Manual de Quimica Basica

LABORATORIO DE QUIMICA BÁSICA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

UNIVERSIDAD VERACRUZANA D. E.

Facultad de Ciencias Químicas Campus Coatzacoalcos D.E.S. Área Técnica

Área Básica

MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE QUÍMICA básica

Nombre del estudiante: _________________________ Equipo:______________________________________ Grupo y Carrera: ______________________________ Período lectivo: _______________________________

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INDICE Pag. Introducción……………………………………………………………………………

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Reglamento Interno para los laboratorios de la FCQ………………..……………

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Medidas de Seguridad……………………………………………………………….

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Recomendaciones a los alumnos…………………………………………………..

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Formato de prelaboratorio…………………………………………………………..

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Formato de reporte de la práctica………………………………………………….. 11 Prácticas a realizar: 1. Conocimiento y uso del material básico de laboratorio de Química…… 12 2. Determinación de las moléculas de agua de una sal hidratada………… 18 3. Enlaces químicos…………………………………………………………….. 22 4. Preparación de soluciones y solubilidad…………………………………… 26 5. Reacciones químicas………………………………………………………… 31 6. Ley de la conservación de la materia………………………………………. 36 7. Modelos atómicos cuánticos………………………………………………… 40 8. Periodicidad química…………………………………………………………. 44 9. Enlace metálico……………………………………………………………….. 47 10. Tratamiento de aguas residuales…………………………………………… 52 Conclusión…………………………………………………........................................ 59 Bibliografía..……………………………………………………..…………………….. 59

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INTRODUCCIÓN Las prácticas que se encuentran desarrolladas en este manual, están apegadas al programa de la Teoría de la experiencia educativa sobre la Química Básica dentro del Modelo Educativo Integral y Flexible, con el objeto de que se complemente de una manera práctica, el conocimiento adquirido en el aula, reforzando de esa manera el aprendizaje que necesita todo el profesionista del área de la Química. Para lograr ese objetivo este manual se ha diseñado de tal manera que inicialmente se conozca todo el material de uso más frecuente en el quehacer experimental; las medidas de seguridad esenciales; así como las instrucciones para ejecutar acciones elementales como pipetear una solución utilizando correctamente una perilla cosa que aparentemente es muy simple pero que tiene muchísima importancia, debido a que las mediciones volumétricas son las acciones más realizadas en el laboratorio y de su ejecución correcta depende el buen resultado de muchas determinaciones analíticas. Posteriormente se encuentran las prácticas que de acuerdo al programa, ilustran y complementan los temas que se estudian en esta experiencia educativa tales como las referentes a los conceptos de átomos, moléculas, estructura química basada en la teoría cuántica, enlaces, periodicidad de las propiedades físicas y químicas de los elementos, de gran importancia para la predicción de las características de las reacciones antes de que se lleven a cabo, así como lo referente a la conservación de la materia y la energía en la cual se fundamentan los cálculos estequiométricos que pueden realizarse para determinar los rendimientos de los productos obtenidos en las reacciones químicas que son de gran aplicación en las industrias y en los quehaceres donde interviene la Química. En la realización de las prácticas de laboratorio se da un enfoque muy importante al aspecto ambiental, ya que se toman en cuenta el manejo de los productos y residuos generados en el desarrollo de dichas prácticas, así como en prácticas y actividades enfocadas al tema de la contaminación en las aguas residuales y los tratamientos de las mismas como solución a dicha problemática. El lenguaje utilizado en este manual es de estilo sencillo y fácilmente comprensible para los alumnos que inician formalmente su preparación profesional en el área de la química, haciendo hincapié en aquellos detalles de gran utilidad cotidiana.

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REGLAMENTO INTERNO PARA LOS LABORATORIOS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS CAMPUS COATZACOALCOS

TITULO PRIMERO OBLIGACIONES DE LOS ALUMNOS EN LOS LABORATORIOS

Artículo 1. Conocer y cumplir el presente Reglamento. Artículo 2. El horario fijado para realizar las prácticas de Laboratorio será señalado exclusivamente por la Dirección de esta facultad. Artículo 3. Los estudiantes estarán bajo la vigilancia del catedrático titular de la materia, quien vigilará la puntualidad del inicio y terminación del tiempo destinado a cada sesión para evitar interferir en el horario de otros grupos. Artículo 4. Fuera del horario establecido el estudiante no podrá realizar su práctica si no está autorizada y supervisada por el maestro o en su defecto por un Técnico Académico. Artículo 5. El estudiante tiene 10 minutos de tolerancia de retraso, de otra forma se tomará como inasistencia y estará desacreditada la práctica. Deberá permanecer en el Laboratorio durante el desarrollo de la práctica; su ausencia durante el tiempo estipulado para la práctica lo desacreditará de la misma. Artículo 6. Los laboratorios son de uso exclusivo de los alumnos que estén realizando prácticas, por tanto, queda prohibida la entrada a personas ajenas a los mismos. Artículo 7. El estudiante deberá estar protegido con el equipo básico de seguridad:  Bata blanca de algodón y mangas largas.  Anteojos de seguridad.  Guantes de seguridad.  Zapatos de piel con suela anti-derrapante. Este equipo deberá portarlo al realizar cada práctica y durante el tiempo que permanezca dentro del recinto del laboratorio. Artículo 8. Los estudiantes deberán colocar sus útiles escolares en los anaqueles destinados para este fin, con excepción de su manual de prácticas y su libreta de anotaciones. Artículo 9. En la realización de cada práctica, el estudiante contará con los primeros quince minutos del establecido para solicitar el material y/o los reactivos necesarios para su desarrollo. H. Academia de Química

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Artículo 10. Dentro del Laboratorio está prohibido:  Consumir alimentos  Fumar  Alterar el orden En caso de contravenir este artículo el estudiante deberá abandonar el recinto y no acreditará la práctica. Artículo 11. El estudiante deberá dejar limpia su área de trabajo después de haber realizado su práctica, depositando correctamente la basura y desechos químicos en los lugares indicados. Evitar tirar basura sólida en las canaletas centrales de las mesas de trabajo. Artículo 12. El estudiante cuidará la conservación general del laboratorio, todo desperfecto ocasionado tanto en aparatos como en mobiliario será pagado por la persona o personas responsables. Artículo 13. Al finalizar el curso, el estudiante deberá entregar el material, equipos y gavetas que haya solicitado al inicio del mismo (en buenas condiciones), en la fecha señalada por los técnicos académicos.

TITULO SEGUNDO USO DEL MATERIAL

Artículo 14. Los estudiantes formarán equipos de trabajo con el número de integrantes que el titular de la materia acuerde. Artículo 15. Al inicio del semestre cada equipo tiene derecho a solicitar en calidad de préstamo, mediante un vale, material y gavetas que pueda proporcionarle el Laboratorio. Artículo 16. El material básico y gavetas que se requieran usar durante todo el semestre se proporcionará en la primera semana de clases en el horario que se asigne a cada materia. Artículo 17. Se dispondrá de la llave de la gaveta sólo en el horario y durante el tiempo que dure cada práctica. NO SE DEBERA SACAR DEL RECINTO DEL LABORATORIO. La pérdida de la llave hará acreedor de una sanción al responsable, el cual deberá realizar las gestiones necesarias para el cambio de la cerradura dentro de las 24 horas siguientes.

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Artículo 18. Al recibir el material, el estudiante verificará que esté limpio y en buenas condiciones, de lo contrario, se harán las aclaraciones pertinentes en el vale para que al final del semestre sea devuelto en las mismas condiciones en que le fue entregado. Artículo 19. El estudiante tendrá la precaución de que se borre de su vale el material que solicito para la realización de sus prácticas. Artículo 20. El estudiante que adeude material al Laboratorio, deberá reponerlo con las mismas especificaciones que le fue entregado, presentando la factura correspondiente y dentro de la fecha límite. No se aceptará el costo del mismo. Artículo 21. Por adeudos de material al laboratorio no se dará derecho a inscripción al semestre posterior. Al finiquitar sus adeudos los alumnos que se encuentren en esta situación podrán solicitar un vale de NO ADEUDO que les permita su nueva inscripción.

TITULO TERCERO EVALUACIÓN

Artículo 22. En todos los cursos de Laboratorio, el estudiante tendrá la obligación de entregar la investigación del prelaboratorio y un reporte del postlaboratorio por cada práctica realizada, de acuerdo a las instrucciones dadas por el titular de la materia que se trate. Artículo 23. Para acreditar el Laboratorio, el estudiante debe cumplir con la realización del 100% de las prácticas establecidas. Artículo 24. Si por causa justificada el estudiante no realiza alguna práctica, inmediatamente debe solicitar la reposición de la misma al Técnico Académico correspondiente, quien le asignará un horario para dicha reposición, de otra forma no se podrá acreditar dicha práctica. Artículo 25. Las ponderaciones correspondientes al laboratorio se encuentran en los programas de las Experiencia Educativa. NOTA: CUALQUIER SITUACIÓN NO PREVISTA EN EL PRESENTE REGLAMENTO, SERA RESUELTA POR EL H. CONSEJO TÉCNICO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

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MEDIDAS DE SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Para que el desarrollo de una práctica de laboratorio logre sus objetivos, deberán seguirse ciertas normas de seguridad con el fin de evitar accidentes al realizar un experimento; los estudiantes deben seguir con mucho cuidado todas las instrucciones de su profesor y del manual de prácticas. A continuación se enumeran una serie de indicaciones: I.

