Manual Lab Oratorio QUI101 Primavera 2009

8/4/2019 Manual Lab Oratorio QUI101 Primavera 2009

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Universidad Andrs BelloFacultad de Ecologa y Recursos Naturales

Departamento de Ciencias Qumicas

MANUAL DE LABORATORIOQumica General

QUI 101

Revisado por:

Coordinadores de Qumica del departamento de Ciencias Qumicas

Dr. William Tiznado Vsquez, [email protected]. Andrs Olea Carrasco, [email protected]. Betzabe Acevedo Pizarro,[email protected]

Agosto de 2009
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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Manual de laboratorio de Qumica General. QUI 101. Semestre Primavera 2009. 2

TABLA DE CONTENIDOQUI 101, 2009/2

Seguridad en el laboratorio 3

Normas generales de trabajo en el laboratorio 6

Pauta general para elaboracin de informe de laboratorio 7

Materiales y Equipos de laboratorio 9

Laboratorio No. 1. Mediciones gravimtricas y volumtricas 10

Laboratorio No. 2. Dimensiones moleculares, estimacin del Nmero de Avogadro 17Laboratorio No. 3. Reacciones, frmulas, y nomenclatura 21

Laboratorio No. 4. Electrolitos y reacciones netas 25

Laboratorio No. 5. Diferencia entre cidos fuertes y dbiles. Determinacin de la

concentracin de H+32

Laboratorio No. 6. Regulacin depH. Soluciones amortiguadoras 39

Laboratorio Recuperativo: Titulacin de un cido fuerte con una base fuerte 42

Anexo I. Tratamiento de datos experimentales. 45

Anexo II. Elaboracin de grficos y anlisis de regresin. 51

Anexo III. Ecuaciones cuadrticas. 53

Unidades SI bsicas. Prefijos usados con unidades SI 54

Bibliografa 55


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SEGURIDAD EN EL LABORATORIOLa qumica es esencialmente una disciplina experimental y su enseanza implica, por tanto,la realizacin de experiencias que ayuden a la comprensin de los conocimientos tericos

adquiridos en las aulas. Los experimentos qumicos se realizan en un lugar especialacondicionado para este efecto que se denomina laboratorio. El laboratorio qumico puedeser un lugar potencialmente peligroso, dado que para su funcionamiento cuenta conmaterial de vidrio frgil, aparatos elctricos y electrnicos, compuestos qumicoscorrosivos y/o txicos, lquidos inflamables, mecheros, etc. Sin embargo, si se toman lasprecauciones debidas y se siguen los procedimientos de seguridad adecuados, el trabajo enel laboratorio no involucra riesgos mayores. Por lo tanto, la seguridad personal y del grupode trabajo depende, en gran parte, del conocimiento que se tenga de los posibles peligros yde las precauciones adecuadas que se deben adoptar para evitarlos o reducirlos al mximo.Los peligros ms comunes en el laboratorio qumico pueden ser clasificados en trescategoras, de acuerdo a los agentes que los causan:

A. Fuego y explosinB. QumicoC. Material de Vidrio

A. PRECAUCIONES PARA EL FUEGO Y EXPLOSIN

a) Evitar mantener mecheros encendidos sin necesidad.b) Si se usan mecheros observar las siguientes precauciones: nunca calentar un lquido

inflamable en un recipiente abierto, es decir, slo se deber usar mechero cuando elrecipiente est provisto de un condensador. En caso contrario, usar bao de agua

caliente o calentador elctrico.c) En una destilacin asegurar una buena refrigeracin en el condensador.d) Nunca traspasar lquido inflamable de un recipiente a otro cerca de una llama.e) No dejar gotear destilados inflamables o recipientes separados del refrigerante. Use

un adaptador.f) No calentar baos de aceite a elevadas temperaturas.g) Nunca calentar un aparato cerrado hermticamente aunque utilice un refrigerante

puesto. Al aumentar la presin puede producir una explosin.h) Si se va a efectuar una reaccin exotrmica, preparar un bao de hielo o de agua y

tenerlo a mano, de forma que ste pueda ser usado en caso de que la reaccin escapede su control por excesivo aumento de temperatura.

i) Identificar el lugar donde se encuentran los extintores y asegurarse de conocer sufuncionamiento.

j) No abandonar su puesto de observador cuando est efectuando una reaccin queimplique riesgos de inflamacin o explosin.

B. PRECAUCIONES QUMICAS


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a) Evite el contacto directo de la piel con compuestos qumicos: los materiales slidos

deben transferirse con esptulas u otros utensilios apropiados. Si algn compuestotoca la piel, lavarse inmediatamente con abundante agua y jabn.

b)

Preguntar al profesor si se tienen dudas en cuanto a la toxicidad de los compuestosqumicos. Tener especial cuidado de que las heridas no estn en contacto concompuestos qumicos.

c) Nunca usar solventes orgnicos, tales como acetona o alcohol, para lavarcompuestos orgnicos depositados en la piel, puesto que tales solventes aumentan laabsorcin del producto. Siempre lave sus manos al final del trabajo experimental.

d) Nunca debe probar (o degustar) productos qumicos.e) Evitar la inhalacin de humos o vapores de compuestos orgnicos y solventes tanto

como sea posible. Aunque el olor de los compuestos es, a menudo, criterio deidentificacin de sustancias, debe ser discreto al efectuar dicha operacin. Cabehacer notar que algunos compuestos son irritantes sin ser txicos.

f)

El laboratorio debe estar bien ventilado cuando se trabaje con sustancias voltiles ensistemas abiertos. En este caso es preferible trabajar en campana.g) Si en una reaccin se producen gases nocivos (HCl, HCN, H2S, etc.), debe trabajar

en campana con una trampa de gases en el sistema.h) Recuerde lavar el material inmediatamente despus de haber sido usado.

