Propiedades químicas. Ecuación química, evidencia de reacción

PROPIEDADES QUÍMICAS

1. Objetivos

• Realizar diferentes tipos de reacciones con el fin de observar los cambios químicos que hayan tenido lugar.

• Analizar y explicar el por qué de las transformaciones y las características de algunas reacciones químicas sencillas.

2. Marco teórico

Cambios químicos

Cuando uno o más compuestos se transforman en otras sustancias nuevas, ha ocurrido una reacción química o un cambio químico. La evidencia de tales transformaciones es detectable, la mayoría de las veces, mediante la simple observación de factores tales como:

• Formación de un gas, el cual se manifiesta por efervescencia o por su olor característico.
• Formación de un sólido insoluble o precipitado. 
• Generación apreciable de energía en forma de luz y/o calor. El cambio químico puede ser exotérmico si hay desprendimiento de energía, o endotérmico si requiere de energía para llevarse a cabo.
• Cambios de color en el sistema.

En una reacción química, los reactivos se combinan químicamente por simple contacto a temperatura ambiente o suministrando la energía suficiente para que los enlaces se rompan y se formen otros nuevos. En muchos casos, los reaccionantes deben estar en solución para garantizar un medio propicio a la reacción, o debe añadirse un catalizador para que la transformación en productos ocurra a una velocidad apreciable.

Disolución de sales

• Colocar una pequeña cantidad de cristales de NaCH3COO.3H2O en un tubo de ensayo, añadir 1.00 mL de agua y agitar. Tocar la pared exterior del tubo. ¿Qué observa?

Observamos que el tubo de ensayo estaba frio, por lo cual esta es una reacción endotérmica.

Reacciones de descomposición 
• A 2.00 mL de H2O2 en un tubo de ensayo añadir una pequeña cantidad de MnO2.

• Pesar 1.00 g de KClO3 y colocarlo en un tubo de ensayo limpio y seco. Ajustar un tapón con una manguera y realizar el montaje que se muestra en la figura 9.1. Suspender el calentamiento después de 5 min y añadir al tubo de ensayo una “pizca” de MnO2, mezclar y calentar de nuevo.

Combinación con ácidos

• Verter 1.00 mL de HCl 0.10 M en un tubo de ensayo. Adicionar dos gotas de anaranjado de metilo.

• Depositar un pedacito de CaCO3 en un tubo de ensayo y añadir HCl 1.0 M hasta la desaparición total del sólido.

• Tomar tres tubos de ensayo limpios y secos. Añadir a cada tubo 3.00 mL de HCl 4.0 M. Al primer tubo agregar una laminita de Mg, al segundo tubo un pedazo de Zn y al tercero un trocito de Cu.

• Tomar tres tubos de ensayo limpios y secos. Al primer tubo agregar 3.00 mL de HCl 4.0 M, al segundo tubo 3.00 mL de HNO3 4.0 M y al tercero 3.00 mL H2SO4 2.00 M. Luego adicionar una laminita de Mg a cada uno de los tubos.

 Combinación con bases

• Verter 2.00 mL de NaOH 0.10 M en un tubo de ensayo. Adicionar dos gotas de fenolftaleína.
• A 2.00 mL de solución de MgCl2 0.10 M en un tubo de ensayo, añadir 2.00 mL de NaOH 0.10 M.

 Reacciones de precipitación

• Observar la mezcla de NaI(s) y Pb(NO3)2(s) que se ha colocado en una de las mesas laterales.

• En un tubo de ensayo mezclar 2.00 mL de solución de NaI 0.10 M con 2.00 mL de solución de Pb(NO3)2 0.10 M.

Reacciones con metales

• Con unas pinzas para crisol sujetar por un extremo una lámina de Mg pulida y colocar el extremo libre a la llama de un mechero. Mantener la pinza lejos de la cara y no mirar directamente a la lámina mientras que arde vivamente en la llama. Al terminar, colocar las cenizas en un vidrio de reloj, adicionar tres gotas de agua y una gota de fenolftaleína.

• Sólo como demostración del Profesor o el Técnico. Agregar tres gotas de fenolftaleína a una cubeta de vidrio con agua. Seguidamente, añadir un trocito de Na. Repetir el procedimiento con K.