Antes de iniciarse las sesiones experimentales, el profesor o los encargados de los laboratorios deben: a.

Cerciorarse de que todas las llaves de las mesas de trabajo, en especial las que están conectadas al gas, funcionen perfectamente y no haya fugas.

b.

Asegurarse de que la campana de extracción de gases y la regadera de presión tengan un buen funcionamiento.

c.

Dar a conocer la ubicación de los extintores, la regadera, el lavaojos, el botiquín de primeros auxilios, y darles instrucciones para su manejo en caso de emergencia.

d.

Revisar que todo el material de laboratorio, especialmente el de vidrio, no este roto o estrellado.

II.

Antes de realizar la práctica, el estudiante debe ponerse la bata de trabajo, la cual deberá ser de algodón.

III.

Cuando se trabaje con sustancias que desprendan vapores tóxicos, se recomienda usar lentes de seguridad y trabajar en la campana de extracción.

IV.

Se prohíbe el uso de lentes de contacto en el laboratorio

V.

En la mesa de trabajo deben estar exclusivamente el material y las sustancias con las cuales se va a experimentar, el manual de prácticas para seguir las instrucciones y la bitácora de laboratorio.

VI.

No se debe ingerir alimentos, ni fumar en el laboratorio y menos durante la realización de la práctica.

VII.

Antes de encender el mechero, cerciorarse primero de que esté lo suficientemente alejado de sustancias volátiles o combustibles y en seguida prender el cerillo, colocarlo en la boca del mechero y luego abrir la llave del gas.

VIII.

Al usar un reactivo, leer la etiqueta del frasco para evitar equivocaciones que puedan ser peligrosas.

IX.

Para agitar el contenido de un tubo de ensayo no debe taparse la boca del tubo con el dedo, sino tomar con una mano el extremo abierto y con la otra aplicar

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pequeños golpes en la parte inferior. X.

Cuando se caliente cualquier dispositivo, para retirarlo del fuego deben utilizarse las pinzas adecuadas.

XI.

Al calentar sustancias en un tubo de ensaye, éste debe colocarse en forma inclinada, nunca vertical, y orientado de tal forma que si ocurren proyecciones no caigan sobre las personas que están en los alrededores, especialmente en la cara.

XII.

Al calentar líquidos en tubos de ensaye, éstos no deben sostenerse directamente sobre la flama, sino que deben retirarse de vez en cuando, agitando en forma continua para facilitar la salida de burbujas de gas del fondo del tubo y así evitar proyecciones.

XIII.

Al hervir líquidos en recipientes más grandes, debe agitarse el contenido con una varilla de vidrio o añadir una o dos perlas para ebullición, con lo cual se evitará alguna proyección.

XIV.

Nunca debe mezclarse el resultado de una reacción con el de otra si no está indicado en las instrucciones de la práctica.

XV.

Cuando se desee diluir un ácido concentrado, nunca debe verterse al agua sobre el ácido, sino al contrario; el ácido debe añadirse con sumo cuidado deslizándose lentamente sobre las paredes del recipiente que contenga el agua.

XVI.

Nunca debe probarse y menos ingerirse alguna sustancia química.

XVII.

Una sustancia química no debe olerse directamente y menos si se acaba de calentar. En vez de ello, la muestra se coloca a unos 15 cm de la nariz y se atraen los vapores abanicándolos con una mano.

XVIII.

Cuando se desprenden gases tóxicos en una reacción en cantidades que pueden afectar el sistema respiratorio, será preciso realizar el experimento en la campana de extracción, además de evitar una exposición prolongada a dichos gases.

XIX.

Para trabajar con tubos de vidrio será preciso redondear los extremos filosos directamente en la flama del mechero.

XX.

Para introducir un tubo de vidrio o un termómetro (previamente humedecido) en tapones horadados, debe sostenerse el tapón con una mano y con la otra empujar poco a poco el tubo o el termómetro, haciéndolo girar como si fuera un sacacorchos para evitar su rompimiento y, por lo tanto cortaduras en las manos.

XXI.

En caso de sufrir un accidente al manipular el equipo de trabajo, debe acudirse inmediatamente con el profesor y de ser necesario con él medico.

XXII.

Al término de la práctica se debe: Lavar, entregar y/o guardar el material que se utilizó; cerrar perfectamente los frascos de los reactivos y cerciorarse de que queden bien cerradas todas las llaves, especialmente las de gas. (13)

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RECOMENDACIONES A LOS ALUMNOS

El estudiante debe:

Cuidar que los reactivos solamente se introduzcan en materiales de laboratorio, limpios, secos y a temperatura ambiente. Lavar siempre el material que se va a emplear antes de cada determinación, enjuagarlo muy bien con agua de la llave para eliminar cualquier residuo de detergente y después escurrirlo sobre una toalla o papel absorbente, durante el tiempo necesario para que se seque. Si quedan algunas gotas adheridas en el interior es necesario secarlas ya sea utilizando una porción de papel absorbente si el material es de boca ancha, en caso contrario, calentando el material con el mechero bunsen durante unos minutos procurando que la salida del aire caliente se dirija hacia arriba y después esperar el tiempo necesario para que se enfríe. Leer el procedimiento de las prácticas antes de ejecutarlas. Leer cuidadosamente las etiquetas de los frascos de los reactivos antes de utilizarlos para evitar confusiones peligrosas. Rotular cuidadosamente cada uno de las reactivos y soluciones empleadas para evitar confusiones entre ellas. Observar minuciosamente y críticamente cada uno de los cambios ocurridos y registrar cuidadosa y ordenadamente: los cambios de color, de aspecto, de temperatura, la velocidad de las reacciones, olores percibidos, desprendimiento de gases, etc., así como los datos numéricos de las mediciones efectuadas, y todo aquello que se considere necesario, en su bitácora de laboratorio, señalando el número y nombre de la práctica así como la fecha en que se realizaron las anotaciones. Realizar cuidadosamente sus experimentos, procurando entender el porqué de los hechos. Consultar los libros de texto o investigar en Internet antes y después de la ejecución de las prácticas para comprender él porque de las operaciones que se han de ejecutar, así como para aclarar las dudas que surjan al realizar sus experimentos, para llegar a sus propias conclusiones.

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FORMATO DE PRELABORATORIO

UNIVERSIDAD Veracruzana CaMPUS: Coatzacoalcos, ver. fac. de ciencias Quimicas

LABORATORIO DE QUIMICA BASICA Nombre de la Práctica Número de la Práctica

Nombre de los integrantes __________________________ ___________________________ ___________________________ ____________________________

del

equipo:

Número de Equipo:____________ Grupo y Carrera: _______________________________ Nombre de la Profesora_____________________________ Fecha_________________________

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Contenido de los Reportes del Prelaboratorio: Objetivo de la práctica. Fundamento de la práctica. Reacciones químicas que puedan ocurrir durante la práctica. Propiedades físicas y químicas de los reactivos que se van a usar y sus precauciones de manejo Respuestas del cuestionario de prelaboratorio. Diagrama de bloques de la técnica que se realizara. Precauciones que se deben tener para esta práctica. Bibliografía y direcciones de Internet

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PRACTICA No. 1 Conocimiento y uso del material básico de laboratorio

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OBJETIVO Que el alumno conozca, pueda usar y conservar el material y equipo mas común de laboratorio de química inorgánica; se familiarice con los aparatos y tenca presentes los cuidados y riesgos, precauciones y actitudes que deberá asumir dentro de las medidas de seguridad. FUNDAMENTO En un laboratorio de química se utiliza una amplia variedad de instrumentos o herramientas que, en su conjunto, se denominan material de laboratorio. Pueden clasificarse según el material que los constituye:      

de metal de vidrio de plástico de porcelana de madera de goma

O según su función:   

Material básico Material volumétrico Instrumentos electrónicos de precisión

Pipeteo de un líquido Mediante una fuerza de succión se produce un vacío que hace posible que un líquido ascienda por el interior de un tubo abierto por ambos extremos y colocado en forma vertical. Una vez que dicha fuerza cesa, la gravedad, que también es una fuerza, pero que en este caso actúa en sentido contrario, tiende a atraer el líquido hacia el exterior del tubo por el extremo inferior de éste, pero si se contrarresta su influencia obstruyendo el extremo superior del tubo, el líquido puede quedar sostenido por el vacío que se produjo anteriormente dentro del tubo.

