LAS DIFERENTES TIPOS DE EQUILIBRIO IÓNICO

DIFERENTES TIPOS DE EQUILIBRIO IÓNICO

María Buendía, Stefany De León, Deisy Jiménez.

Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química

Universidad del Atlántico

Barranquilla - Atlantico

27 de Agosto 2015

En la presente práctica se hizo uso de sustancias con propiedades determinadas para hacerlas reaccionar de manera que se estableciese, en solución acuosa, un intercambio de cierta clase de partículas; es decir, un equilibrio químico de tipo iónico entre las especies involucradas. Para ello, se tuvo en cuenta además que se presentasen los diferentes tipos de dicho equilibrio: oxidación-reducción, ácido-base, formación de complejos metal-ligando y de solubilidad. Cabe notar, que el estudio de estos, es de gran importancia debido a que las reacciones utilizadas en química analítica nunca tienen como resultado la conversión completa de reactivos a productos, más bien alcanzan un estado en el cual la relación de las concentraciones de reactivos y productos es constante.

Palabras claves: Equilibrio iónico,  intercambio, soluciones acuosas

1. Introducción

Generalmente, cuando una reacción se lleva a cabo todo el reactivo no es convertido en producto, sino que se llega a un punto de equilibrio en el que la relación de las concentraciones de reactivos y productos es una constante; la cual se puede expresar algebraicamente al describir la relación de la concentración de reactivos y productos en el equilibrio. Además, dicha constante permite obtener información acerca de la composición y de las cantidades de las especies que constituyen determinado sistema químico en equilibrio.

Una vez alcanzado el equilibrio, el sistema permanecerá en ese estado, así si se ve alterado por cualquier causa o fenómeno externo perturbador, espontáneamente minimizará los efectos que lo alteran y logrará una nueva posición de equilibrio. Tal como lo indica el principio de Le Chatelier, el cual permite predecir cualitativamente la respuesta del sistema para contrarrestar el cambio aplicado y así, las velocidades de la reacción directa e inversa se mantengan idénticas en ese estado dinámico.

Particularmente, el tipo de equilibrio químico de interés, para esta experiencia, son los iónicos, es decir, aquellos que se establecen en soluciones acuosas y se caracterizan por intercambiar una determinada de clase de partículas. Entre los cuales se destacan los siguientes tipos:

• Equilibrio de oxidación-reducción: La  oxidación y la reducción ocurren simultáneamente; depende la una de la otra. Las especies participantes intercambian electrones, el oxidante recibe los electrones y el reductor cede los electrones.

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• Equilibrio ácido-Base: Implica transferencia de protones. El ácido es una especie (ión o molécula) que en una reacción dona un protón y forma su base conjugada, y la base es la especie (ion o molécula) que acepta el protón del ácido y forma su ácido conjugado.

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• Formación de Complejos Metal-Ligando: Se forman, en su mayoría, por unión de los iones metálicos con donadores de pares de electrones (ligando) formando complejos o compuestos de coordinación.

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• Equilibrio de solubilidad: es un equilibrio heterogéneo en el que se produce una fase sólida (precipitado) que coexiste con una fase líquida (disolución acuosa), en la cual se encuentran las especies reaccionantes.

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2. Objetivo

• Distinguir mediante ensayos los distintitos tipos de equilibrio iónicos característicos de las reacciones ácido-base, de formación de complejos, de óxido-reducción y de solubilidad, de gran importancia en química analítica.

3. Metodología:

MATERIALES Y REACTIVOS

• 5 tubos de ensayo
• 1 beacker de 250 ml
• Una varilla agitadora
• Gradilla
• Hisopo
• Frasco lavador (agua destilada)
• Nitrato Férrico 0.01 M
• Yoduro de Potasio 0.40 M
• Nitrato de Plata 0.1 M
• Ácido Clorhídrico 1 M
• Ácido Clorhídrico 37%
• Indicador Anaranjado de Metilo
• Hidróxido de Sodio 1 M
• Tiocianato de Potasio 0.1 M
• Amoniaco 28%
• Sulfato de Cobre 0.01 M: se prepara disolviendo en agua 2.4g.
• Cloruro de Bario: La preparación del cloruro de bario se hace pesando 24.4g de este compuesto y disolviéndolo en litro de agua.
• Solución de Sulfato de Potasio
• Solución de Cloruro de sodio

PROCEDIMIENTO:

*En primer lugar, en tubo de ensayo se puso  5 ml de Fe(NO3)3 0.01 M y se le  agrego algunas  gotas de KI 0.40 M,  se mezcló y se anotó  las observaciones. Posteriormente se le  adicionan 20 gotas de Fe(NO3)3   0.01 M, se  homogenizo y se  escribió las observaciones; esto con el fin de observar un equilibrio de óxido-reducción.

