volumen gastado NaOH

Frasco Nº

Volumen de NaOH (ml)

1 32.4

3 18

4 7.2

3.2. DATOS BIBLIÓGRAFICOS:

Tabla 3: densidad y masa molecular de reactivos utilizados

SustanciaDensidad a 21ºC (g/ml)

Masa Molar (g/mol)

CH3COOH 0.9979 60C2H5OH 0.997 46CH3COOC2H5 0.8962 88H2O 0.09989 18


4. TRATAMIENTO DE DATOS:

Ecuaciones que se utilizarán en los cálculos:

…ecuación I

… ecuación II

Donde:

; ; ; ; .

…ecuación III

Donde:,

N=normalidad; V= volumen, n= numero de moles; = el numero de electrones transferidos en una reacción.

Cálculos para la muestra Nº4

Para las masas iniciales de los reactivos se calculan teniendo en cuenta la tabla Nº1 de volúmenes de reactivos y la tabla Nº3 de densidades, se calculan del siguiente modo con la ecuación I.

Para calcular el número de moles iniciales se emplea la ecuación II

Para las masas de los reactivos después de la reacción, primero se calcularan las moles finales donde se tiene en cuenta la ecuación III, el volumen de NaOH se dan en la tabla de datos experimentales (tabla Nº2)


Así con la ecuación II se hallan las masas finales

Así se obtienen los siguientes resultados para las muestras 1, 2, 4.

Tabla 4: Masa calculada de reactivos

Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4

Masa inicial(g)

Masa final(g)

Masa inicial(g)

Masa final(g)

Masa inicial(g)

Masa final(g)

CH3COOH3.99 0.072 1.998 -0.36 0.997 -0.684

C2H5OH0.9982 -2.001 2.99 1.182 3.988 2.700

CH3COOC2H5

- 2.746 - 3.458 - 2.464

H2O- 1.175 - 1.175 - 0.504

Tabla 5: Moles calculados de los reactivos

Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4

Moles iniciales (mol)

Moles finales (mol)


Moles finales (mol)


Moles finales (mol)

CH3COOH

0.0665 0.0012

0.0333 -0.006 0.0166 -0.0114


C2H5OH

0.0217 -0.0436

0.0166 0.0257

0.0867 0.0587

CH3COOC2H5

- 0.0653

- 0.0393

- 0.0280

H2O

- 0.0653

- 0.0393

- 0.0280

Cálculo del cociente de reacción Q para la muestra 4:

Según la siguiente reacción

Inicio: 0.0166mol 0.0867mol - -

Reacción: x x x x

Final: 0.0166 – x 0.0867 – x x x

El cociente de reacción para las muestras se muestran en la tabla Nº6:

Tabla 6: Cociente de reacción

Nº de muestras

1 3 4

Q - - -


23.65

10.02 1.111

Esterificación y el equilibrio

La esterificación es una reacción de equilibrio, catalizada por un ácido mineral. La reacción inversa recibe el nombre de hidrólisis de un ester.

Se ha formulado la reacción del ácido con el alcohol con el signo de reversibilidad, porque efectivamente el agua formada actúa sobre el éster hidrolizándolo y recuperando el ácido y el alcohol.

Se puede favorecer la esterificación empleando un exceso de alguno de los reactivos o eliminando alguno de los productos; a veces, es suficiente emplear un gran exceso de alcohol para asegurarse un buen rendimiento en éster; El hecho que la esterificación involucra un equilibrio fue establecido en 1862 por M. P. E. Berthelot en su estudio del sistema alcohol etílico - ácido acético.

Si reaccionan 1 mol de alcohol etílico y 1 mol de ácido acético, al lograr el equilibrio, estan presentes, a temperatura ambiente, 2/3 de mol de acetato de etilo y 2/3 de mol de agua, junto con 1/3 de mol de alcohol y 1/3 de mol de ácido. Estos valores pueden sustituirse en la ecuación de equilibrio:

De esta forma se obtiene, para K= 4. Siempre que la temperatura no se altere voluntariamente, este valor es constante para el alcohol etílico y el ácido acético; independientemente de las concentraciones inicial de ácido y de alcohol, el valor 4 se mantiene siempre constante.

La velocidad de esterificación depende de la catálisis (aplicación de un ácido fuerte); el método habitual de conseguir más rápidamente el equilibrio consiste en la adición de un 3% (en masa) de cloruro de hidrógeno anhidro, ácido sulfúrico concentrado o trifluoruro de boro. Si se calientan los reactivos en presencia de un catalizador, generalmente se puede alcanzar el equilibrio en 2 o 3 horas.


El acetato de etilo es un solvente industrial volátil, usado particularmente en la formulación de blanqueadores.

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

El número de moles obtenido resulta negativo, esto se debe a que la concentración del HCl no ha sido la adecuada, ya que difiere mucho con la concentración del NaOH.