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CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Investigue el uso del material de laboratorio que se menciona a continuación. MATERIAL 1. Vaso de precipitado. 2. Embudo Buchner. 3. Bureta. 4. Pipeta Pasteur. 5. Tubo de centrífuga. 6. Refrigerante o condensador. 7. Crisol y tapa. 8. Matraz de destilación. 9. Matraz Erlenmeyer. 10. Cápsula de porcelana 11. Matraz de filtración (Kitasato). 12. Embudo de tallo corto. 13. Embudo de tallo largo. 14. Probeta graduada. 15. Gotero con bulbo de hule. 16. Mortero con mango o pistilo. 17. Embudo de separación 18. Tubos de ensayo 19. Termómetro. 20. Pipeta volumétrica. 21. Matraz volumétrico 22. Vidrio de reloj. 23. Columna de Vigreux. 24. Matraz balón 25. Matraz balón de fondo plano 26. Pesafiltro con tapa. 27. Tela de asbesto. 28. Mechero Bunsen. 29. Pinzas para bureta. 30. Pinzas de Mohr 31. Pinza para tubo de ensayo. 32. Pinza de 3 dedos 33. Pinza universal 34. Triangulo de porcelana 35. Pinza para crisol. 36. Tapones de hule. 37. Anillo de metal. 38. Soporte de metal.

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USO

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39. Espátula. 40. Escobillón para tubo de ensayo. 41. Gradilla para tubos de ensayo. 42. Piseta. 43. Horadadores para tapones. 44. Cortador para tubo de vidrio. 45. Cuba para baño maría 2.- Investigue y realice un esquema de cómo debe ser el diseño de un Laboratorio de Química; cómo debe ser su iluminación, las mesas de trabajo, las paredes, el piso, etc, cuáles deben ser los equipos o aparatos que deben tener un laboratorio para protección, señalizaciones, etc.

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TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas PROCEDIMIENTO 1.

Se divide el grupo en dos subgrupos, el A y el B.

ACTIVIDADES DEL GRUPO A: 2. 3. 4.

Los alumnos se dedicarán por espacio de media hora a observar e identificar el material que se encuentre colocado en las mesas del laboratorio. En los siguientes 30 minutos, se les harán preguntas a algunos integrantes del grupo sobre el uso de los materiales expuestos. Observe la disposición del laboratorio y anote sus observaciones en base a lo investigado

ACTIVIDADES DEL GRUPO B: 5.

En los primeros 10 minutos, se realizará la demostración por parte de la persona encargada del grupo sobre la forma correcta de realizar el pipeteo de un líquido.

6.

Cada alumno se dedicará a practicar el pipeteo de una solución colocada en un vaso de pp. para ese objetivo durante 50 minutos.

7.

Se recomienda seguir estas instrucciones: a. Sujetar la pipeta con la mano derecha. b. Con la mano izquierda oprimir una perilla con la fuerza suficiente según el volumen del líquido que se va a aspirar (Si es un pequeño volumen bastará con oprimirla levemente, si se tiene que aspirar por ejemplo un volumen de 10 mL se tendrá que oprimir con mayor fuerza). c. Colocar la perilla en el extremo superior de la pipeta, haciendo coincidir el orificio de la perilla con el de la pipeta, impulsando la perilla y la pipeta una contra la otra para impedir la entrada del aire exterior lo que disminuiría el vacío que se pretende apicar al interior de la pipeta. No introduzca la pipeta dentro del orificio de la perilla (a menos que ésta posea una boquilla especial para ello), ya que se dificultaría la separación de ambos al terminar la succión requerida. d. Una vez que el líquido ha alcanzado la altura deseada dentro de la pipeta, separar la perilla suavemente y colocar de una manera rápida y suave el dedo índice de la mano derecha, sobre el borde superior de la pipeta para obstruir la entrada del aire, de esa manera se detendrá la salida del líquido.

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e. Con los dedos restantes de la mano derecha, girar suavemente la pipeta aflojando suavemente la presión del dedo índice (sin despegarlo), para permitir que el líquido se deslice lentamente hacia abajo hasta la marca en que se desea colocar la parte inferior del menisco del líquido. (El menisco es la superficie curva que se forma en el nivel superior del lìquido en la pipeta).

f. La lectura del menisco se debe realizar colocando la superficie del líquido a la altura de nuestros ojos en forma horizontal, si se lee en forma diagonal la lectura es incorrecta. Al llegar el líquido hasta la marca deseada, oprimir fuertemente el dedo índice sobre el borde superior de la pipeta.

g. Tocar suavemente el borde del vaso de precipitado o frasco que contenía el líquido de donde se aspiró, para eliminar alguna pequeña gota que se hubiera quedado adherida en la pipeta. h. Depositar el líquido de la pipeta en el interior del recipiente, levantando el dedo índice para permitir el drenado del contenido, procurando colocar la punta de la pipeta en contacto con la pared del recipiente, inclinando ligeramente éste para que forme ángulo con la pipeta que se coloca en forma vertical. No se debe soplar con la perilla para obligar a que salga todo el líquido, ya que las pipetas vienen calibradas considerando que va a quedar algo de líquido en su interior al drenarlas. 8.

Después de concluir la primera hora se intercambian los grupos y pasan al área donde no han trabajado para realizar la actividad correspondiente en la siguiente hora.

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gur

Fi a

No. 1. Material básico de laboratorio MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS El contenido de los vasos de pp empleados para la práctica del pipeteo se puede vaciar al drenaje, ya que solamente es agua con unas gotas de colorante no tóxico. HOJA DE REPORTE No. De equipo__________________ H. Academia de Química

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1. Realice un esquema del Laboratorio con todos sus implementos, indicando las partes de las cuales se compone. 2. Haga dibujos de los materiales que se muestran con una muy breve explicación 3. Haga un esquema de cómo se debe de aforar y cómo se toman las lecturas.

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PRÁCTICA No. 2 Determinación del número de moléculas de agua en una sal hidratada

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OBJETIVO Determinar el número de moléculas de agua de hidratación que se encuentran formando parte de la molécula de sulfato de cobre en un complejo de coordinación. FUNDAMENTO Muchas sustancias cristalizan con una o varias moléculas de agua ligadas a la estructura cristalina molecular o iónica de dichas sustancias, A estas moléculas de agua se les llama agua de hidratación o agua de cristalización, y la fórmula se escribe con un punto entre las moléculas de agua y la sal para indicar que se trata precisamente de agua de cristalización. El método más general para determinar el agua de hidratación de una sal es la separación de dicha agua de hidratación por evaporación, mediante la aplicación de calor. La cantidad de agua evaporada se determina por la pérdida de peso de la muestra. Para ello, se pesa un crisol de porcelana, a la cual se le añaden 4 ó 5 gramos de sustancia, y se vuelve a pesar. Se calienta el recipiente a la llama directa, pero lentamente, para evitar proyecciones de sólido o de vapor de agua. Se observa desprendimiento de vapor. Volver a pesar el recipiente y anotar el resultado. Se vuelve a calentar el recipiente, y a pesar de nuevo, tras esperar que se enfríe. Comprobar que el peso ha permanecido constante. CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Investigar la Ley de las proporciones múltiples de Dalton 2. Cuáles son las propiedades físicas y químicas del sulfato de cobre anhidro 3. Cuáles son las propiedades físicas y químicas del sulfato de cobre hidratado

MATERIAL Balanza analítica Crisol de porcelana Espátula Agitador de vidrio Mortero con pistilo Mechero bunsen Triángulo de porcelana Pinza para crisol Desecador Tripié metálico

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REACTIVOS 1 g de Sulfato de cobre hidratado

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PROCEDIMIENTO

1. Se calienta un crisol vacío colocado en un triángulo de porcelana montado en un tripié metálico durante 15 minutos (Ver figura 2-a).

2. Se apaga el mechero y con una pinza para crisol se retira el recipiente y se coloca en el interior de un desecador para que se enfríe. (Esperar 10 a 15 minutos)

3. Se pesa en una balanza analítica y con la mayor exactitud posible. Se registra el peso del crisol vacío en la bitácora.

4. Se pesan 3.5 g de sulfato de cobre en una balanza granataria. 5. Se pulveriza el sulfato de cobre pesado, en un mortero de porcelana (Ver figura 2-b). 6. En una balanza analítica se pesa con gran exactitud 3 g del sulfato de cobre pulverizado, empleando para ello el crisol de porcelana previamente pesado. Se registra el peso exacto de la sal hidratada.

7. Se coloca el crisol con la muestra en el triángulo de porcelana y se calienta con el mechero de manera suave y agitando continuamente la sal con el agitador de vidrio. (Se tiene el cuidado al dejar de agitar, que no se pierdan partículas de la muestra que se encuentren adheridas al agitador, se puede limpiar con una espátula de forma que todas las partículas caigan en el crisol).

8. Se evita el calentamiento excesivo debido a que el sulfato de cobre se descompone a altas temperatura con formación de óxido de cobre de color café. Si esto ocurriera desechar la muestra, lavar el crisol, secarlo con papel absorbente y repetir los pasos del 4 al 7. No es necesario calentar el crisol vacío pues ya se tiene el dato del peso obtenido en el punto 3.

9. Cuando se observa que toda la sal se deshidrata (cambia de azul a blanco), se deja de calentar y con una pinza para crisol se retira el recipiente y se coloca en el interior de un desecador para que se enfríe. (Esperar 10 a 15 minutos).