C. PRECAUCIONES PARA EL MATERIAL DE VIDRIO

a) La regla fundamental con material de vidrio es: no aplicar nunca presionesindebidas o forzar las piezas de vidrio. Esta regla se aplica a la colocacin determmetros o tubos de vidrio en tapones de goma, mangueras o corchos comunes.

b) Al introducir un tubo de vidrio en un corcho perforado es conveniente que ste seencuentre lubricado. Adems, protjase con un pao al tomar el vidrio de la partems cercana al corcho.

c) Estos peligros disminuyen en gran medida, cuando se trabaja con materialesesmerilados. Si se usa material esmerilado, es importante que las uniones estnlubricadas apropiadamente. Se entiende por una buena lubricacin, el aplicar unadelgada capa de grasa en dos puntos opuestos y en el tercio superior de la uninmacho, y luego rotar las partes para lubricar la superficie de las uniones, con undelgado revestimiento.

d) El material de vidrio debe ser lavado inmediatamente despus de su uso. Lamayora de los residuos pueden ser removidos con detergente y agua. Nunca botar

los slidos a los lavatorios; los slidos deben ser desechados en recipientesespeciales. Los solventes deben ser vertidos en botellas que para este efectodispondr en el laboratorio.

PROCEDIMIENTOS EN CASO DE ACCIDENTE


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En caso que ocurra un accidente, por no seguir las normas de seguridad recin descritas, sedeben seguir las siguientes instrucciones. Los accidentes se clasifican tambin de acuerdoal agente que los produce.

FUEGO

a) La primera reaccin deber ser alejarse del peligro. Avisar inmediatamente al profesor. Para ayudar a prevenir la propagacin del fuego, alejar todos losrecipientes de solventes inflamables de las zonas afectadas y apagar los mecheros.Para una mayor eficiencia en el uso del extinguidor, dirigir la boca de ste hacia labase de las llamas. Si se incendia la ropa no correr, ya que los movimientos rpidosactivan el fuego. Rodar por el suelo para sofocarlo y cuidar de que ste no alcancela cabeza.

b) Los compaeros pueden ayudar a extinguir el fuego usando las mantas de asbestodisponibles, delantales, etc.

c)

No titubear en ayudar a un compaero envuelto en tal emergencia, puesto que unospocos segundos de retardo pueden agravar seriamente las lesiones producidas.d) Si las quemaduras son leves, aplicar un ungento adecuado. En caso de quemaduras

serias, no aplicar ningn tipo de ungento, sino procurar un tratamiento mdico almomento (Posta Central).

QUEMADURAS QUMICAS

a) El rea de la piel afectada por este tipo de quemaduras debe ser lavadoinmediatamente con agua y jabn. Si la quemadura es leve aplicar ungento, y paraquemaduras ms serias acuda al mdico.

b) Si reactivos corrosivos o calientes caen en los ojos, lavarlos inmediatamente conabundante agua y enseguida con suero fisiolgico que el laboratorio dispone. Nodebe tocar los ojos. El prpado y el globo del ojo deben lavarse con agua pormuchos minutos. Vaya al mdico tan pronto como sea posible.

CORTADURAS

a) Las cortaduras leves deben tratarse con los procedimientos conocidos de primerosauxilios. Si la cortadura indica que ha sido daada una arteria, aplicar torniquetesjusto antes de la lesin.

b) Cualquier persona afectada que deba acudir al mdico rpidamente, debe ir

acompaada, aunque el paciente no lo estime as. Personas en estado de shock,especialmente despus de sufrir quemaduras, estn a menudo ms graves de lo queparece.


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NORMAS GENERALES DE TRABAJO EN ELLABORATORIO

1. Todo equipo armado por l (o los) estudiante deber ser revisado por su profesorantes de ser usado.

2. Los reactivos de uso general debern permanecer en los lugares asignados a ellos.

3. Todo reactivo, luego de ser usado, deber permanecer tapado.

4. Los desechos slidos no deben vaciarse en los lavatorios o desages; habr

depsitos especiales para ellos.

5. Las mezclas de lquidos o solventes no recuperables debern guardarse en frascos

especialmente rotulados.

6. Si se necesita trasvasijar en producto slido, deber utilizar esptula fina o gruesa,

segn sea el caso. Nunca use las manos directamente.

7. Antes de utilizar cualquier material, asegrese de su limpieza.

8. Las balanzas deben permanecer limpias y sin tara. Su utilizacin exige proteccin

del plato (utilizar vidrio de reloj).


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PAUTA PARA CONSTRUIR SU INFORME DELABORATORIO

En ste curso, como en los futuros aos en que usted estudie Qumica, debe usar sucuaderno de laboratorio como una ayuda importante en su trabajo de investigacin. En l,debe anotar toda la informacin relativa al trabajo realizado en una forma clara, ordenada ylegible. Para sacar el mximo provecho de los datos puestos en su cuaderno aconsejo lassiguientes normas:

a) El informe ser realizado al trmino del laboratorio bajo la supervisin del Profesory/o Ayudante. Para ello se le entregar una pauta, la cual debe ser completada ydesarrollada en base a los datos y observaciones realizadas por el grupo de trabajo.

b) Anotar fecha y nombre del experimento. Luego anotar los datos experimentales tanpronto como sea posible, ojal despus de hacer la observacin.

c) Registre claramente los datos obtenidos y si es posible construya una Tabla deDatos, para mayor claridad.

d) Indique las operaciones realizadas, con detalles. Si se hicieron modificaciones,deber incluirlas.

e) Anote las conclusiones y comentarios pertinentes. Si obtiene un (o ms) dato(s)numrico(s) interprtelo(s) a la luz de sus observaciones experimentales. Para hacer

ms rica su discusin compare este dato con datos bibliogrficos de referencia.Busque en Handbooks, libros o Internet toda informacin que le pueda ser til paracomplementar su discusin.

