INFORME DE LABORATORIO ESTEQUIOMETRÍA

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

INFORME N° 04

“ESTEQUIOMETRÍA”

Docente: Cecilia León Ayudante: Flavia Ortiz Paralelo 144-A grupo A Integrantes grupo:

Fecha de entrega 31/05/2017 Páá giná 1

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

RESUMEN En el presente laboratorio se determinará la composición de humedad de una muestra de Sulfato de cobre (CuSO4·5H2O) el cual corresponde a un hidrato ya que, que su composición húmeda posee en teoría 5 moléculas de H2O. (Un hidrato es una sustancia química que contiene moléculas de agua en su composición). Para conocer dicha humedad, es necesario llevar acabo ciertos procedimientos que facilitaran la tarea de separar la masa seca de la masa húmeda y principalmente consiste en llevar a la estufa la muestra para así evaporar el agua contenida. Éste ejercicio se lleva a cabo a una temperatura constante de 105 [°C] (aunque esta también puede variar debido como en este caso, ya que en el laboratorio trabajan simultáneamente mas grupos de alumnos) por eso existe una variable mínima en la temperatura de la estufa, ya que ésta no se mantiene los 10 [min] que requiere cerrada y esto provoca una pérdida de temperatura en un mínimo. También se comprende cómo analizar estequiometricamente una muestra y comparar el balance del antes y después de una reacción o cambio físico/químico.

OBJETIVO GENERAL Determinar la humedad y fórmula de un hidrato

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Cuantificar la composición de una muestra por estequiométrica Reconocer hasta qué punto se puede eliminar el agua de una muestra Determinar la masa seca y porcentaje de humedad de una muestra Aplicar conocimientos adquiridos para el cálculo de moles para sustancias

Páá giná 2

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

ANTECEDENTES GENERALES Estequiometria: «La estequiometria es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados (en una reacción química)».Jeremias Benjamin Richter (1762-1807) Se basa en la Ley de conservación de la masa, donde los átomos no se crean ni se destruyen, solo se transforman. Es decir, es el mismo conjunto de átomos que está presente antes y después de la reacción, solo se ocurre un reordenamiento de esta materia. Se expresa generalmente como una ecuación, es decir una igualación en ambos lados. Por lo tanto una ecuación química siempre ha de llevar el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación que se esté expresando. Cristal: Se define como un sólido homogéneo que posee una estructura interna ordenada en forma reticular, ya sean átomos, iones o moléculas. Cristal hidratado: Un cristal hidratado contiene agua como parte tanto de su fórmula química y estructura cristalina. Algunas sustancias cristalinas se encuentran naturalmente en las formas anhidras (sin agua) y hidratados; a veces la forma anhidra tendrá un color o apariencia distinta a la forma hidratada. Unos cristales hidratados comunes aparecen a continuación. Sulfato de cobre (II) : Se encuentra típicamente en una forma pentahidrato, es decir, donde hay cinco moléculas de agua para cada ion cobre y ion sulfato. Tiene un bello color azul translúcido y cuando se encuentra como mineral se llama calcantita. Se disuelve fácilmente en agua, por lo que se calcantita más a menudo encontrada intacta en los desiertos secos o en otras regiones áridas. sulfato de cobre disuelto es venenoso para los humanos.

Páá giná 3

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

PROCEDIMIENTO Para obtener la la cantidad (%) de humedad en la muestra dada, fue necesario completar el siguiente procedimiento: 1. Lavado y secado de los instrumentos a utilizar, entre ellos reloj control. Dicho reloj de vidrio se masó para conocer su masa, la cual fue de 36.03 [g] 2. Luego se masaron 8 [g] de la muestra sulfato de cobre húmeda sobre el vidrio reloj ya tarado. Obteniendo una masa total de 44.03 [g]. 3. La muestra es llevada a la estufa para someterlo a una temperatura alrededor de los 105 [°C] durante unos 10 [min], una vez concluido el tiempo es sacado de la estufa y llevado al desecador a reposar 1 [min] mientras es absorbida la humedad con la que salió de la estufa. 4. Posteriormente, se masa la muestra dando una masa de 42.82 [g], resultando así una leve perdida en su masa lo cual es equivalente a el agua evaporada en los 10 [min] que se mantuvo en la estufa. 5. El ejercicio se repite unas 5 veces hasta llegar a un peso constante en las últimas dos veces que se masó la muestra obteniendo una cantidad de 5,69 [g] finalmente. A esta altura ya no se puede eliminar más agua de la muestra dejando una muestra aparentemente seca de CuSO4. 6. Finalmente con los resultados de una masa seca y los gramos perdidos de la muestra a través del ejercicio de la estufa se puede determinar la cantidad de agua eliminada.

