Hidrógeno: obtención de dihidrógeno (H2) y propiedades de compuestos hidrogenados (EH)

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Hidrógeno: obtención de dihidrógeno (H2) y propiedades de compuestos hidrogenados (EH).

Carrera:  Química y Farmacia

Sección 1

04/11/2021

Integrantes: Natasha Di Genova O.

Bastián Ibarra M.

Josefa Mardones R.

Profesora: Yaneris Mirabal Gallardo

Resumen:

Se desarrollaron 3 experimentos diferentes los cuales se dividieron en: síntesis de dihidrógeno mediante reacciones químicas, pH en compuestos hidrogenados e interacciones soluto-solvente.

Introducción:

En el presente informe se darán a conocer los procesos experimentales y resultados obtenidos respecto a los experimentos realizados en el laboratorio, el primer experimento se trato acerca de la síntesis del compuesto dihidrógeno (H2) mediante métodos químicos, el dihidrógeno es un gas incoloro, inodoro, maderablemente soluble en todos los disolventes (Housecroft & Sharpe, 2006)[1]. El segundo experimento que se llevó a cabo fue acerca del pH de compuestos hidrogenados, estos compuestos suelen estar formados por un elemento metal o no metal unido a un hidrogeno y el ultimo experimento llevado a cabo es respecto a las interacción soluto-solvente, en una solución el soluto es la sustancia que se va a disolver esta suele estar en menor concentración que el solvente, el ultimo mencionado es la sustancia que disuelve al solvente en la solución este posee una mayor concentración.

Objetivos:

• Sintetizar dihidrógeno (H2) mediante métodos químicos.
• Relacionar las propiedades del enlace E-H con la estructura geométrica y electrónica que presentan estos compuestos.
• Predecir y analizar los distintos tipos de interacciones que se podrían generar entre soluto y solvente (agua).
• Observar cómo actúan los metales (Zn, Fe y Cu) al agregarlos en el ácido clorhídrico (HCl).
• Comparar los distintos valores de pH en los compuestos hidrogenados.
• Identificar qué sustancia se disuelven en agua.  

Desarrollo experimental:

Equipamiento:

• Guantes de látex                            
• Delantal blanco
• Antiparras
• Mascarilla    
• Cofia
• Protector facial

Experimento 1: síntesis de dihidrógeno mediante reacciones químicas.

Hipótesis: se espera que con los resultados conseguidos el Cu reaccione con la solución de HCl, mientras que el Zn y el Fe no se obtengan reacciones.

Materiales:                                  Reactivos:

3 tubos de ensayo                      Láminas de Zn, Fe, Cu

Pinza                                          ácido clorhídrico 1M

Pipeta

Propipeta

Procedimiento:

1. A 2 ml de una disolución acuosa de ácido clorhídrico [H3O+(ac) +Cl-(ac)] 1,0 M adicionas un trozo de zinc de granalla [Zn(s)].

Se observa que reacciona al instante, empieza a burbujear provocando que la solución se vuelva de un color blanco, quedando pequeñas burbujas en la solución.

1. A 2 ml de una disolución acuosa de ácido clorhídrico [H3O+(ac) +Cl-(ac)] 1,0 M adicionas un trozo de hierro en virutas [Fe(s)].

No hay cambios, no se genera una reacción.

1. A 2 ml de una disolución acuosa de ácido clorhídrico [H3O+(ac) +Cl-(ac)] 1,0 M adicionas un trozo de lámina de cobre [Cu(s)]

No hay cambios, no se genera una reacción.

Análisis y discusión de los resultados:

• ¿Cuáles son las reacciones químicas que tienen lugar en cada caso? Justifica tu respuesta utilizando las ecuaciones químicas correspondientes y reconociendo tipos de agentes. ¿En qué se diferencian cada una de las reacciones? ¿Qué puedes concluir de los experimentos realizados?

El Zn reacciona con el HCl y se genera la siguiente reacción: Zn + 2HCl --> ZnCl2 + H2. El zinc se oxida perdiendo 2 electrones, de lo contrario el hidrógeno se reduce ganando esos 2 electrones. Se produce una reacción química redox, de desplazamiento simple.

El Fe y el Cu no se obtuvieron reacciones químicas.

Se diferencian en que solo en el caso uno (Zn + HCl) se produjo una reacción química.

Se puede concluir que el Zn es mucho más reactivo que el Fe y el Cu.