En cada informe usted debe incluir una portada en la cual se destaquen claramentelos siguientes datos: el nombre y nmero del prctico realizado, la seccin delaboratorio respectiva, el profesor de la seccin que corresponde y los integrantes delgrupo de trabajo.


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MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO


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MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO


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LABORATORIO N 1

MEDICIONES GRAVIMETRICAS Y VOLUMTRICAS

INTRODUCCIN

En los experimentos qumicos se realizan mediciones de distinta naturaleza y con diversosinstrumentos. Las mediciones ms comunes son las que permiten determinar la cantidad de

una sustancia expresada en unidades de peso o volumen, gravimetra y volumetrarespectivamente. Estas mediciones, al igual que todas, tienen siempre asociado un error queafecta el resultado final del experimento. El origen de los errores se debe a la imposibilidadde obtener medidas exactas, ya que los aparatos de medicin no son absolutamenteperfectos y nuestros sentidos tienen una capacidad de percepcin limitada.Por lo anterior los nmeros obtenidos a travs de mediciones, son siempre inexactos.Entonces nuestro trabajo consiste en cuantificar el error, en ningn caso ignorarlo.En el anexo de esta gua se hace un tratamiento adecuado del manejo de error, as como elmanejo correcto de cifras significativas. Tambin esta presente el trabajo de grficos queusted deber estudiar para el desarrollo ptimo de este trabajo prctico.

Masa y Peso

La masa de un cuerpo es una propiedad caracterstica del mismo, y es una medida de lacantidad de materia que lo compone. La unidad SI para la masa es el kilogramo (kg).

El peso de un cuerpo es la fuerza que su masa ejerce por efecto de la gravedad. De acuerdoa la primera ley de Newton la fuerza es el producto de la masa por la aceleracin. En laTierra la aceleracin de gravedad es 9,79 m/s2. El peso se mide en Newtons (N), kg-fuerza,dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc.El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatosutilizados para medir pesos (bsculas, balanzas), tienen sus escalas graduadas en kg en

lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningn problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto,una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg-Fuerza. Sin embargo,la misma persona en la Luna pesara solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguira siendo de60 kg.


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Volumen

El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa, y que no puede serocupado por otro cuerpo, ya que los cuerpos son impenetrables.El volumen, como la masa, puede medirse en muchas unidades, sobre todo dependiendo dela nacin o la comarca en la que se vive. En el Sistema Internacional (SI) el volumen semide en metros cbicos (m3), y representa el volumen de un cubo que mide 1 m por cadalado. En qumica se usan unidades ms pequeas como el centmetro cbico (cm3). Otraunidad de volumen muy utilizada es el litro L, el cual equivale a un decmetro cbico(dm3). En un litro hay 1000 mililitros (mL), y cada mL representa el mismo volumen de uncm3.

Densidad

La densidad es una propiedad de la materia que se define como la razn entre la masa de un

cuerpo y el volumen que ocupamasa

densidadvolumen

=

Las densidades de slidos y lquidos se expresan en gramos por centmetro cbico (g/cm3)o bien gramos por mililitro (g/mL).La densidad de un cuerpo est relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotar sobreotra si su densidad es menor. La madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella.Esto se debe a que el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad dela madera es menor. Ambas sustancias se hundirn en la gasolina, de densidad ms baja.

Sistema mtrico.

En el sistema mtrico se utilizan prefijos para indicar fracciones decimales o bien mltiplosde una unidad. Por ejemplo, hemos usado el prefijo centi para representar un centsimo deun metro cbico (cm3), y el prefijo kilo para representar un mltiplo de mil de un kilo (kg).Los prefijos ms utilizados aparecen en la siguiente tabla.

Mltiplos Fracciones

x 10 deca da x 10-1 deci d

x 102 hecto h x 10-2 centi c

x 103 kilo k x 10-3 mili m

x 106 mega M x 10-6 micro

x 109 giga G x 10-9 nano n

x 1012 tera T x 10-12 pico p


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OBJETIVOS

Realizar mediciones de masa y volumen con diferentes aparatos y material volumtrico delaboratorio y en cada caso cuantificar el error. Con los datos obtenidos calcular la densidadde un lquido, el error asociado a la medicin y la desviacin estndar en la densidad.Comparar el error medido en los diferentes experimentos, discutir su magnitud. Calcular elerror relativo, en cada medicin.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento N 1

Determinacin de la densidad de un lquido

Medicin de masa

Etiquete e identifique los tres vasos de precipitados de 50 mL que recibi en su bandeja detrabajo. Verifique que estn limpios y secos. Mase el vaso N 1 en una balanza analtica, ylos otros dos en una balanza granataria. Los valores obtenidos tendrn 4 y 2 cifrasdecimales respectivamente, y una incerteza caracterstica de cada instrumento. Anote susresultados en la tabla 1.