10. Una vez frío el crisol se vuelve a pesar en la balanza analítica con gran exactitud y se registra el peso que corresponde a la sal deshidratada (sin agua).

11. Se calienta el crisol 10 minutos más, se enfría de nuevo en el desecador y se vuelve a pesar para ver si el peso sigue constante e igual a la pesada anterior.

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Figura No. 2-a. Calentamiento del crisol. (Puede prescindirse de la tapa)

Figura No. 2-b. Pulverización del sulfato de cobre

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS Colocar el contenido de los crisoles en un frasco rotulado como: Residuos de sulfato de cobre deshidratado

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HOJA DE REPORTE No de equipo_________________ CÁLCULOS: Peso crisol con la sal deshidratada – peso crisol vacío = Peso de la sal deshidratada. Peso de la sal hidratada – peso de sal deshidratada = Peso del agua evaporada Peso del agua de hidratación = No. de moléculas de agua evaporada Peso molecular del agua Peso de la sal deshidratada = No. de moléculas de la sal deshidratada Peso molecular de la sal deshidratada

No. de moléculas de agua evaporada = No. de moléculas de agua de hidratación

No. de moléculas de la sal deshidratada NOTA: Si se obtiene un valor con fracción decimal se redondea el número. CALCULOS:

RESULTADOS: Peso de la sal deshidratada ____________________ Peso del agua evaporada ______________________ No. de moléculas de agua evaporada_____________

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No. de moléculas de la sal deshidratada ___________ No. de moléculas de agua de hidratación ____________

PRACTICA No. 3 ENLACES QUÍMICOS

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Laboratorio de Química Analítica

OBJETIVOS Mediante la observación del paso o no de la corriente eléctrica a través de diferentes sustancias se infiera el tipo de enlace químico. Relacionar la influencia de la concentración con la conductividad eléctrica. Observar si hay conductividad eléctrica en líquidos puros y en disoluciones. Observar si hay paso de corriente eléctrica en diferentes materiales sólidos. Relacionar los resultados obtenidos con la naturaleza de los enlaces de las sustancias estudiadas.

FUNDAMENTO El enlace químico es una situación de equilibrio, donde las fuerzas de atracción entre los átomos son contrarrestadas por fuerzas equivalentes y de sentido contrario (fuerzas de repulsión). El punto de equilibrio suele ser caracterizado por el radio de enlace y la energía. La explicación de las fuerzas involucradas en un enlace químico son descritas por las leyes de la electrodinámica cuántica. Sin embargo al ser un problema de muchos cuerpos se recurre con frecuencia a teorías simplificadas. Estas teorías dan una idea más o menos buena de la situación real. Entre las más recurridas están: 

Enlace de valencia: teoría sencilla que se completa con la regla del octeto. Según esta teoría, cada átomo se rodea de 8 electrones, algunos compartidos en forma de enlaces y otros propios en forma de pares solitarios. No puede describir adecuadamente a los átomos con orbitales d activos, como los metales de transición, pero la teoría es muy sencilla y describe adecuadamente un gran número de compuestos.



Mecánica cuántica: Esta teoría es mucho más compleja que la anterior. Da respuesta a muchos fenómenos que escapan al enlace de valencia. En la mecánica cuántica, los enlaces de valencia no tienen un papel destacado (sólo se tienen en cuenta las posiciones nucleares y las distribuciones electrónicas), pero los químicos los representan para que las estructuras les sean más familiares. Los orbitales moleculares pueden clasificarse como enlazantes y antienlazantes.



Interacción electrostática: Útil para cristales de carácter marcadamente ioníceso. Predice la unión entre grupos de átomos, de forma no-direccional.

La manera en que los átomos se enlazan ejerce un efecto profundo sobre las propiedades físicas y químicas de las sustancias

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Laboratorio de Química Analítica

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Investiga la Reactividad, toxicidad y. riesgos de los reactivos con que vas a trabajar. 2. En función del enlace químico, ¿cómo se explica el hecho de que algunas disoluciones permiten el paso de la corriente eléctrica y otras no? 3. Proponga brevemente ¿Cómo efectuar un experimento que relacione el enlace químico y alguna otra propiedad macroscópica?

MATERIAL 1 Foco o bombilla eléctrica 1 Clavija 1 Sockett 2 m de alambre de cobre recubierto 1 base de madera de 15 x 15 x 2 cm 2 tornillos 1 Desarmador Cinta aislante 1 Navaja

REACTIVOS Vasos de pp de 250 mL (para el grupo) con: 50 mL de Solución de NaCl al 10 % 50 mL de solución de CuSO4 al 10% 50 mL de solución de CaCI2 al 10% 50 mL de KCl al 10% 50 mL de KNO3 al 10 % 50 mL de KOH al 10 % 50 mL de Glicerina g. r. 50 mL de Alcohol etílico g. r. 50 mL de acetona g. r. 50 mL de acido acético al 10 % 50 mL de solución de sacarosa al 10 % 50 mL de agua destilada

TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas PROCEDIMIENTO 1. Se arma un probador de conductividad eléctrica como se muestra en la figura 3;

eliminando 1 cm de la cubierta protectora en los extremos de los cables, y cubriéndolos con cinta aislante. 2. Se prueba la funcionabilidad del probador de la siguiente manera: a. Se sujetan los cables del probador con ambas manos por la parte recubierta y se le quita a los extremos la protección aislante; sin soltar los alambres, se solicita a un compañero que conecte la clavija a una toma de corriente de 110 volts. b. Se verifica que el foco enciende, uniendo las puntas metálicas descubiertas. Si el foco no enciende, se revisan los cables del probador para determinar su H. Academia de Química

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integridad, o las conexiones en el sockett y en la clavija para ver si no se desprendieron los cables. 3. Una vez que se comprobó que el probador funciona bien, se prueba la conductividad eléctrica de las soluciones acuosas de las sales iónicas (cloruro de sodio, sulfato de cobre, cloruro de calcio, cloruro de potasio, nitrato de potasio, hidróxido de potasio) que se encuentran en los vasos de pp distribuidas en las mesas de laboratorio, separando las puntas del probador y sin unirlas se introducen en cada una de dichas soluciones. 2. Se anotan las observaciones realizadas en la bitácora, señalando el grado de intensidad de la luz que se obtiene en el foco con cada uno de las soluciones, calificándolas como: Muy intenso, intenso medio y poco intenso. 3. Se repite el experimento usando soluciones acuosas o sustancias de unión predominante covalente (alcohol etílico, glicerina, acetona, agua destilada, solución de sacarosa y ácido acético). Se realizan las anotaciones respectivas en la HOJA DE REPORTE.

Figura No. 3. Probador de la conductividad eléctrica NOTA: Se conserva el probador de la conductividad eléctrica ya que se utilizará nuevamente en la práctica no. 9 de este manual. MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS El contenido de las soluciones colocadas en los vasos de pp de 250 mL serán retirados por el personal del laboratorio.

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HOJA DE REPORTE No de equipo_______________ SUSTANCIA

TIPO DE CONDUCTOR

TIPO DE CONDUCTOR: BUEN CONDUCTOR, MAL CONDUCTOR, NO CONDUCTOR

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PRÁCTICA No. 4 Preparación de soluciones Y solubilidad

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OBJETIVOS Aprender el procedimiento para preparar una solución. Visualizar la importancia de conocer las características (reactividad y toxicidad principalmente) de una sustancia, antes de preparar una solución, con el propósito de tomarlas en cuenta para el manejo de las mismas. Realizar los cálculos necesarios sobre las cantidades de reactivos que se emplearan al preparar soluciones de diferentes concentraciones.

FUNDAMENTO

Una solución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. En cualquier solución, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes. La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes: a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución. Casa casa casa casa

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c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución. La casa de mi tía María Inés

e) Molaridad ( M ): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Una solución 3 molar ( 3 M ) es aquella que contiene tres moles de soluto por litro de solución.

f) Normalidad (N): Es el número de equivalentes de soluto contenido en un libro de solución. Una solución 3 normal ( 3 N ) es aquella que contiene tres equivalentes de soluto por litro de solución

Equivalente de soluto N= Litro de solución

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Investigar la toxicidad (como concentración máxima permisible) de las substancias utilizadas en el desarrollo de esta práctica. 2. Investigar los daños a la salud causados por los reactivos utilizados en esta práctica, durante el manejo de los mismos, al inhalarlos o por el contacto con la piel y los ojos. 3. ¿Qué precauciones deben de realizarse al preparar el ácido sulfúrico?