Páá giná 4

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

RESULTADOS Resultados: Tabla 1: Datos obtenidos T. Inicial N° [°C]

T. Final [°C]

Masa Inicial (muestra Masa Inicial + vidrio reloj) [g] (muestra ) [g]

Masa Final (muestra + vidrio reloj) [g]

Masa Final (muestra) [g]

1

71,8

105

44,03

8

42,82

6,79

2

89,7

93,2

42,82

6,79

42,08

6,05

3

94,1

90,2

42,08

6,05

41,77

5,74

4

96 100,5

41,77

5,74

41,72

5,69

5

98,9 104,5

41,72

5,69

41,72

5,69

Obs: -La masa inicial muestra N° 1 está compuesta de agua y sal. -La muestra final muestra N° 5 estaria compuesta sólo de sal anhidra Obs: -Datos iniciales corresponde a aquellos en que la muestra ingresa a la estufa y Datos finales corresponden a aquellos obtenidos al sacar la muestra de la estufa y posteriormente también del desecador. Obs: Tiempo para N veces que se dejó la muestra en la estufa es de 10 [min] Obs: Tiempo para N veces que se dejó la muestra final en el desecador es de 1 [min] Tabla 2: Obtención de masas de sal (CuSO4) y agua (H2O) por separado. Masa de muestra hidratada [g] Masa de muestra deshidratada [g] Masa de agua [g]

8 5,69 2,31

A) Calcular el valor de “n” en la expresión CuSO4 * nH2O, conociendo el PM de CuSO4 Tabla 3: Obtención de relación moles agua y moles sal anhidra. N° moles de agua (n) N° moles sal anhidra (X) Relación entre n y X (n/X)

0,1283 0,03565 3,59 ~ 4 => 4/1

Tabla 4: Formula obtenida Formula del hidrato

CuSO4 * 4H2O

Obs: PM H2O= 18 [g/mol] Obs: PM CuSO4=159,61 [g/mol] Obs: N° moles= (Masa/PM) Obs: n/X=4/1 , quiere decir que por cada mol de CuSO2 habrán 4 moles de H2O ( se sabe que en la realidad debería ser que por cada mol de CuSO4 deberían haber 5 moles de H2O) B) Cálcular el porcentaje de humedad de la muestra Tabla 5: Obtención % Humedad muestra % Humedad de la muestra