Tabla N 1: Medicin de masa del vaso vacoVaso N Masa [g]

1

2

3

Medicin de volumenA los vasos 1, 2 y 3 ya masados transfiera 5 mL del lquido asignado usando bureta, probeta de 25 mL y pipeta graduada de 10 mL, respectivamente. Mase nuevamente losvasos y su contenido. El vaso 1 en balanza analtica y los otros dos en balanza granataria.Repita la operacin agregando 5 mL ms de lquido de tal manera que el volumen total seade 10 mL, luego de 15, y finalmente de 20 mL. No olvide masar en la balanzacorrespondiente cada vez que se agrega una nueva porcin de lquido.

Anote sus resultados en la tabla 2.


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Tabla N 2: Medicin de volmenes en los tres materiales volumtricos y de masa en balanzaanaltica o granataria

Vaso 1: volumen medido conbureta, masa en balanzaanaltica

Vaso 2: volumen medido conprobeta, masa en balanzagranataria

Vaso 3: volumen medido conpipeta graduada, masa enbalanza granataria

Volumen[mL]

Masa dellquido [g]

Volumen[mL]

Masa dellquido [g]

Volumen[mL]

Masa dellquido [g]

Note que cada columna incluye el error mximo, que es igual a la incerteza respectiva acada medicin. Para simplificar los clculos hemos supuesto que las medicionesconsecutivas de volumen y masa en cada vaso son independientes entre s. Note que en lacolumna de masa dice masa del lquido, por lo que deber previamente descontar la masadel vaso vaco. El error de esta medicin debe ser calculado de acuerdo a las instruccionesdetalladas en el Anexo 1. No olvide anotar la masa medida en la balanza, que corresponde ala suma del lquido ms vaso vaco, para luego informar en la tabla el valor solicitado.

Con los datos anteriores deber calcular la densidad del lquido asignado (Tabla 3).

Tabla N 3: Clculo de densidad del lquidodensidad 1 [g/mL] densidad 2 [g/mL] densidad 3 [g/mL]


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En la penltima fila deber calcular el valor promedio de las 4 mediciones con la incertezacorrespondiente. En la ltima fila debe incluir el valor promedio ms su desviacinestndar.En el anexo 1 encontrar las frmulas para calcular el cuociente de dos cantidades conerror, y la forma de calcular la desviacin estndar. No olvide informar las unidades correctas y ser consistente en el nmero de cifrassignificativas y decimales tanto del error como de la cantidad misma.Escoja la columna de densidad con menor error y con los datos originales construya ungrfico de masa vs. volumen. Calcule la pendiente de la recta. De preferencia este grfico

deber construirse en papel milimetrado

Discusin

En su informe deber incluir los siguientes aspectos:

Discutir los errores individuales de la tabla 2, y como afectan al valor de la densidad y suerror en la tabla 3. En el grfico, qu representa la pendiente de la recta obtenida?Compare el respectivo valor promedio de densidad de la tabla 3, con el valor de lapendiente obtenido de la grfica. Haciendo uso de su grfico responda: Cul ser la masade 18 mL del lquido? Cul es la masa de 25 mL del lquido?

Averige la densidad del lquido en dos o ms libros de Qumica. Con estos datos discutala exactitud de sus mediciones.

Experimento N 2:

Determinacin de la densidad del vidrio, comparacin de dos mtodos.

a) Medicin del volumen haciendo uso del Principios de Arqumedes

En una balanza granataria mase entre 25 -30 de perlas de vidrio (despus de masarlascuntelas y anote su nmero).

En una probeta de 50 mL mida 25 mL de agua destilada y ponga las perlas de vidrio yamasadas. Tenga precaucin de no dejar ocluidas burbujas de aire. De ser as preocpesede removerlas con cuidado.Lea y anote el nuevo volumen alcanzado por el agua.Realice sus clculos y exprese la densidad obtenida con el nmero correcto de cifrassignificativas y con su respectivo error.


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Con el fin de ordenar la informacin obtenida, en su cuaderno confeccione una tablacon los siguientes datos.

Masa de las perlas de vidrio [g] Volumen ocupado por lasperlas de vidrio [mL]

Densidad del vidrio [g/mL]

Tenga presente que el error en el volumen requiere de un clculo previo que involucrauna resta de errores y el error en la densidad involucra trabajar con la expresin delerror en un cuociente.

b) Medicin del volumen a travs de la frmula geomtrica.

Con la ayuda de un pie de metro determine el dimetro de una perla de vidrio. Su

profesor le ensear a usar este instrumento de medicin.

Luego determine su volumen a travs de clculos, por la frmula geomtrica.La masa puede obtenerla del experimento anterior, dividiendo la masa total por el

nmero de esferas o si prefiere puede masar una esfera (34

3

rV

= )

Realice sus clculos y exprese la densidad obtenida con el nmero correcto de cifrassignificativas. Tambin calcule el error relativo. Para todos sus clculos use el anexo 1que aparece al final de este manual.

Masa de una perla de vidrio [g] Volumen a partir de lafrmula geomtrica para unaperla de vidrio [mL]

Densidad del vidrio [g/mL]

En su informe, en la seccin de Discusin, incluya las respuestas a las siguientes preguntas:

1. Cul de los dos mtodos utilizados en la determinacin de la densidad del vidrio es

ms exacto? por qu?2. Averige la densidad del vidrio en dos o ms libros de Qumica. Con estos datosdiscuta la exactitud de sus mediciones.