Otro motivo que originó dichos resultados negativos es que la reacción no alcanzo el equilibrio, ya que al mezclar las soluciones, inmediatamente se paso a titular y por consulta bibliográfica se sabe que para esta reacción de esterificación el equilibrio puede tardar semanas, incluso con la presencia de un buen catalizador.

6. CONCLUSIONES:

No se pudo determinar la constante de equilibrio tan solo de cociente de reacción; que indica el grado de avance de la reacción.

Teóricamente en el caso de reacciones de esterificación para sistemas ácidos en alcoholes la constante de equilibrio tiende a variar levemente.

El estado de equilibrio de una reacción química se evalúa con la constante de equilibrio cuyo valor depende de la estequiometria de la reacción y de la temperatura.

Esta reacción estudiada por Berthelot tiene una constante de equilibrio de 4, esto quiere decir que tiene un rendimiento favorable en la reacción directa.

7. RECOMENDACIONES:


La termodinámica establece que la dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura viene dada por la expresión:

Sin embargo, durante la realización de la práctica no se controló la temperatura y no es posible saber si la temperatura cambió durante experimento, para esto se debería hacer uso de un termómetro para calcular dicha diferencia.

Es indispensable utilizar los guantes de nitrilo al trabajar con ácidos concentrados como el ácido acético glacial.

Para esta reacción en particular será conveniente preparar semanas de anticipación y así se tendrá la seguridad que la reacción alcanzo el equilibrio y tener resultados aceptables.

8. ANEXO:

James lovelock y el equilibrio atmosférico.

El Dr. James Lovelock, un químico británico especializado en ciencias de la atmósfera, inventó un detector de captura electrónica, capaz de seguir la traza de cantidades extremadamente pequeñas de materia en gases y que fue usado para estudiar los efectos del CFC en la formación del agujero de la capa de ozono en nuestra atmósfera en los tempranos 1970. Una década después, la NASA y el laboratorio de Propulsión JET, requirieron la presencia de Lovelock para su proyecto de investigación de evidencias de vida en Marte.

En colaboración con otros investigadores, Lovelock predijo la ausencia de vida en Marte basado en consideraciones sobre su atmósfera y su estado de equilibrio químico muerto. Como contraste, la atmósfera terrestre es descripta en un estado químico muy alejado de ese equilibrio.

Al desarrollar equipos de detección de vida en Marte james lovelock dijo: “yo intentaría buscar una reducción de la entropía. Esto quiere decir que el equilibrio químico de la atmósfera posee un índice muy alto de entropía, de desorden. Y que cuando se encuentra una atmósfera con una entropía baja, en la que hay demasiado metano, o demasiado oxígeno, o cualquier otro ordenamiento químico anómalo, eso indica la presencia de vida. Porque es la vida la que altera el equilibrio químico y lo ordena. Esa idea de la vida como generadora de orden es muy bella”.El raro balance de gases atmosféricos en la Tierra es único en nuestro sistema solar. Este hecho, podría ser claramente visible


para cualquier observador extraterrestre, por comparación de las imágenes de los planetas Venus, La Tierra y Marte. Y esto pudo ser concretado en las últimas décadas del segundo milenio: el hombre recorre el espacio interplanetario y a través de una tecnología de imágenes, ¡se convierte de hecho en un observador extraterrestre!

La coca cola altera el equilibrio del cuerpo.

Según la AMEDEC (Asociación Mexicana de Estudios para la Defensa del Consumidor.), el refresco de Cola “constituye la mas grave distorsión de nuestros hábitos de alimentación, pues además lleva a la ingestión de calorías vacías, es decir, con cero proteínas, vitaminas y minerales”. El 10% de cada botella, da la sensación de energía, sin embargo no se puede decir que la Coca Cola sea una bebida nutritiva, es la azúcar mas que la cafeína lo que provoca la adicción, al recibir cinco cucharadas de azúcar en un trago de refresco, el páncreas debe enviar mucha insulina a la sangre para contrarrestar ese feroz ataque, el irónico resultado es un drástico descenso del nivel de azúcar en la sangre, seguido de una necesidad de más azúcar.

La gran cantidad de azúcar combinada con el acido fosfórico altera el equilibrio de calcio y fósforo en el cuerpo e impide la adecuada absorción de hierro, lo que provoca malnutrición y anemia.

9. BIBLIOGRAFÍA:

Raymond Chang, “Química”, México, séptima edición, editorial McGraw – hill 2002, Pág. 559 –584.

http://plantdesign.iespana.es/Procesunit/Ester.htmhttp://www.geocities.com/jojoel99/principal/cax.html

http://www.paginadigital.com.ar/articulos/2007/2007prim/tecnologia13/Lovelock-v-180507.asp

http://www.ecoportal.net/contenido/temas_especiales/educacion_ambiental/dia_de_la_tierra_la_hipotesis_de_gaia



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