Síntesis del agua – Demostración

Armar el montaje que se muestra en la figura 9.2. Inicialmente, el tubo de ensayo contiene 1.00 g de KClO3 y una pizca de MnO2. Calentar el conjunto hasta que el agua en el frasco de plástico haya descendido a 1/3 de la altura inicial. Luego, utilizar otro tubo con 3.00 mL de HCl 4.0 M y añadir una lámina de Mg. Retirar la manguera cuando toda el agua del frasco haya sido desplazada. Levantar el frasco en posición vertical y acercarle a la boca una cerilla encendida.

3. Resultados:

Tabla 2.11 Propiedades químicas (I)

Tabla 2.12 Propiedades químicas (II)

Los catalizadores aceleran la velocidad de la reacción química, sin afectar el producto final.

4. RESPUESTAS A LAS PREGUNtAS DEL MANUAL:

  1. Explique ¿Por qué disminuye la temperatura al disolver en agua el CH3COONa.3H2O?

Para disolverse el acetato en agua este necesita de calor y dicho calor se obtiene del medio en el que esta, este proceso lo podemos notar al sentir una disminución en la temperatura 
  2. ¿Qué significa las tres moléculas de agua que aparecen en la fórmula del compuesto?
Las tres moléculas de H2O que aparecen en el compuesto significan que este esta tri hidratado   ósea que hay tres moléculas de agua enlazadas con 1 moléculas   de acetato de sodio

 3. Concluya si ¿Debe considerarse un cambio químico la disolución del CH3COONa.3H2O(s) en agua?

La sustancia sigue siendo agua y acetato ósea que no cambia su naturaleza química y tampoco cambia su estado de agregación ya que   permanece siendo un sólido disuelto en un líquido   por tal motivo su estado físico tampoco cambia 
Según el procedimiento para reacciones de descomposición:

 4.¿Qué otra sustancia podría reemplazar al MnO2(s)?

Se puede remplazar por   metales de transición o algún compuesto que contenga estos metales, también se puede remplazar por un oxido metálico el cual actúe como catalizador   ZnO, CaO o el TiO con base en el procedimiento para combinación con ácidos: 

5.Consulta sobre los indicadores acido-base

Los indicadores son sustancias las cuales permiten medir el pH   de un medio, se utilizan como indicador sustancias que   cambian su color al cambiar el pH de una disolución. Estos indicadores tienen como intervalo de viraje unas dos unidades   de pH   en la cual   cambian la disolución en la que se encuentran de un color a otro, o de una disolución incolora, a una coloreada. Unos ejemplos de dichos indicadores pueden ser violeta de metilo, purpura de bromocresol, fenolftaleína anaranjado de metilo azul de bromotimol entre otros

De acuerdo con el procedimiento para combinaciones con bases:

 6. ¿Por qué el anaranjado de metilo reacciona de una manera diferente con una base que con un ácido?

Porque el anaranjado de metilo es un indicador de entonces cambia de color cuando el pH de una   solución estas entre 3,1 – 4,4   por tal motivo, cuando   es una base se origina un cambio a color rojo y cuando es un ácido produce un cambio a color amarillo 

 7. ¿Por qué la reacción del MgCl2(s)  con el NaOH (ac) se podría llamar de sustitución?

Se le llama reacción de sustitución a aquella donde un átomo o grupo atómico de una molécula se sustituye por otro. 
MgCl2 (ac) +2 NaOH (ac) →     2NaCl (ac)+Mg (OH)2(ac)
Como se puede observar   la sustitución se produce de tal manera que el Na desplaza al Mg del cloruro formándose así cloruro de sodio y el OH se combina con el Mg para formar hidróxido de magnesio.

En el procedimiento sobre reacción de precipitación:

 8. ¿Por qué difiere la reactividad   del Pb (NO3)2 con NaI dependiendo de si ambos están sólidos o en solución acuosa?

Los enlaces presentes entre las moléculas   se rompen más fácilmente y se formen enlaces nuevos en un medio acuoso, mientras que en estado sólido las interacciones muestran dificultades de tipo estructural

 9. Escribe la ecuación iónica neta que da lugar a la formación del precipitado

2Na+(ac) + 2I-(ac) +Pb+(ac) + 2NaO3-(ac) → 2NaO3-(ac) + 2Na+(ac) + PbI2(g)
Se obtiene la siguiente ecuación iónica neta 
Pb+(ac) + 2I-(ac) → PbI2(g)

10. ¿Por qué es más   reactivo el K(s) que el Na(s) si ambos permanecen a la misma familia de elementos alcalinos? Explica la respuesta con base en la configuración electrónica 