3. Discuta la magnitud el error cometido en ambos mtodos.


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LABORATORIO N 2

DIMENSIONES MOLECULARES, ESTIMACIN DEL NUMERO DEAVOGADRO

INTRODUCCIN

El aporte de John Dalton a la consolidacin de la Qumica como Ciencia, a travs de lateora atmica, es indiscutible. Sin embargo, l estaba tan involucrado con la idea deatomismo que no pudo vislumbrar una posible estructura poliatmica para los gasessimples. Como consecuencia, Dalton no acept los resultados experimentales de Gay-Lussac acerca de volmenes de combinacin entre elementos. La reconciliacin entre lateora de Dalton y los datos de Gay-Lussac fue realizada por Amedeo Avogadro quienintrodujo el concepto de molcula, y enunci la hiptesis que iguales volmenes degases, en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienen el mismonmero de molculas

Por ejemplo, si se asume que tanto el hidrgeno como el cloro son monoatmicos y queigual volmenes de gases, en las mismas condiciones de presin y temperatura, contienenigual nmero de tomos, entonces un volumen de hidrgeno debera reaccionar con unvolumen de cloro para formar un volumen de HCI, de acuerdo a la ecuacin.

H + Cl HClSin embargo, experimentalmente se encuentra que se producen 2 volmenes de HCl.Avogadro interpret este resultado, suponiendo que, en condiciones normales, la unidadestable ms pequea de Cloro y de Hidrgeno es una molcula diatmica, y no un tomo.La ecuacin que representa la reaccin la escribi de la siguiente manera.

H2 + Cl2 2HClMuchos experimentos hechos con posterioridad han probado que la explicacin deAvogadro era correcta.

La hiptesis, publicada en 1811, era tal vez muy revolucionaria para la poca y pasinadvertida. Pasaron ms de 50 aos antes de que Cannizzaro, en un artculo publicado en


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1858, demostrara la aplicabilidad general de la hiptesis de Avogadro. Este artculo quefue distribuido en forma de panfleto en el primer Congreso Internacional de QumicaKarlsruhe, realizado en Alemania en 1860, discuta tan claramente los conceptos detomos, molculas, pesos atmicos, y pesos moleculares, que los qumicos se convencieronde sus puntos de vista y los incorporaron desde entonces al pensamiento qumico. En supresentacin, Cannizzaro reivindic a Avogadro y salv a su hiptesis de ser abolida. Hoyen da llamamos nmero de Avogadro al nmero de partculas contenidas en un mol.Cuantas partculas hay en un mol? Avogadro nunca lo supo. Jean Perrin, un cientficofrancs hizo la primera determinacin en 1908. El midi la distribucin vertical en elcampo gravitacional de la tierra de partculas de Gamboge (una resina natural) suspendidaen agua y obtuvo valores entre 5,4 y 5,6 x 1023. Lorchmidt, basndose en la teora cinticade los gases obtuvo un valor de 4,4 x 1023 para el nmero de Avogadro. Despus queRobert Mulliken determin la carga de electrn (1915) se obtuvieron valores exactos paraeste nmero. Se han obtenido resultados ms refinados a travs de mediciones acuciosas dedifraccin de rayos X en cristales de silicio (el cuociente entre el volumen de un mol de

silicio y el volumen efectivo de un tomo de silicio, da como resultado el nmero deAvogadro).

Con posterioridad se han realizado nuevas determinaciones utilizando tcnicas ms precisasy el valor ms exacto obtenido para el nmero de Avogadro, NA, es 6,0229 x 10

23 partculas/mol. Este es uno de los nmeros que usted encontrar a menudo en qumicabsica y que es recomendable recordar.

El mol es una unidad fundamental en el Sistema Internacional de unidades (SI), y se definecomo la cantidad de materia que contiene tantas unidades como tomos hay en 0,012kilogramos de carbono 12. As, el nmero de moles, n, es igual a n = N/NA dondeNes el

nmero de partculas de la sustancia que se considera, yNA el nmero de Avogadro.El mtodo que utilizaremos en este laboratorio no pretende obtener una medida refinadadel nmero de Avogadro, sin embargo, se obtienen resultados razonables.

El acido oleico, C17H33COOH, tiene una densidad de 0,895 g/mL y no es apreciablementesoluble en agua. Por esta razn flota sobre la superficie del agua formando una pelcula.Hay evidencia que la pelcula est formada por una monocapa de molculas de acidooleico, en que cada molcula tiene el grupo COOH sumergido en el agua y el esqueleto detomos de carbono perpendicular a ella.

En este experimento, se agregar una pequea cantidad de cido oleico sobre una superficiede agua. Conociendo el volumen de cido oleico presente en la pelcula y el rea que cubresobre el agua, podemos calcular la altura de la monocapa, que correspondera a la altura deuna molcula de acido oleico. Si la forma de la molcula es conocida, podemos calcular elnmero de molculas presentes en la monocapa. Con este resultado y usando la densidad ymasa molar, podremos calcular el nmero de molculas contenida en un mol de cidooleico, esto es el nmero de Avogadro.


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Para depositar una cantidad muy pequea de cido oleico sobre la superficie, ste sedisuelve en algn solvente voltil o soluble en agua. As, al agregar la solucin sobre elagua, el solvente se evapora o se disuelve y el cido oleico formar una pelcula sobre lasuperficie del agua.

Para visualizar la capa de cido oleico, se cubre la superficie del agua con polvos talco, o loque se le indique.

OBJETIVOS

1. Estimar el orden de magnitud del tamao y masa de una molcula de cido oleico.2. Hacer una estimacin del nmero de Avogadro.

PARTE EXPERIMENTAL

Llene con agua, hasta aproximadamente un centmetro del borde, un recipiente pocoprofundo con una superficie aproximada de 40 x 30 cm. Espere que el agua quede enreposo. Sobre la superficie del agua, esparza uniformemente talco, formando una capa muydelgada. En el centro del recipiente, y desde una altura aproximada de 5 cm, deposite con lapipeta una gota de disolucin de cido oleico (cido octadecanoico) en etanol con unaconcentracin de 8,0 x 10-3 M.