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MATERIALES Balanza analítica Pipeta graduada de 10 ml Varilla de vidrio 2 matraces volumétricos de 100 ml Frascos limpios y secos Gradilla Vidrios de reloj Vaso de precipitado de 250 ml Embudo de vidrio Piseta Tubos de ensayo Etiquetas Papel absorbente

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REACTIVOS 1 mL de H2SO4 conc. 1 mL de HCl conc. 1 g Na2CO3 (s) 1 g FeCl3*6H2O (s) 1 g CuSO4*5 H2O (s) 1 mL HNO3 conc. 1 g NaHCO3 (s) 1 g NaOH (s) 1 g KNO3 (s) 1 g NiSO4 (s) 1 g KI (s) Indicador universal

NOTA IMPORTANTE. Traer por equipo frascos de vidrio con tapa de rosca TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas PROCEDIMIENTO 1. Se realizan los cálculos para para preparar 100 mL de las diluciones que se

encuentran en la tabla de la HOJA DE REPORTE que se encuentra al final de esta práctica 2. El docente repartirá entre los equipos las soluciones que deberán preparar. 3. Cada equipo se encargará de medir el pH de las substancias que van a preparar

de la siguiente manera: se coloca primero en un tubo de ensayo 3 mL de agua y se mide el pH de ésta con una tira reactiva. Después se añade una muy pequeña cantidad de soluto o unas gotas del ácido a utilizar para observar su solubilidad en el agua y se vuelve a medir el pH. 4. Se deberá consultar los cálculos realizados con el docente antes de realizar el

procedimiento para preparar la disolución que le corresponde a su equipo. 5. Se pesa en un vidrio de reloj el reactivo a utilizar, empleando la balanza analítica

si la cantidad menor que un gramo. 6. Se trasvasa cuantitativamente el sólido del vidrio del reloj al matraz volumétrico

de 100 mL, utilizando pequeñas cantidades de agua destilada contenida en una piseta valiéndose de la ayuda de un agitador y un embudo. 7. Se disuelve completamente el soluto. 8. Se completa con agua la capacidad del matraz volumétrico hasta la marca del

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aforo. 9. Se tapa el matraz y se homogeniza la solución invirtiéndolo varias veces. 10. Se transfiere la disolución preparada a un frasco limpio y seco y se etiqueta con

el nombre del reactivo, la concentración, fecha de preparación y nombre de la persona que hizo la solución. 11. Una vez preparada todas las soluciones, se coloca 1ml de cada disolución en un

tubo de ensayo y se mide la acidez o alcalinidad con un papel pH.

Figura No. 4 MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS El contenido de los tubos de ensaye pueden desecharse en el drenaje. Los frascos de las soluciones preparadas se entregan al personal del laboratorio.

HOJA DE REPORTE H. Academia de Química

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No de equipo________________ CALCULOS:

Sustancias

Concentración molar

NaHC03 (s)

0.1

Na2CO3(s)

0.1

NaOH (s)

0.2

KNO3 (s)

0.2

FeCl3*6H2O (s)

0.2

NiSO4 * 6H2O(s)

0.2

CuSO4*5H2O (s)

0.2

KI (s)

0.2

Sustancia

HCl conc. HNO3 conc. H2SO4 conc.

Moles de Soluto/100 mL

Masa molar

Gramos a Volumen a # mol. soluto pesar medir mL soluciónl

% en peso

Volumen a medir

Molaridad final de la disolución, (moles/L)

Concentración densidad

1 % P/V 1 % P/V 1 % P/V

NOTA.- Los cálculos que no les haya tocado, pedirlos a los compañeros que si los tengan para llenar toda su tabla

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PRÁCTICA No. 5 REACCIONES QUÍMICAS

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OBJETIVO Conocer los diferentes tipos de reacciones que se presentan con mayor frecuencia en los procesos químicos.

FUNDAMENTO

Los cambios químicos se producen de manera continua en la naturaleza: en los seres vivos, en el suelo, en el aire... Y, además, existen numerosísimos cambios químicos distintos (en función de los reactivos que intervienen o de los compuestos que se forman). Para estudiar mejor las reacciones químicas resulta conveniente, por tanto, clasificarlas de alguna manera. Atendiendo a la estructura de las reacciones podemos clasificarlas en: 

Reacciones de combinación o síntesis. En ellas se forman uno o varios compuestos a partir de elementos o compuestos preexistentes. Ejemplo: C + O2



CO2

Reacciones de descomposición. Al contrario que en el caso anterior, en esta ocasión tiene lugar la escisión de un compuesto en varios elementos o compuestos. (NH4)2CO3



Reacciones de sustitución o desplazamiento. En ellas, un elemento desplaza a otro en un compuesto. Pueden ser de oxidación-reducción o precipitación según las especies químicas presentes: Zn (s) + CuSO4 (aq)



2 NH3 + CO2 + H2O

Cu (s) + ZnSO4 (aq)

Reacciones de doble desplazamiento. Como su nombre indica, existe «un intercambio» de elementos en dos o más compuestos de la reacción: NaCl (aq) + AgNO3 (aq)

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AgCl (s) + NaNO3 (aq)

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CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Investigar la toxicidad de los reactivos utilizados esta práctica 2. Investigar y mencionar 2 ejemplos de reacciones de síntesis, de descomposición, de desplazamiento simple y de doble desplazamiento con reactivos diferentes a los empleados en esta práctica. 3. ¿De qué tipo son las reacciones de neutralización y las de combustión?

MATERIAL 7 tubos de ensaye de 13 x 100 mm Tubo de vidrio doblado en L Tapón horadado Mechero bunsen Soporte metálico Pinza universal Pinza para tubo de ensaye Cápsula de porcelana Triángulo de porcelana Pinza para crisol Vidrio de reloj Piseta Papel tornasol rojo

REACTIVOS 1 gr de CaCO3 g. r. 4 mL de Ba(OH)2 al 10 % 5 mL de H2S04 al 10 % Una granalla pequeña de Zinc 5 gotas de AgNO3 al 10 % 3 gotas de NaCl al 10 % 5 cm de cinta de magnesio Gotas de Fenolftaleína 1 g de Cloruro de amonio Agua destilada 5 mL de cloruro de cadmio al 10 % 3 gotas de K4Fe (CN)6 10%.

TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas. PROCEDIMIENTO I.

Reacciones de Descomposición. a. Se pesa 1 gr. de CaCO 3 y se calienta en un tubo de ensaye con un tubo de desprendimiento doblado en L, colocado en un soporte metálico y sujeto con una pinza universal. b. Se recibe el gas producido (CO 2) introduciendo el tubo de desprendimiento en una solución de Ba(OH)2 al 10 % colocada en un tubo de ensaye. Se observan los cambios producidos y se anotan en la HOJA DE REPORTE.

II.

Reacciones de Sustitución. a. En un tubo de ensaye se colocan 5 ml de H 2S04 al 10 %, y se adiciona a este

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tubo una granalla pequeña de zinc. Se observa y se anotan los cambios en la HOJA DE REPORTE. (Ver figura No. 5) III.

Reacciones de Doble Sustitución a. En un tubo de ensaye se colocan 5 gotas de AgNO 3 al 10 %; se adicionan tres gotas de NaCl al 10 %. Se observa y se anotan los cambios.

IV.

Reacciones de Síntesis. a. Se pesa una porción de 5 cm de cinta de Mg; se calienta directamente en el mechero hasta que reaccione con el oxígeno de! aire. El producto de la reacción se recibe en un vidrio de reloj previamente tarado.

SELECCIÓN DE REACCIONES. 1. Con el óxido de calcio obtenido en el paso numero 1, se realiza la siguiente prueba: Se depositan 0.2 a 0.5 gramos del residuo del tubo calentado, en un tubo de ensaye que contenga 8 mL de agua; se escribe la reacción del sólido con el agua. Se adicionan 3 gotas de Fenolftaleína, se observa cuidadosamente si hay algún cambio y se define a que tipo de reacción pertenece. 2.

En un tubo de ensaye se coloca 1 gr de cloruro de amonio; se humedece un papel tornasol rojo y se coloca en la boca del tubo; se calienta en el mechero, se registra el olor de la sustancia y el vire del papel producida en la reacción. ¿Qué gas se produce? ¿Reacciona con el agua el papel tornasol? En caso afirmativo se anota la reacción que sucede al calentar el cloruro de amonio, ¿a que tipo de reacción pertenece?

3.

En un tubo de ensaye se colocan 5 mL de cloruro de cadmio al 10%; se adicionan 3 gotas de K4Fe (CN)6 10%. Se anotan todas las observaciones y se determina a que tipo de reacción pertenece.

Figura No. 5 Reacción química

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MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS 1. Se recupera la granalla de zinc que no reaccionó con el ácido, ocupada en el punto II, se lava en el agua de la llave, se seca y se entrega al personal del laboratorio. 2. El residuo del tubo empleado en el punto 3 de la sección correspondiente a la Selección de reacciones, se coloca en un frasco rotulado como: Residuo de CdCl2 + K4Fe (CN)6

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HOJA DE REPORTE No. Equipo_____________ OBSERVACIONES: Realice en hoja anexa las observaciones de cada paso Reporte a continuación las reacciones que se llevaron a cabo en cada uno de los incisos, indicando que tipo de reacción se realizó. Inciso

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Reacción

Tipo de Reacción

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PRÁCTICA No. 6 LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA

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OBJETIVO El alumno verificará la ley de la conservación de la materia de Antoine Lavoisier en una reacción química, comparando el peso de las sustancias que reaccionan con el peso de los productos obtenidos.