La reactividad de los   metales dentro de un mismo grupo o familia   aumenta a medida que decrecemos en la tabla   periódica ósea a medida que aumentamos el periodo. El sodio corresponde al periodo tres y el potasio al periodo cuatro por tal motivo el potasio es más reactivo que el sodio 

Na = 1s2, 2s2,2p6,3s1   K = 1s2,2s2,2p6,3s2,4s1

 11. Los   elementos alcalinos siempre vienen almacenados en un líquido especialmente seleccionado ¿Por qué?

Los metales alcalinos normalmente vienen en un líquido especial debido a   que son   elementos altamente reactivos, estos reaccionan   de forma inmediata con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas.   Por ejemplo, el polvo de sodio reacciona ardiendo con explosión en presencia de oxígeno. Debido a todo esto es necesario almacenarlos en aceite mineral o cualquier otra sustancia que no reaccione con ellos y mantenerlos bien sellados para evitar que haga reacción con algún elemento del medio 

 12. ¿Qué papel   desempeña el agua como solvente en las reacciones químicas? 

El   agua disuelve una inmensa cantidad de sustancias químicas debido a la polaridad   del enlace H-O, el carácter polar del agua hace de esta un excelente solvente para los solutos polares e iónicos que se denominan hidrófilos. La labor que tiene en las reacciones químicas es importante ya que es una sustancia anfótera, ose que puede actuar tanto como base o como acido 

 13. Un recipiente herméticamente sellado contiene 24g de ozono,O3(g) un estudiante afirma que el contenido de ozono es estequiométricamente   equivalente a 24g de O2 (g). ¿Hay algún error en la argumentación del estudiante?

No son estequiométricamente equivalentes por tanto el argumento del estudiante esta herrado ya que si le sacamos el número de moles   y numero de átomos a O3 y O2 son diferentes

24g O2 * (1molO2/ 32g O2) = 0,75 mol 
24g O3 * (1mol O3/ 48g O3) = 0,5 mol

14. Se ha observado que en ambientes húmedos un clavo de hierro se cubre de herrumbre más rápido que cuando está expuesto al aire seco ¿Cómo explicas este comportamiento?

Esto es debido a que el aire húmedo tiene más cantidad de oxigeno e hidrogeno los cuales facilitan la oxidación del hierro ósea la formación de herrumbre (oxido férrico), la reactividad aumenta cuando está en solución entonces la humedad permite que la oxidación se realice 
La   falta de humedad evita la oxidación del hierro 

5. CONCLUSIONES 

  * Teniendo en cuenta que hay reacciones endotérmicas y exotérmicas podemos concluir que en la disolución de acetato de sodio (tabla 1) se dio una reacción endotérmica ya que la temperatura disminuyo notablemente por tal motivo   el acetato puede ser utilizado como un agente enfriante temporal

  * Se logró observar que   los compuestos en   los cuales usamos indicadores como la fenolftaleína no reaccionaron sino que simplemente mostraron si eran bases o ácidos

  * Pudimos concluir que la reactividad en los metales alcalinos aumenta a medida que aumenta su periodo y que dichos metales deben ser almacenados en líquidos especiales y herméticamente sellados ya que son altamente reactivos

  *   De la síntesis del agua (tabla 2)   se logró observar porque siendo tan comunes los componentes el agua en el medio ambiente la formación de esta no se hace de manera espontanea

  * En la reacción del HCl (tabla 1) se logró observar que este no resulto siendo corrosivo para el Cu   debido a que este último es considerado un metal noble los cuales no resultan afectados no oxidantes , pero por otro lado se logró observar que si fue corrosivo con el Mg y el Zn

  * Teniendo en cuenta las reacciones de descomposición (tabla 1) podemos concluir que durante la reacción los catalizadores se mantienen intactos

6. BIBLIOGRAFIA

Petrucci, Ralph. Química General. Editorial Prentice Hall 2003 ED.

Keenan, Charles W & Wood Jesse H. Química general Universitaria. Editorial compañía editorial Continental S.A III Edición. Pag.

http://en.wikipedia.org/wiki/Single_displacement_reaction

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/estequimetria_115.pdf

http://wwwen.us.es/smanten/uma/incompatibilidades.php?q=catalizadores%20met%E1licos

http://es.wikipedia.org/wiki/Indicador_de_pH

http://aprendeenlinea.udea.edu.co/lms/ocw/mod/resource/view.php?inpopup=true&id=143

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