ATENCIN: Se estn manipulando sustancias muy voltiles; adems de las medidas deseguridad acostumbradas, tome las precauciones necesarias para no alterar la concentracinde la disolucin.

Espere unos minutos para que el soluto forme la pelcula monomolecular. Mida el dimetrode la mancha formada. Calcule el rea de la mancha aproximando a una geometra circular,A = r2. Repita el experimento por lo menos tres o cuatro veces para obtener un valorpromedio del rea de la monocapa que forma el cido oleico (cido 9-octadecenoico)contenido en una gota de disolucin. Anote el dato en la tabla.Con la pipeta que se us para poner la gota, mida 1,0 mL de disolucin de cido oleico ycuente el nmero de gotas que pueden formarse con dicho volumen. Repita varias veces laoperacin y obtenga un valor promedio del nmero de gotas/mL de disolucin.Anote el dato en la tabla.A partir de la concentracin de la disolucin y del nmero de gotas/mL de disolucin,

calcule cuntos gramos de cido oleico hay en cada gota de disolucin. Anote el dato en latabla. Este resultado es equivalente a cuntos gramos de cido oleico forman la monocapa.Con este dato y la densidad del cido oleico calcule el volumen que ocupa el cido oleico,que en definitiva corresponde al volumen de la monocapa. Anote el dato en la tabla.Este volumen es igual a V = A h, dondeA es el rea de la mancha y h el espesor de lamonocapa. Como usted ya conoce el rea y el volumen, calcule el espesor de la monocapaen cm. Anote el dato en la tabla.


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Con el fin de determinar el nmero de molculas que forma la monocapa debemos calcularel volumen que ocupa una molcula de cido oleico. As, VT = Vm x N, donde VT es elvolumen de la monocapa, Vm es el volumen ocupado por una molcula y N es el nmero demolculas adsorbidas en la superficie.Para determinar Vm haremos las siguientes suposiciones:

- La molcula de cido oleico se orienta en forma perpendicular a la superficie,anclndose a la fase acuosa por el grupo COOH.

- El espesor de la monocapa es igual al largo de la molcula de cido oleico- La distancia C-C, C-H, y C-O son iguales. De esta forma h es igual a 18 veces la

distancia C-C.CH3-CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH= CH-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2-CH2-CH2-COOH- El ancho de la molcula viene dado por el grupo CH3, esto es dos veces la

distancia C-H, lo cual es igual a h/9.- El alto de la molcula est dado por la distancia C-O, esto es h/18- Con esta aproximacin el volumen ocupado por una molcula es igual al producto

del largo de la molcula (h) por el ancho (h/9) y por el alto (h/18)

Vm = h3 / 162

Con el valor promedio que obtuvo para h calcule Vm. Anote el dato en la tabla.Usando VT y Vm calcule el nmero de molculas de cido oleico presentes en la monocapa.Anote el dato en la tabla.Usando el peso molecular y la masa de cido oleico depositada en la monocapa determineel valor del nmero de Avogadro. Anote el dato en la tabla.

FrmulaMasa molar, g/molDensidad, g/cm3 Concentracin, Mrea promedio monocapa, cm2 Nmero promedio de gotas por mLMasa de soluto por gota de solucin, gVolumen de soluto por gota de solucin, mLEspesor de la monocapa, h, en cmVolumen ocupado por una molcula, cm3 Nmero de molculas en la monocapa, N

Nmero de Avogadro,NA


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Universidad Andrs Bello

Facultad de Ecologa y Recursos NaturalesDepartamento de Ciencias Qumicas

LABORATORIO N 3

REACCIONES, FRMULAS Y NOMENCLATURA QUMICA

INTRODUCCIN

Las reacciones qumicas de los compuestos inorgnicos se pueden clasificar en cuatrograndes grupos:

1) Reaccin de sntesis o unin directaEn este tipo de reacciones los reactivos son dos o ms sustancias y el producto es otrasustancia ms compleja.

CaO + H2O Ca (OH)22) Reaccin de Descomposicin

Las reacciones de descomposicin son aquellas en que un compuesto se degrada paraproducir:a) dos elementosb) uno o ms elementos y uno o ms compuestosc) dos o ms compuestos

a) Compuesto dos elementosMediante descomposicin trmica o electroltica es posible obtener elementos comoproductos. Algunos xidos metlicos como el xido de mercurio (II) se descomponen alcalentarse para producir oxgeno y mercurio:

2HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g)

b) Compuesto elemento y compuestoLos cloratos de metales alcalinos como KClO3 se descomponen por calentamiento paraproducir el cloruro correspondiente y liberar oxgeno:

2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g)


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c) Compuesto dos o ms compuestosLa descomposicin trmica del carbonato de calcio y otros carbonatos produce doscompuestos, un xido metlico y dixido de carbono:

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

3) Reaccin de Desplazamiento simpleEn estas reacciones un elemento reemplaza a otro que forma parte de un compuesto.Existen condiciones especiales para ste desplazamiento, los metales activos desplazan ametales menos activos o al hidrgeno de sus compuestos en soluciones acuosas. Losmetales activos son los que tienen baja energa de ionizacin y pierden con facilidadelectrones para formar cationes (ver Serie de Actividad de los Metales al final de esta gua).Cualquier metal que se encuentre por arriba del hidrgeno en la serie, al ser aadido asoluciones de cidos no oxidantes se disuelve para producir hidrgeno y formar una sal.

