Determinacion de Sulfatos

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química Área de Química Laboratorio de Análisis Cuantitativo Impartido por: Ing. Adrian Soberanis

EQUILIBRIO DE SOLUBILIDAD DETERMINACION DE SULFATOS RESUMEN

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OBJETIVOS

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MARCO TEÓRICO

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MARCO METODOLÓGICO

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RESULTADOS

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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

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CONCLUSIONES

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BIBLIOGRAFÍA

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APÉNDICE

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DATOS ORIGINALES

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MUESTRA DE CÁLCULO

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DATOS CALCULADOS

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NOTA FINAL

Nombre: Melvin Josue Ajxup Morente Carné: 2011-14632 Sección: A Guatemala,12 de agosto del 2014

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1. RESUMEN

En la práctica No. 2 se realiza la reacción entre el sulfato de hierro y el cloruro de bario para estudiar los equilibrios de solubilidad como también principios físicos y químicos. La solución de sulfato de hierro se calienta hasta su punto de ebullición, posteriormente se hace reaccionar con el cloruro de bario, de la misma manera se realizan cuatro corridas. Con los datos recabados se procede a calcular datos estadísticos, como lo son la media, la varianza deviación estándar etc. Cada dato obtenido de sulfato de bario en las cuatro corridas se le compara con un valor teórico como referencia, obteniendo un porcentaje de rendimiento que luego es analizado para determinar el mejor rendimiento. En laboratorio se trabajó a una temperatura del 26 oC y 0.85 atm según lo reportado por el INSIVUMEH.

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2. OBJETIVOS

GENERAL

Analizar y evaluar los equilibrios de solubilidad para la reacción entre el sulfato de hierro y el cloruro de bario.

ESPECIFICOS 1. Determinar valores estadísticos como: media, varianza, desviación estandar y mediana para las cantidades del sulfato de bario obtenido de varias corridas realizadas.

2. Analizar el porcentaje de rendimiento respecto a la cantidad de sulfato de bario obtenido.

3. Analizar los comportamientos físicos y químicos implicados en la reacción entre el sulfato de hierro y el cloruro de bario.

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3. MARCO TEORICO

SOLUBILIDAD

Solubilidad es

una

medida

determinada sustancia (soluto)

de en

la un

capacidad

de

determinado

disolverse medio

de

una

(solvente).

Implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura fija. Puede expresarse en unidades de concentración: molaridad, fracción molar, etc.

Si en una disolución no se puede disolver más soluto decimos que la disolución está saturada.En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones sobresaturadas. Por el contrario si la disolución admite aún más soluto decimos que se encuentra insaturada.

No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.

Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.

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El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD

La solubilidad se define para fases específicas. Por ejemplo, la solubilidad de aragonito y calcita en el agua se espera que difieran, si bien ambos son polimorfos decarbonato de calcio y tienen la misma fórmula molecular.

La solubilidad de una sustancia en otra está determinada por el equilibrio de fuerzas intermoleculares entre el disolvente y el soluto, y la variación de entropía que acompaña a la solvatación. Factores como la temperatura y la presión influyen en este equilibrio, cambiando así la solubilidad.

La solubilidad también depende en gran medida de la presencia de otras sustancias disueltas en el disolvente como por ejemplo la existencia de complejos metálicos en los líquidos. La solubilidad dependerá también del exceso o defecto de algún ion común, con el soluto, en la solución; tal fenómeno es conocido como el efecto del ion común. En menor medida, la solubilidad dependerá de la fuerza iónica de las soluciones. Los dos últimos efectos mencionados pueden cuantificarse utilizando la ecuación de equilibrio de solubilidad.

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Para un sólido que se disuelve en una reacción redox, la solubilidad se espera que dependa de las posibilidades (dentro del alcance de los potenciales en las que el sólido se mantiene la fase termodinámicamente estable). Por ejemplo, la solubilidad del oro en el agua a alta temperatura se observa que es casi de un orden de magnitud más alta cuando el potencial redox se controla mediante un tampón

altamente

oxidante

redox

Fe3O4-Fe2O3 que

con

un

tampón

moderadamente oxidante Ni-NiO.