• Si se añade 1 g de Zn (s) en una disolución concentrada de HCl ¿Cuántos moles de dihidrógeno se obtienen? Clasifica esta reacción, reconoce el tipo de agente que es el Zn y el HCl.

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La reacción es de tipo redox, el Zn es el agente reductor y el HCl es el agente oxidante.

• En los puntos I, II y III ¿qué diferencia existiría si en vez de utilizar un trozo de metal, trabajaras con Zn y Cu en polvo?

Al trabajar con Zn en polvo la reacción sería más rápida y podría ser nociva, el Cu en polvo tampoco reaccionaría.

• ¿Por qué el elemento hidrógeno es un gas y, al ser sintetizado, se presenta como una molécula diatómica (H2)?

Porque al compartir 2 electrones y formar un el enlace de hidrogeno, produce que los 2 átomos de hidrogeno sean más estables.

Conclusión:

Al finalizar y comprar los resultados obtenidos en el laboratorio se puede concluir que la hipótesis fue rechazada, ya que la única reacción que hubo fue la del Zn en la solución de HCl, en cambio, el Cu y el Fe no reaccionaron.

Experimento 2: pH en compuestos hidrogenados.

Hipótesis: se espera que con los resultados obtenidos el ácido nítrico y el ácido acético de como resultado un pH de naturaleza acida, mientras que el amoniaco tenga un pH de naturaleza alcalina o básica.

Materiales:                        Reactivos:

Papel de pH                     Ácido nítrico 1 M

pH metro                          Amoniaco 1 M

3 tubos de ensayo           Ácido acético 1 M    

Vaso precipitado

Procedimiento:

Mide el pH en disoluciones acuosas preparadas a la misma concentración 0,1 M de:

1. Ácido nítrico HNO3(g) + H2O(l) → H3O(ac)++NO3(ac)
2. Amoniaco NH3(g) + H2O (l) ↔ NH4 (ac) ++OH-(ac)
3. Ácido acético CH3COOH (ac) + H2O(l) ↔ H3O(ac)++CH3COO (ac)-

Resultados:

En la escala de pH si un compuesto esta entre los valores 0 y 6 corresponde a un ácido; si el valor es igual a 7 el compuesto corresponde a uno neutro; y por último si el compuesto se encuentra con un pH entre los valores 8 y 14 corresponde a una base o alcalino.

1. En la primera reacción los resultados fueron: por el papel de pH fue en una escala entre 0 - 1 y por el pH metro el resultado obtenido fue 0, dado estos resultados el ácido nítrico actúa como un ácido en la reacción.
2. En la segunda reacción los resultados fueron: por el papel de pH fue en una escala entre 11 - 12 y por el pH metro el resultado obtenido fue aproximadamente 12,07, dado estos resultados el amoniaco actúa como una base en la reacción.
3. En la tercera reacción los resultados fueron: por el papel de pH fue en una escala entre 3 – 4 y por el pH metro el resultado obtenido fue aproximadamente 2,07, dado estos resultados, aunque los valores dados por ambos métodos no son tan cercanos el ácido acético actúa como un ácido en la reacción.

Análisis y Discusión de resultados:

• Según la teoría de Bronsted, un ácido es un donador de protones y una base es un captador de protones (Chang & Goldsby, 2017)[2]. En la reacción del ácido nítrico (HNO3) este cede un protón quedando en los productos H3O+, En la segunda reacción el amoniaco NH3  acepta un protón del H2O dando como resultado NH4+  y OH- y en la reacción del ácido acético CH3COOH cede un protón para quedar como producto un compuesto de CH3COO-.
• La estructura geométrica y electrónica del ácido nítrico: esta está constituida por una molécula de Hidrogeno, una molécula de nitrógeno y 3 de oxígeno. [pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

• La estructura geométrica y electrónica del amoniaco: está constituida por una molécula de nitrógeno y 3 de hidrogeno.

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• La estructura geométrica y electrónica del ácido acético: está constituida por 2 moléculas de carbono, 4 moléculas de hidrogeno y 2 moléculas de oxígeno.

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Conclusión:

al finalizar de comparar los datos obtenidos en el laboratorio se puede concluir que la hipótesis fue acertada ya que tanto el ácido acético como el ácido nítrico dieron un pH menor a 7 por lo que eran compuestos ácidos y a su vez el amoniaco dio un pH mayor a 7 afirmando que es un compuesto básico en la reacción.

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