Tambin los metales estn ordenados de mayor a menor en actividad. Es decir un metalcualquiera siempre ser desplazado por otro que se ubique sobre l en la escala.

1. Metal activo + Sal de metal menos activo Metal menos activo + Sal de metalactivo. Una reaccin caracterstica es:

2AgNO3 (ac) + Cu (s) 2 Ag (s) + Cu(NO3)2 (ac)

El cobre es ms activo que la plata, por lo que la desplaza y toma su lugar en la sal.

2. Metal activo + cido no oxidante hidrgeno + sal de cido.

Un mtodo comn para preparar hidrgeno es la reaccin de metales activos con cidoscomo HCl y el H2SO4.

Zn (s) + H2SO4 (ac) ZnSO4 (ac) + H2 (g)

Al disolver zinc en cido sulfrico, la reaccin produce sulfato de zinc, se desplazahidrgeno del cido, el cual es un gas que se desprende en forma de burbujas.

4) Reacciones de mettesisLas reacciones de mettesis son aquellas en las cuales dos compuestos reaccionan paraformar dos nuevos compuestos, sin que se produzcan cambios en el nmero de oxidacin.

En estas reacciones se presentan dos reemplazos simultneos.

Pb(NO3)2 (ac) + K2CrO4 (ac) PbCrO4 (s) + 2KNO3 (ac)

Para que una reaccin de mettesis produzca un cambio neto algunos de los iones deben serretirados de la solucin. Esto se puede lograr de tres maneras diferentes:

a. Formacin de un producto insoluble (precipitacin)


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b. Formacin de un electrolito dbil o un no electrolitoc. Formacin de un gas que se escapa de la solucin

OBJETIVOS

- Reconocer, por evidencias experimentales, cundo ocurre una reaccin qumica.- Realizar en el laboratorio diferentes reacciones qumicas que correspondan a laclasificacin estudiada.

- Escribir las ecuaciones qumicas de cada reaccin, identificando para reactivos yproductos su estado fsico.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento N 1Reaccin de Sntesis

a) Con la llama del mechero queme un trozo de cinta de magnesio, la cual mantiene sujetacon pinzas. Ponga el residuo sobre un vidrio de reloj, agregue 2 mL de agua destilada ygotas de fenolftaleina. Anote sus observaciones.Esta reaccin qumica involucra dos reacciones. Escriba cada una de ellas como ecuacionesqumicas balanceadas correctamente.

DEBE TENER CUIDADO DE NO PONER EL MAGNESIO ENCENDIDOEN EL VIDRIO DE RELOJ PORQUE ESTE SE QUEBRAR.

Experimento 2

Reaccin de DescomposicinEn un tubo de ensayo limpio y seco agregue 3 mL de agua oxigenada (H2O2) de 10volmenes; y luego agregue una punta de esptula de dixido de Manganeso (MnO2).Mientras sujeta el tubo con pinzas de madera acerque una astilla de madera en ignicin.NO DIRIJA LA BOCA DEL TUBO DE ENSAYO HACIA SU CARA NI HACIA LACARA DE SU COMPAERO. Anote sus observaciones. Escriba la ecuacin qumicabalanceada.

Experimento 3Reaccin de Desplazamiento

En un tubo de ensayo limpio y seco vierta 3 mL de cido clorhdrico, HCl 1,0 M. Agregueuna granalla de cinc inclinando el tubo de tal manera que no salpique la solucin de cido.El gas desprendido de la reaccin se recoge en otro tubo de ensayo invertido que se ponetapando el tubo de reaccin, estos se deben unir con papel parafilm para que no escape elgas. Una vez que el tubo invertido este lleno de gas, en esta misma posicin se lleva a la


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llama del mechero, tomndolo con una pinza. Esta reaccin qumica involucra dosreacciones.Anote sus observaciones.

Experimento 4Reaccin de Mettesis

En un tubo de ensayo ponga 2 mL de una solucin diluida de carbonato de sodio y en otrotubo de ensayo otros 2 mL de nitrato de plomo. Mezcle el contenido de ambos tubos. Anotesus observaciones y escriba las ecuaciones qumicas correspondientes: molecular, inica yneta. Diga a que corresponde el precipitado formado

Serie de Actividad de los Metales

LiKCaNaMg Desplazan al HidrgenoAl de los cidosMnZnCrFeCd

CoNiSnPbH (un no metal)Sb (un metaloide)CuHgAgPtAu


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LABORATORIO N 4

ELECTROLITOS Y REACCIONES NETAS

INTRODUCCIN

Muchas reacciones qumicas ocurren en solucin y casi todas las reacciones que ocurren en plantas y animales tienen lugar en medio acuoso. Muchas reacciones importantesinvolucran sustancias que son electrlitos.

I. DISOCIACION ELECTROLITICA

Las sustancias que se disuelven en agua se agrupan en dos categoras: Electrlitos y Noelectrlitos.Un electrolito es una sustancia que, al disolverse, forma una solucin que conduceelectricidad. Un no electrolito no genera una solucin conductora de la corriente elctricadespus de disolverse.

Dentro de la categora de los electrolitos se puede distinguir entre electrlitos fuertes ydbiles.

1. Electrlitos Fuertes. Son sustancias que disocian completamente en solucin paraformar iones (Se entiende por disociacin la separacin del compuesto en su respectivoanin y catin). Algunos ejemplos son: HCl, HNO3, H2SO4, NaOH, KOH, y casi todas lassales: NaCl, K2SO4 y NH4NO3.