*Luego para observar una reacción de Equilibrio Ácido-Base, se utilizó  un beacker al cual se le agregó 50 ml de agua destilada, después se adiciono 5 gotas HCL; a esta solución se adiciono algunas gotas del indicador anaranjado de metilo; luego se adiciono gotas de NaOH y se usó la varilla agitadora para homogenizar la solución.

*En la Formación de Complejos Metal–Ligante, la práctica  se dividió en dos partes: parte A y parte B. En la parte A se utilizó un tubo de ensayo al cual se le agrego 5ml de Fe(NO3)3   0.01M luego se le adiciono KSCN 0.1 M, se mezcló y  se anotó las observaciones, posteriormente se agregó 10 gotas de AgNO3  se mezcló y se anotó las observaciones. En la parte B se le agrego  5ml de CuSO4 0.01M a un tubo de ensayo luego se les adiciono unas gotas de NH3 CONCENTRADO hasta observar un cambio en el color, después se le adiciona unas gotas de HCl  hasta observar cambios.

* Y por último para  Formación de precipitados; A 5 ml de una solución de BaCl2 se  adiciono unas gotas de AgNO3 hasta la formación de precipitado. Se agito y dividió  en dos porciones: en la parte A se adiciono unas gotas de NaCl hasta que se observó cambios y en la parte B se adiciono KSO4 hasta observar cambios.

4. Resultados y Análisis de Resultados

Luego de realizar los procedimientos respectivos para cada uno de los pasos se obtuvieron los siguientes resultados.

• Para el equilibrio Oxido-Reducción:

Al agregar unas gotas de Yoduro de Potasio 0.40M al nitrato férrico 0.01M, se obtuvo un color amarillo claro y al agregar Nitrato Férrico a la solución producida no hubo cambios en el color (Fig.1). La facilidad con la que un átomo, ión o molécula puede ser reducido u oxidado puede ser relacionado con su valor de potencial de oxidación o reducción, y cuando dos especies químicas interaccionan en una reacción de óxido-reducción, la diferencia entre sus potenciales da una medida del valor de la constante de equilibrio para la reacción que se lleva a cabo, como lo muestra la ecuación 1.  

[pic 6]

Fig. 1 Solución de Nitrato de hierro y Yoduro de plata

 Ec. (1)[pic 7]

• Para equilibrio Acido-Base:

Al agregar HCl 1M en el agua destilada, no se presentaron cambios (Fig.2) y al añadir el anaranjado de Metilo, este dio una coloración rosada (Fig. 3)  y con la adición de NaOH se puso naranja transparente       (Fig. 4). Durante esta parte de la experiencia se dio una reacción de trasferencia de protones donde el color rosado del indicador anaranjado de metilo  confirma la presencia de H+ (iones hidronio), lo que me indica un pH inferior a 3,1 y luego al agregar las gotas de NaOH el color naranja permite ver el cambio en el pH el cual es mucho más básico.

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Fig. 2 Solución de Agua y Ácido Clorhídrico.

[pic 9]

Fig. 3 Solución  de Agua y Ácido Clorhídrico con Anaranjado de metilo.

[pic 10]

Fig. 4 Solución  de Agua y Ácido Clorhídrico con Anaranjado de metilo e Hidróxido de sodio.

  Ec. (2)[pic 11]

En la ecuación 2 es claro que en el equilibrio ácido-base el reactivo producido es  sal más agua lo que indica la presencia de iones hidronio e hidroxilo en la solución. Esta reacción también se puede considerar como una reacción de doble desplazamiento en la que el ion hidrogeno del ácido se combina con el ion hidroxilo de la base para formar agua. Esto deja al ion sodio y al ion cloruro en la solución, la cual es una solución acuosa de cloruro de sodio. Para que se pueda visualizar que la reacción se lleva a cabo (ya que las dos soluciones son incoloras), se utiliza un indicador anaranjado de metilo que cambia a color rosado cuando se agrega inicialmente al ácido y a este se le va agregando la base dando así una colación naranja.

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