La solubilidad (metaestable) también depende del tamaño físico del grano de cristal o más estrictamente hablando, de la superficie específica (o molar) del soluto. Para evaluar la cuantificación, se debe ver la ecuación en el artículo sobre el equilibrio de solubilidad. Para cristales altamente defectuosos en su estructura, la solubilidad puede aumentar con el aumento del grado de desorden. Ambos efectos se producen debido a la dependencia de la solubilidad constante frente a la denominada energía libre de Gibbs asociada con el cristal. Los dos últimos efectos, aunque a menudo difíciles de medir, son de relevante importancia en la práctico pues proporcionan la fuerza motriz para determinar su grado de precipitación, ya que el tamaño de cristal crece de forma espontánea con el tiempo.

TEMPERATURA

La solubilidad de un soluto en un determinado disolvente principalmente depende de la temperatura. Para muchos sólidos disueltos en el agua líquida, la solubilidad aumenta con la temperatura hasta 100 °C, aunque existen casos que presentan un comportamiento inverso. En el agua líquida a altas temperaturas la solubilidad de los solutos iónicos tiende a disminuir debido al cambio de las propiedades y la estructura del agua líquida, el reducir los resultados de la constante dieléctrica de un disolvente menos polar.

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Los solutos gaseosos muestran un comportamiento más complejo con la temperatura. Al elevarse la temperatura, los gases generalmente se vuelven menos solubles en agua (el mínimo que está por debajo de 120 ° C para la mayoría de gases), pero más solubles en disolventes orgánicos.

El gráfico muestra las curvas de solubilidad de algunas sales sólidas inorgánicas típicas.4 Muchas sales se comportan como el nitrato de bario y el arseniato ácido disódico, y muestran un gran aumento de la solubilidad con la temperatura. Algunos solutos (por ejemplo, NaCl en agua) exhiben una solubilidad bastante independiente de la temperatura. Unos pocos, como el sulfato de cerio (III) y el carbonato de litio, se vuelven menos solubles en agua a medida que aumenta la temperatura. Esta dependencia de la temperatura se refiere a veces como «retrógrada» o «solubilidad inversa». En ocasiones, se observa un patrón más complejo, como con sulfato de sodio, donde el cristal decahidrato menos soluble pierde agua de cristalización a 32 ° C para formar una fase anhidra más soluble . La solubilidad de los compuestos orgánicos casi siempre aumenta con la temperatura. La técnica de la recristalización, utilizado para la purificación de sólidos, depende de un soluto de diferentes solubilidades en un disolvente caliente y frío. Existen algunas excepciones, tales como determinadas ciclodextrinas.

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4. MARCO METODOLOGICO

PROCEDIMIENTO:

1. Preparar una solución de sulfato de hierro a 10%. 2. Tomar una alícuota de 50 ml de la muestra anterior.

3. Calentar a ebullición.

4. Agregar 10 ml de cloruro de bario.

5. Dejar reposar la solución durante 30 minutos hasta tener un precipitado.

6. Filtrar el precipitado obtenido.

7. Lavar con agua caliente hasta la desaparición de grumos.

8. Secar y pesar el papel filtro.

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5. RESULTADOS

Tabla I: cantidad experimental y teórica del sulfato de bario No. corrida 1 2 3 4

cantidad experimental de precipitado (g) 4.687 1.342 0.696 0.822

cantidad teórica de Precipitado (g) 0.5710 0.5710 0.5710 0.5710 Fuente: hoja de datos originales

Tabla II: estadística descriptiva respecto a la cantidad en gramos obtenida de sulfato de bario. Media

varianza

1.88675

3.5310

Desviación estándar 1.8876

Mediana 1.082 Fuente: datos calculados

Tabla III: Porcentaje de rendimiento del sulfato de bario. No. Corrida 1 2 3 4

Porcentaje de rendimiento 12.18 % 42.54 % 82.04 % 69.46 % Fuente:datos calculados

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6. INTEPRETACION DE RESULTADOS