FUNDAMENTO La Ley de Lavoisier o Ley de conservación de la masa dice que en todas las reacciones químicas, la suma de la masa de los reactivos debe ser igual a la suma de la masa de los productos. Como la masa es debida a los átomos que forman las sustancias, la ley de Lavoisier implica lo siguiente: "Los átomos se conservarán en una reacción química. Es decir, antes de la reacción y después de la reacción, se tendrá el mismo número de átomos de cada uno de los elementos existentes. La única diferencia es que dichos átomos estarán unidos de otra forma".

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. ¿Cómo se espera que sean los pesos en las diferentes etapas de este experimento? ¿Por qué? 2. ¿Se observará diferencia en la temperatura antes, inmediatamente después y 10 minutos después de haberse efectuado la reacción? 3. Investigar las propiedades físicas, químicas y toxicidad de los reactivos empleados en esta práctica.

MATERIAL 1 Matraz Erlenmeyer de 250 mL 1 tubo de ensayo de 10 x 70 mm 1 Tapón de hule monohoradado 1 Termómetro 2 probetas de 25 mL 30 cm de hilo resistente (no muy grueso)

REACTIVOS 20 mL de Solución de AgNO3 0.1 N 4 mL de Solución de HCl 0.1 N

TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas

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PROCEDIMIENTO 1. Se coloca un termómetro en un tapón monohoradado de tamaño suficiente para tapar el matraz Erlenmeyer y que el bulbo quede a una distancia aproximada de 0.5 cm del fondo del matraz. Debe quedar bien ajustado para evitar que haya fugas. 2. Se ata un tubo de ensayo pequeño con un hilo resistente cerca del extremo abierto. 3. Se agregan 20 mL de agua de la llave en el matraz. 4. Se llenan ¾ partes del tubo sujeto con el hilo y se introduce en el matraz Erlenmeyer sujetándolo por el hilo con el tapón que tiene el termómetro y manteniéndolo en forma vertical. Se verifica que el bulbo del termómetro quede sumergido en el agua. 5. Se invierte el matraz con su contenido suavemente y se verifica que no haya fugas. Si las hay, se soluciona el problema. 6. Se destapa el matraz y se desecha toda el agua de la llave. 7. Se enjuaga el tubo, el matraz y el tapón con el termómetro con agua destilada. 8. Se deja escurrir perfectamente todas las piezas enjuagadas. 9. Una vez escurridas, se coloca en el interior del matraz 20 mL de solución de nitrato de plata al 1 %. (Precaución: Esta solución produce manchas indelebles de color café si se pone en contacto con la piel o con cualquier superficie). 10. Se llenan ¾ partes del tubo de ensayo con solución de ácido clorhídrico al 10 % e se introduce en el matraz erlenmeyer sujetando el hilo con el tapón que tiene el termómetro y manteniendo el tubo en forma vertical. 11. Se pesa en la balanza el matraz con todo su contenido y accesorios (Sistema experimental) y se anota cuidadosamente el dato. Se mide la temperatura y se anota. 12. Se levanta el matraz, y sosteniendo el tapón firmemente, se invierte sobre el lavabo con el fin de que se mezclen las soluciones y se lleve a cabo la reacción. Se repite la operación suavemente 1 o 2 veces más. 13. Se toma la temperatura inmediatamente y se pesa enseguida el sistema experimental, anotando ambos datos. 14. Se coloca el matraz sobre la mesa, se dejan transcurrir 10 minutos, se pesa nuevamente el matraz y se mide la temperatura. Se anotan los datos en el cuadro de resultados de la HOJA DE RESULTADOS

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Figura No. 6. Dispositivo para determinar la conservación de la materia

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS El contenido del matraz Erlenmeyer donde se llevó a cabo la reacción se depositan en un frasco rotulado de la siguiente manera: Residuos de AgCl + HNO3 + H2O

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HOJA DE RESULTADOS No de equipo_______________ OBSERVACIONES

CUADRO DE RESULTADOS Etapa medida

Peso

Temperatura

Sistema experimental con los reactivos Sistema experimental con los productos Sistema experimental 10 minutos después de la reacción

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Práctica No. 7 MODELOS ATÓMICOS CUÁNTICOS

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OBJETIVO Desarrollar la imaginación para representar los modelos cuánticos correspondientes a los átomos de Hidrógeno, Helio, Litio, Berilio, Boro, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Fluor, Neón. FUNDAMENTO El modelo atómico moderno fue desarrollado gracias a los trabajos realizados por muchos científicos, entre ellos Erwin Schrödinger, Niels Bohr, Luis de Broglie, Werner, Heisenberg, Sommerfield y algunos otros. Merced a sus aportaciones se desarrolló el modelo atómico de la mecánica cuántica ondulatoria, que supone al átomo con una naturaleza dual, es decir, como partícula y onda. El modelo atómico representa a los electrones por medio del uso de los números cuánticos: n, l, m, s, complementando la representación del modelo matemático a través del uso de los llamados subniveles de energía: s, p, d, f. La teoría cuántica ondulatoria del átomo nos proporciona una representación de éste en forma tridimensional, en los ejes x, y, z en donde los reempes adquieren ciertas formas espacio-energéticas alrededor del núcleo. CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Describir el modelo del átomo que le toque realizar a cada equipo, señalando sus características estructurales. 2. Mencionar que otro nombre que recibe el orbital 3. ¿Cuál es la máxima cantidad de electrones que admite un orbital?

MATERIAL Varillas de alambre de cobre de 2 mm de Ф y de 30 cm de largo. Esferas de unicel de 3 y 5 cm de Ф Ovoides de unicel de 8 cm de Ф mayor y 7 cm de Ф menor Frascos de pintura de agua: roja, amarilla, azul, verde, violeta y blanco 2 Pinceles Espátula Resistol blanco Base de madera adecuado al tamaño del modelo atómico realizado Bolsa mediana de polietileno para la basura. H. Academia de Química

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TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas

PROCEDIMIENTO 1. Se elaborará el modelo atómico cuántico de los elementos que la docente le asigne a su equipo de trabajo. 2. Se diseñará entre todos los miembros del equipo la estructura probable de los átomos que les fueron asignados siguiendo las sugerencias que se dan a continuación. a. Se insertan en la esfera de 3 cm de diámetro las tres varillas para representar los ejes X, Y, Z. Esta esfera representará el primer orbital (1s) y se deberá pintar con la pintura roja (para el H se pintará sólo la mitad). b. Se parte a la mitad y se ahuecan ambas partes de la esfera de 5 cm de diámetro empleando la espátula, (esta maniobra se realizará dentro de la bolsa de plástico para evitar la dispersión de las partículas de unicel). Esta esfera representará el segundo orbital (2s) y se deberá pintar con pintura amarilla (Para el átomo de Be se pintará la mitad en forma horizontal.) c. Se parte una de las dos partes a la mitad (se obtendrá ¼ de la esfera) y se insertarán la mitad entera y el ¼ de la esfera amarilla hueca, en el modelo que se está armando, cubriendo parcialmente la esfera roja que deberá quedar en el centro y que debe verse dentro de la cavidad amarilla. d. Si el modelo atómico requiere representar los orbitales 2p, se utilizarán los ovoides de unicel, uniéndolos según la figura 7 e. Se pintarán de la siguiente manera, el eje px de color verde, el eje py de color azul y el eje pz de color violeta. Cada uno de ellos se insertará en el alambre respectivo según el eje correspondiente. f. Si el orbital 2p del modelo que se tiene que armar tiene dos electrones pintar los 2 ovoides por completo. Si sólo tiene un electrón, pintar los 2 ovoides a la mitad en forma longitudinal. g. Se ensambla el modelo atómico realizado en la base de madera previamente pintada de blanco, utilizando la varilla que representa el eje Y. Se escribe en la base el nombre del átomo representado y el equipo que elaboró el modelo.

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Figura No. 7. Orbitales px, py, pz

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS Recoger cuidadosamente todos los residuos de unicel dentro de una bolsa de polietileno y depositarla en los botes de basura.

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PRÁCTICA No. 8 PERIODICIDAD QUÍMICA

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OBJETIVO Conocer detalladamente la distribución periódica de los elementos, investigando todos los datos que debe contener una tabla periódica y participar en el concurso de tablas periódicas elaboradas por cada uno de los equipos de laboratorio, de acuerdo a su creatividad y a sus posibilidades económicas.

FUNDAMENTO La ley periódica indica que si se ordenan los elementos conforme aumenta su número atómico, se encuentran en forma periódica elementos con propiedades físicas y químicas similares.