28,88

Obs: % humedad= (100*Masa agua)/Masa muestra hidratada Páá giná 5

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

DISCUSIONES Y CONCLUSIONES Discusiones -Al analizar la Tablas 1 y 2, se observa que inicialmente se tiene una muestra de 8 [g] entre cantidades de sal y agua, pero luego de que fuera necesario repetir el procedimiento 5 veces, se obtiene una masa constante de 5,69 [g], lo que quiere decir que aparentemente se evaporo toda el agua que había en la muestra inicial, por lo que por diferencia de masa y haciendo cálculos de balance, se determina que las cantidades de sal y agua son, 5,69 y 2,31 [g] respectivamente. -Sabiendo los [g] de agua y sal por separado, y utilizando la información de sus pesos moleculares (18 y 159,61 [g/mol] respectivamente), se determinó que la relación entre moles de sal y agua es 1:4, lo que permitió conocer la fórmula de la composición del hidrato; es decir (CuSO 4) * 4H2O, dicha fórmula teóricamente no corresponde a la que se debería haber obtenido (CuSO 4 * 5H2O), esto se justifica principalmente a la variación de temperatura al momento de realizar el laboratorio ya que trabajaron simultáneamente más grupos de alumnos) por lo cual existe una variable mínima en la temperatura de la estufa, ya que ésta no se mantiene los 10 [min] que requiere estar cerrada y esto provoca una pérdida de temperatura en un mínimo. -Los 2,31 [g] de agua corresponde entonces a 28,88% de la masa de la muestra hidratada, lo que se interpreta como el porcentaje de humedad de la, muestra, se debe aclarar, que este valor también está sujeto a cierto grado de incertidumbre considerando lo mencionado anteriormente respecto a la variación de temperatura, ya que al no mantener los 105 [°C] constante en la estufa, existe la posibilidad de que quedara una pequeña cantidad de agua no evaporada. Pero salvo por esta situación el procedimiento se realizó de manera eficaz. -Como observación adicional se nota que al evaporar el agua, los cristales de la sal anhidra tenía menos brillo, lo que se asocia precisamente a la pérdida de agua y cambio en su estructura cristalina.

Conclusiones -La deshidratación de un sulfato nos permite entender cómo funciona el proceso, en relación a la cantidad de temperatura necesaria para evaporar las moléculas de agua del sulfato de cobre, cabe destacar que hubo variaciones negativas en la temperatura original (105°C) lo que hace suponer que a una temperatura constante el tiempo o la cantidad de repeticiones hubiera sido menor. -La reducción de la masa inicial del sulfato de cobre pentahidratado luego de pasar 5 veces por el horno hizo suponer que la reducción total de las moléculas de H 2O, pero al realizar las relación entre moles de sal y agua esta dio 1:4 y no 1:5 como tendría que ser en el caso nuestro ya que en la fórmula original hay 5 moléculas de agua por lo que se concluye que una molécula no se evaporo, esto pudo ser provocado por varios motivos (falta de tiempo, carencia de temperatura, errores de cálculo o aproximaciones) -También se notaron variaciones en los colores, el color azul del sulfato hidratado puede deberse a que está compuesto por moléculas de agua lo que conlleva a que la formación química de este provoque un cambio en la formación del sulfato lo que provoca un cambio en la forma química de este, y por ende, un cambio de color asociado a este fenómeno. Deducimos que al cambiar de color a blanco es porque el agua a desaparecido del compuesto y nos ha quedado el sulfato en forma pura. Páá giná 6

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

- Merece la pena destacar que la reacción de deshidratación del CuSO4·5H2O se brinda a realizar una experiencia cuantitativa, la determinación del número de moléculas de agua que hay en la sal hidratada y la relación de la masa inicial y después de la deshidratación, esta relación nos dará cuenta del número de moles que poseía sal hidratada. -Las sales hidratadas son compuestos con energía de enlace débil, ya que, con una pequeña cantidad de calor sufre una separación, por lo que podemos concluir que el agua al formar hidratos con sales tiene una energía de enlace muy débil por lo que se separa del hidrato, con mucha facilidad, evaporándose formando sulfato de cobre. - También podemos concluir que Los hidratos no son sustancias más o menos humedecidas sino compuestos definidos, porque su composición es constante. - En toda reacción química hay un porcentaje de error y de rendimiento que nos va a afectar, estos aspectos dependen de las condiciones con que trabajemos, por lo que obviamente se deduce que mientras mejor sean las condiciones con que se trabaje experimentalmente menor será el porcentaje de error y mayor el de rendimiento. - La mayoría, por no decir todos, de los procesos químicos se basan en los principios de la termodinámica que de alguna manera son indispensables para la realización de los procesos químicos que en la actualidad son bastante necesarios para el desarrollo de la minería.

BIBLIOGRAFIA -

Definición de cristal: http://www.informacionopticas.com/que-es-un-cristal/

-

Cristal hidratado y Sulfato de cobre: http://www.cusiritati.com/jk3Y5VQ3D/ Páá giná 7

Universidad Técnica Federico Santa María Sede Viña del Mar Técnicos en Minería y Metalurgia Laboratorio de Química Minera

Páá giná 8