Para la reacción entre el sulfato de hierro (FeSO 4) al 10% con una solución de cloruro de bario (BaCl2) al 1% se obtiene sulfato de bario (BaSO4)

como un

precipitado dentro de la solución. Normalmente la reacción entre estas dos sustancias el producto obtenido precipita, ya que no tienen moléculas que sean análogas, eléctricas y estructuralmente. Para aumentar la solubilidad entre estas sustancias la solución de sulfato de hierro se calentó llevándolo a su punto de ebullición y posteriormente se agrega el cloruro de bario. En la tabla I se muestra la cantidad de precipitado en gramos obtenido en 4 corridas realizadas, puede notarse que las cantidades no son iguales teniendo valores en los extremos superior e inferior de 4.687g y 0.822 g respectivamente. Estos datos muy variados responden a varios factores, como la temperatura de la solución, que llevándolo a su punto de ebullición aumento la solubilidad y al momento de agregar el cloruro de bario este no precipito en cantidades iguales para cada una de las corridas realizadas. Para la tabla II se tienen los valores estadísticos para las cantidades de precipitado obtenido, obteniendo una media aritmética de 1.88675. Comparando la media con el valor teórico del precipitado de sulfato de bario, donde se tiene un valor de 0.5710 se tiene una variación de 0.131575 y análoga a esta un error muy marcado para la obtención de sulfatos (datos calculados). Este comportamiento se puede apreciar en la desviación estándar siendo esta 1.8876 valor idéntico a la media, que muestra la desviación tomando como referencia la media. Para el rendimiento del precipitado para cada una de las corridas, en la tabla III

se

muestra cada una de ellas donde se tiene como mejor rendimiento respecto al valor teórico la corrida 3.

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7. CONCLUCIONES

1. Los valores determinados para la mediana, varianza, desviación estándar y mediana respecto a la cantidad de sulfato de bario son: 1.88675, 3.5310, 1.8876 y 1.082 respectivamente.

2. Para cada uno de las corridas realizadas, la corridas No 3 obtuvo el mejor porcentaje de rendimiento respecto al valor teórico del sulfato de bario.

3. Al aumentar la temperatura de la solución de sulfato de hierro, proporciono una mayor solubilidad, por lo cual no se obtuvo cantidades iguales de sulfato de bario como precipitado, en cada una de las corridas.

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8. BIBLIOGRAFIA

1. CHANG, Raymond. Química. Ramírez, María (trad.); Herranz, Rosa (trad.). Séptima edición. México: McGraw-Hill, 2002. 1063 p. ISBN 970-10-3656011.

2. Química Analítica. Dick, J. Equilibrio Químico. México: Editorial El Manual Moderno, 1979. . Consulta: págs.: 432-436

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9. MUESTRA DE CALCULO

Para el rendimiento del precipitado de sulfato da bario obtenido se utiliza la siguiente relación. (Ecuación No. 1)

Ejemplo: Se obtuvieron 0.237 g de sulfato de bario como rendimiento real y se tiene un rendimiento teórico de 0.510 g. entonces:

Estadística descriptiva para los datos Dados los n números simplemente como:

, la media aritmética se define

(Ecuación No. 2) N: número de datos utilizados. A: datos individuales.

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Expresión de la varianza:

(Ecuación No.3) S: desviación estándar. Xi: dato calculado. X: media aritmética. N: número de datos.

Haciendo uso de la contante de solubilidad se determina la concentración de los iones en equilibrio del sulfato de bario. Kps=1.1E-10

Ba+2+SO-24

BaSO4

Kps= [ Ba+2] [SO-24] =S2

Entonces:

[ Ba+2] [SO-24] = =√

=√

M

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10.

DATOS CALCULADOS

Tabla IV: Dato teórico para el sulfato de bario.

Cantidad de precipitado teórico (g) 0.5710 Fuente: datos calculados

Tabla V: Errores entre los datos experimentales y teórico del sulfato de bario. No. corrida 1 2 3 4

cantidad experimental de precipitado (g) 4.687 1.342 0.696 0.822

cantidad teórica de Precipitado (g) 0.5710 0.5710 0.5710 0.5710

Porcentaje de error 87.81% 57.45% 17.95% 30.29%

Fuente: datos calculados

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