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. Que nombre reciben las filas verticales y horizontales de la tabla periódica. 2. Señala cuáles son los bloques s, p, d, f de la tabla periódica. 3. Cuales son los grupos de elementos que se conocen como elementos representativos. 4. Cuáles son los grupos de elementos que se conocen como elementos de transición. 5. Que otro nombre reciben los elementos de transición interna. 6. Enumera los elementos no metálicos. 7. Enumera los elementos que se consideran como semimetales o metaloides. MATERIAL Computadora Compact Disc

TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas

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PROCEDIMIENTO 1. Se realizará la investigación necesaria con el fin de conocer todas las características de una tabla periódica. 2. Se construirá por equipo en la computadora una tabla periódica en una hoja tamaño carta, se deberá imprimir y entregar, de preferencia a colores. La elaboración de la tabla deberá tener alguna característica innovadora o creativa. Deberá llevar el número del equipo y el nombre de los responsables del trabajo en un recuadro fuera del área correspondiente a la distribución de los elementos. 3. Otra opción del trabajo será la elaboración de la tabla periódica con algún recurso multimedia que proporcione movimientos, ligas o vínculos hacia la información necesaria. En este caso se entregará el archivo electrónico en un CD debidamente rotulado con el título Tabla Periódica, el número del equipo, la carrera y la fecha. 4. No deberán haber tablas periódicas obtenidas de Internet. Se anularán estos trabajos. 5. No deberán presentarse dos tablas periódicas idénticas entre los equipos. (Esto no se refiere al tipo de letra, sino al estilo o creatividad de la tabla).

Figura No. 8. Tabla periódica

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS En esta práctica no se generan.

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PRÁCTICA No. 9 ENLACE METÁLICO

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OBJETIVO Demostrar por medio de la experimentación la presencia de las fuerzas de cohesión que mantienen unida a la red cristalina del enlace metálico. Entender que la existencia de electrones libres en toda la estructura da origen a las propiedades comunes de los metales.

FUNDAMENTO Enlace metálico. Los átomos de los elementos metálicos se caracterizan por tener pocos electrones de valencia (electrones de la última capa). No pueden formar enlaces covalentes, pues compartiendo electrones no pueden llegar a adquirir la estructura de gas noble. La estabilidad la consiguen de otro modo, los electrones de valencia de cada átomo entran a formar parte de "un fondo común", constituyendo una nube electrónica que rodea a todo el conjunto de iones positivos, dispuestos ordenadamente, formando un cristal metálico. Este tipo de enlace es el responsable de las propiedades características de los metales, las cuales son las siguientes: 

Alta conductividad térmica y eléctrica, los electrones pueden moverse con libertad por la nube electrónica.



Son dúctiles (factibles de hilar) y maleables (factibles de hacer láminas), su deformación no implica una rotura de enlaces ni una aproximación de iones de igual carga, como ocurría en los compuestos iónicos por ejemplo.



Los puntos de fusión son moderadamente altos, la estabilidad de la red positiva circundada por la nube de electrones es alta.

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. ¿Cuáles son las diferencias entre las propiedades de los metales y los no metales? 2. ¿Qué es la corriente eléctrica? 3. ¿Cuál es la diferencia entre maleabilidad y ductibilidad?

MATERIAL Medidor de la conductividad térmica Probador de la conductividad eléctrica 1 Lija para metal 3 hojas de papel milimétrico 1 Cronómetro o reloj con segundero 1 martillo H. Academia de Química

REACTIVOS 1 Cristal de yodo Los alumnos traerán por equipo: Objetos de oro, plata y níquel Alambres gruesos de Cu, Al, Zn, Fe y Sn 1 Trozo de carbón 1 trozo de azufre 55

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TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas PROCEDIMIENTO I CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 1.1 Se toma el medidor de la conductividad térmica y se oprime entre los dedos índice y pulgar de la mano derecha el punto central del sitio donde convergen los metales, donde se observa un pequeño círculo. 1.2 Un compañero del equipo se dispondrá a medir, con un cronómetro o un reloj con segundero, el tiempo de la conductividad térmica. 1.3 Se introduce el extremo libre de uno de los metales del medidor en la flama del mechero al tiempo en que se acciona el cronómetro. 1.4 Se mide el tiempo en segundos en que sienta que llega el calor. 1.5 Se registra el tiempo en la bitácora de laboratorio identificando cuidadosamente el metal examinado. 1.6 Se deja enfriar el metal y se repite la medición con el mismo metal para comprobar el dato. 1.7 Se deja enfriar el medidor y se repiten los puntos del 1.1 al 1.5 con los otros metales. 1.8 Se ordena los metales según sus tiempos señalando en primer lugar el que tiene la mayor conductividad térmica (el que registró el menor tiempo), y consecutivamente a todos los demás. II. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA 2.1 Utilizando el probador de la conductividad eléctrica empleado en la práctica No. 3, se medirá la conductividad eléctrica de las diferentes muestras metálicas (Ver figura No. 9) y de las muestras no metálicas. 2.2 Se deben lijar las superficies de las muestras metálicas, para eliminar el óxido superficial si lo tienen. 2.3 Se sujetan los cables del probador con ambas manos por la parte recubierta y con protección aislante, se retira ésta y sin soltar los cables se solicita a un compañero que conecte la clavija a una toma de corriente de 110 volts. 2.4 Se verifica que el foco enciende, uniendo las puntas metálicas descubiertas. 2.5 Si el foco prende, se separan las puntas y se tocan con ambas, sin unirlas, la superficie de cada uno de los metales de prueba. Se anotar las observaciones,

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señalando el grado de intensidad de la luz que se obtiene en el foco con cada uno de los metales: Muy intenso, intenso medio y poco intenso. 2.6 Se prueba la conductividad de los no metales Carbono, Azufre y Yodo tocando la superficie de estos materiales para compararlos con los metales. III. MALEABILIDAD Y DUCTIBILIDAD Se mide con exactitud de milímetros la longitud (L1) y la anchura (A1) de los alambres de cobre, aluminio, zinc, fierro y estaño que se probarán y se anotan cuidadosamente los datos en la bitácora, identificando cuidadosamente el metal correspondiente. Sobre una roca, o un block de cemento, se golpea con un martillo cada uno de los alambres hasta notar su deformación. (No lo haga sobre las mesas de trabajo ni en el piso del laboratorio). Mida nuevamente la longitud (L2) y la anchura (A2) de sus muestras. Obtenga el aumento de la longitud (L3) = (L2 – L1) y de la anchura (A3) = (A2-A1) de cada una de las muestras y registre sus datos. Determine la maleabilidad de sus muestras: Maleabilidad = L3 x A3 La ductibilidad de sus muestras está dado por el aumento de la longitud (L3). Registrar los datos en el cuadro de resultados en forma ordenada.

HOJA DE RESULTADOS H. Academia de Química

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No de equipo_________________

Conductividad térmica Lugar Elemento 1° 2° 3° 4° 5°

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Conductividad eléctrica Lugar Elemento 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° |0° 11° 12°

Maleabilidad Lugar

1° 2° 3° 4° 5°

Elemento

Ductibilidad Lugar

Elemento

1° 2° 3° 4° 5°

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Aluminio

Cobre

Estaño

Zinc

Hierro

Figura No. 9. Diversos metales.

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS Se recogen todos las muestras metálicas y se desechan en la basura o se transportan fuera del laboratorio. Los residuos de las muestras no metálicas, carbono, azufre y yodo se colocan en frascos rotulados respectivamente. |

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PRÁCTICA No. 10 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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OBJETIVO Manejar algunos métodos físicos de separación de mezclas, tales como: decantación, filtración, absorción y destilación, mismos que son de utilidad, para la purificación de aguas residuales industriales o domesticas.

FUNDAMENTO El objetivo principal en el tratamiento de aguas residuales es impedir que las bacterias y virus de los desechos humanos infecten a la población. Además, el agua de alcantarillado contiene otros materiales indeseables entre ellos restos de basura, agua de lavado usada, desperdicios de mataderos y de plantas de empacado de alimentos, así como disolventes orgánicos y productos químicos de desecho provenientes de viviendas, comercios e industrias. El tratamiento de las aguas de desecho se aplica a las aguas negras, o a las aguas que se han utilizado en operaciones industriales. Las aguas negras municipales reciben un tratamiento primario para remover los desperdicios insolubles, la grasa y otros materiales. Un tratamiento secundario consiste en la aireación de las aguas negras para fomentar el crecimiento de microorganismos que se alimenten de los compuestos orgánicos presentes en las aguas negras. El agua también es sometida a un proceso de demanda bioquímica de oxígeno (DBO) después del tratamiento. Sin embargo, puede contener muchas sustancias tóxicas para la vida acuática o para los seres humanos, y también provocar un crecimiento excesivo de algas en las aguas naturales y los ríos y lagos. Las sustancias que se quedan en el agua después del tratamiento secundario, pueden eliminarse mediante un proceso adicional que se conoce como tratamiento terciario, con el propósito de eliminar los componentes orgánicos, los nutrientes como iones fosfato y nitrato y cualquier exceso de sales minerales. El objetivo principal del tratamiento terciario es que el agua sea tan pura como sea posible antes de devolverla al medio ambiente. El 30% de las aguas negras (residuales, o de desecho) reciben sólo el tratamiento primario; el tratamiento secundario, alrededor del 60%. Pocas veces se aplica el tratamiento terciario a las aguas residuales por ser muy costoso. El agua tratada puede ser usada para el riego de hortalizas, pero no para el consumo humano.

CUESTIONARIO DE PRELABORATORIO 1. ¿Qué propiedades debe tener las sustancias para que puedan ser separadas por decantación? 2. ¿Cuál es el propósito de pasar la muestra a través de arena y grava? H. Academia de Química

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3. Investigue cómo se obtiene el carbón activado. MATERIAL 1 embudo de separación 2 soportes metálicos anillo metálico 1 probeta 100ml 3 vasos de precipitado 250ml 1 vaso de precipitado de 50 mL Potenciómetro / conductímetro Papel pH 2 vasos de unicel 1 Clip metálico Embudo de filtración Papel filtro Termómetro Matraz balón de 250 mL esmerilado Conexión (cabeza) de destilación Conexión para termómetro Refrigerante esmerilado Codo de desprendimiento (alargadera) 2 Pinzas de tres dedos 2 Matraces erlenmeyer de 250 mL 6 Perlas de ebullición Parrilla eléctrica (Placa calefactora)

REACTIVOS Arena lavada Gravilla lavada Carbón activado 100 ml de agua residual Agua destilada Jabón desengrasante

TIEMPO PARA EL DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Dos horas PROCEDIMIENTO 1. Se examinan las principales propiedades de la muestra: color, olor, transparencia, pH, presencia de sólidos o zonas aceitosas. Se comparan con las propiedades del agua potable y del agua destilada. Se anotan las observaciones en la sección “antes del tratamiento” en la tabla de resultados. 2. Se emplearán cuatro técnicas para purificar el agua: a). Decantación, separación de agua y aceite. b). Filtración con arena-grava. c). Adsorción/filtración con carbón (Desodorización). d). Destilación (Purificación). H. Academia de Química

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a) Decantación, separación de agua y aceite 1. Se coloca un embudo de separación en un anillo sujeto a un soporte metálico. 2. Se homogeneiza la muestra de agua residual y se miden en una probeta 100 mL de forma rápida. 3. Se vacía la muestra en el embudo y se deja reposar unos segundos, hasta que sobrenade la parte aceitosa (unos golpes ligeros pueden ayudar a que las gotas de aceite floten libremente). 4. Se abre con cuidado la llave del embudo para vaciar la capa inferior en un vaso de precipitado de 250 ml. Cuando haya terminado de salir, se cierra la llave rápidamente. 5. Se vacía la capa restante en un vaso de precipitados de 50 mL (la fase aceitosa). 6. Se desecha la capa superior de acuerdo a las instrucciones del manejo de residuos. 7. Se observan las propiedades del agua del vaso de 250 mL, se mide el pH, el volumen, se determina la conductividad eléctrica y se anotan los datos en la tabla de resultados en la sección correspondiente al agua decantada. 8. Se lava el embudo con jabón y agua abundante.

b) Filtración con arena 1.

Con un clip desdoblado, se hacen pequeñas perforaciones en el fondo de un vaso de unicel.

2.

Se coloca en el vaso una capa de grava lavada prehumedecida, después una capa de arena lavada prehumedecida y al final otra capa de grava lavada prehumedecida como se muestra en la figura 10, (la grava del fondo impide que la arena salga por las perforaciones; la grava de la parte superior evitará que la arena se agite al verter la muestra), ver figura 10-a.

3.

Se vierte en el vaso, con cuidado, la muestra por filtrar.

4.

Se recibe el agua filtrada en un vaso de precipitados limpio. Se observan las propiedades del agua obtenida, y se anotan los resultados en la tabla en la sección correspondiente al agua filtrada. Se guarda la muestra para el siguiente paso.

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c) Desodorización por Adsorción/filtración con carbón activado 1. Se dobla un papel filtro y se coloca en un embudo de filtración, humedeciéndolo ligeramente con agua destilada. 2. Se coloca el embudo en un anillo metálico (de tal forma que el tallo del embudo penetre 2-3 cm en un vaso de precipitados de 250 mL limpio y seco) 3. Se coloca una cucharada de carbón en un matraz Erlenmeyer de 125ml o 250 ml, y se vierte la muestra de agua filtrada en el matraz, agitando vigorosamente; enseguida, vaciar lentamente una porción del líquido a través del papel filtro. 4. Una vez que el agua se filtra, se adiciona otra porción de líquido procurando conservar el nivel del líquido por debajo del borde superior del papel filtro (para que el líquido no fluya entre el papel y el embudo); se continúa agregando porciones hasta terminar todo el volumen. 5. Si el filtrado se ve oscuro, debido a pequeñas partículas de carbón, se vuelve a filtrar el líquido; cuando la apariencia y el olor de la muestra de agua purificada sean los satisfactorios, se mide el volumen con una probeta graduada. Se observan sus propiedades; se mide el pH, la conductividad y se anotan los datos en la tabla, en la sección correspondiente al agua desodorizada.

d) Purificación por Destilación 1.

Se arma un equipo de destilación (Ver figura 10-c), y se coloca en el matraz destilador una solución de muestra de agua desodorizada; se agregan unas perlas de vidrio para regular la ebullición.

2.

Se coloca el codo de desprendimiento (alargadera) en el interior de un matraz erlenmeyer colocado dentro de un baño de hielo; se calienta suavemente, registrando la temperatura cada 3 minutos; cuando empiece a recogerse el destilado se desechan los primeros 5 mL, y se recoge el resto del líquido que se obtiene hasta que la mayor parte de la muestra del matraz de destilación se haya evaporado.

3.

Se construye una gráfica de temperatura contra tiempo, y se identifica el punto de ebullición del agua.

4.

Se mide el pH y la conductividad eléctrica de la muestra de “agua purificada” y se anotan los datos en la tabla de datos; medir también el pH y la conductividad de una muestra de agua destilada de la que se encuentra en el laboratorio y del agua de la llave para establecer comparaciones.

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Grava, 1 cm Arena, 1 cm Grava, 1 cm Figura No.10-a. Distribución de las capas filtrantes

Figura No. 10-b. Filtro de una planta de tratamiento de agua

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Figura 10-c. Equipo para destilación.

Detalle de las conexiones

MANEJO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS Al residuo aceitoso del primer paso se le agrega solución jabonosa y puede desecharse en el drenaje. El vaso de unicel con la grava y la arena puede depositarse en el bote de la basura. El papel filtro con el carbón activado puede depositarse también en el bote de la basura. El residuo de agua que queda en el matraz de destilación puede vaciarse en el drenaje. El agua tratada puede desecharse en el drenaje después de efectuarle las diferentes mediciones finales.

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No de equipo_____________ OBSERVACIONES: Realice en hoja anexa las observaciones paso a paso de su práctica Realice también en hoja anexa su gráfica de temperatura vs volumen de agua destilada

TABLA DE RESULTADOS H2O Residual

Color

Transpare ncia

Olor

Presencia Presenc Volume de sólidos ia de n aceite

PH

Conducti vidad

Agua antes del tratamiento Agua decantada Agua filtrada Aguja desodorizad a Agua purificada Agua destilada Agua de la llave

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CONCLUSIÓN Las prácticas realizadas en este manual permiten a los alumnos tener un panorama global de los conceptos más importantes que se estudian en el programa de la experiencia educativa de la Química Básica al comprobar en forma experimental la concordancia de la teoría y la práctica. Se tratan aspectos tanto de estructura atómica, estructura molecular y diversas propiedades periódicas de los elementos. Al mismo tiempo se tiene la experiencia de algunas reacciones químicas básicas y la aplicación de algunos procesos básicos en la remediación de problemas de tipo ambiental al poder recuperar agua limpia de una muestra residual contaminada al desempeñar labores domésticas. La disposición de los residuos y subproductos contribuye a despertar la conciencia del estudiante en cuanto al cuidado que se debe tener al manejar las diversas sustancias en el laboratorio, pero que se encuentran en la vida cotidiana.

BIBLIOGRAFÍA 1. OROZCO D. Fernando. (1990). Análisis Químico Cuantitativo. Editorial Porrúa, S. A. México. 2. AYRES Gilbert H. (2001). Análisis Químico Cuantitativo. Editorial Harla. México. 3. CRUZ-Garritz Diana, CHAMIZO J. A., GARRITZ Andoni. (1991). Estructura atómica. Un enfoque químico. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana.. U. S. A. p. 701 4. HUHEEY James E., KEITER Ellen A., KEITER Richard L. (2003). Química Inorgánica. Principios de estructura y reactividad. Ed. Oxford University Prese. México. 5. WHITTEN K. W. , GAILEY K. D., RAYMOND E. D. (1992). Química General. Ed. McGraw Hill. 2a. Ed. México. p. 137 6. BRESCIA Arents. Fundamentos de Química. Método de Laboratorio Químico. 7. HESS. Química General Experimental. Manual de Laboratorio. 8. PARRY. Fundamentos experimentales. Manual de Laboratorio. 9. SEMISHIN Vladimir. Moscú.

Prácticas de Química General Inorgánica. Editorial Mir

10. NUFIELD N. F. Foundation. Química. Colección de experimentos. Editorial Reverté, S. A.

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Manual elaborado por: M. en C. Mirza Ema Ye Gómez Por encargo de la H. Academia de Química Facultad de Ciencias Químicas Campus Coatzacoalcos. Junio de 2009

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