2. Electrlitos Dbiles. Son sustancias que disocian parcialmente para formar iones ensolucin. Algunos ejemplos son: cido actico CH3COOH, H2O y NH3(ac). En el ltimocaso, los iones se forman por una reaccin qumica entre agua y amonaco:

NH3 (ac) + H2O (l) NH 4+

(ac) + OH (ac)

3. No electrlitos. Son sustancias que no disocian para formar iones en solucin. Algunosejemplos son alcohol etlico C2H5OH y sacarosa C12H22O11.

El estudiante debe relacionar la capacidad conductora de una solucin con la naturaleza delas especies que estn presentes en la solucin. Por ejemplo, una solucin de HCl en agua


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contiene los iones H+ y Cl que son quienes confieren la capacidad de conducir laelectricidad. Esta disolucin no contiene una cantidad medible de molculas de HCl.

Ejemplos de electrolitos fuertes

Compuesto Catin Anin

HCl H+ + Cl-

HNO3 H+ + NO3

-

H2SO4 2H+ + SO4

=

NaOH Na+ + OH-

KOH K+ + OH-

NaCl Na+ + Cl-

K2SO4 2K+ + SO4

=

NH4NO3 NH4+ + NO3

-

Ejemplos de electrolitos dbiles

Compuesto Catin Anin

CH3COOH H+ + CH3COO

-

H2O H+ + OH-

NH3 NH4+ + OH-

Llamaremos sustancia principal a todas aquellas que estn presentes en concentracin

apreciable (> 0,010 M) en solucin.II. REACCIONES NETAS

Los qumicos usamos ecuaciones qumicas para expresar concisamente los resultados deuna reaccin qumica. Estas ecuaciones representan los reactantes que han sido usados y losproductos que se han formado. Por ejemplo, en vez de usar palabras se escribe

NaOH + HCl H2O + NaCl

Esta ecuacin conocida como ecuacin molecular no describe correctamente lo que est

ocurriendo, ya que en solucin acuosa no existen las molculas de NaOH, HCl, y NaCl. Laecuacin correcta debe considerar las especies que realmente estn presentes, esto es, losiones que se generan por disociacin de los electrolitos fuertes. Para esta reaccin es:

Na+ + OH- + H+ + Cl- H2O + Na+ + Cl-


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Si una especie aparece en ambos lados de una ecuacin qumica significa que sta no hasufrido ningn cambio qumico, mantenindose inalterada. En este caso a los iones queaparecen a ambos lados de la reaccin se les denomina iones espectadores. Con esto lareaccin real es

H+ + OH- H2O

Esta reaccin es llamada Reaccin Neta. Una reaccin neta resume los cambios que hantenido lugar como un resultado de una reaccin qumica.Para obtener la ecuacin neta debemos escribir la ecuacin molecular que muestra lassustancias que participan en la reaccin. Luego cada electrolito fuerte es disociado en susiones. As, se genera la ecuacin inica que muestra los iones que estn presentes ensolucin. A partir de esta ecuacin, y por cancelacin de los iones espectadores (iones quese encuentran como reactantes y productos), surge la ecuacin neta.

Ejemplo:Se hace reaccionar una solucin acuosa de yoduro de sodio con una solucin acuosa denitrato de plomo II. Sabiendo que una de las sustancias que se forman, el yoduro de plomo,es una sustancia insoluble escriba las ecuaciones moleculares, inicas y netascorrectamente balanceadas.

Ecuacin Molecular

2 NaI (ac) + Pb(NO3)2 (ac) 2 NaNO3 (ac) + PbI2 (s)

Ecuacin Inica

2Na+(ac) + 2I- (ac) + Pb+2(ac) + 2NO3-

(ac) 2 Na+ + 2NO3

- (ac) + PbI2 (s)

Ecuacin Neta

Pb+2(ac) + 2I- (ac) PbI2 (s)

Note que en la ecuacin inica el PbI2 aparece como molcula, esto debido a su calidad decompuesto insoluble.

Por otro lado que una sustancia sea un electrolito dbil implica dos conceptos:

(a) La sustancia en solucin disociar parcialmente en un determinado solvente para formariones en solucin.

(b) Los iones de un electrolito dbil no pueden coexistir a altas concentraciones en lamisma solucin.


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Por lo tanto, puesto que agua es un electrolito dbil, podemos predecir que H + y OH- no pueden coexistir a altas concentraciones. As, cada vez que mezclemos soluciones quecontengan estos iones, podemos predecir que se forma agua: H+ + OH- H2O

Similarmente, puesto que CH3COOH es un electrolito dbil, si mezclamos soluciones quecontengan H+ e iones acetato, CH3COO

- podemos predecir que se forma cido acticoCH3COOH.

Ejemplo:Si mezclamos HCl con una solucin de acetato de sodio (es una sal y electrolito fuerte) seformar cido actico.

Ecuacin Molecular

HCl (ac) + CH3COONa (ac) CH3COOH (ac) + NaCl (ac)

Ecuacin Inica

H+(ac) + Cl-(ac) + CH3COO-(ac) +

Na+(ac) CH3COOH (ac) + Na

+ (ac) + Cl- (ac)

Ecuacin Neta

H+(ac) + CH3COO-(ac) CH3COOH(ac)

Note que en la ecuacin inica el CH3COOH aparece como molcula, esto debido a sucalidad de electrolito dbil.

Sustancias principales antes de reaccin: H+ , Cl- , Na+ , CH3COO-

Sustancias principales despus de reaccin: Cl- , Na+ , CH3COOH

Producto formado: CH3COOH

Reaccin Neta: H+ + CH3COO- CH3COOH

III. SOLUBILIDAD

La solubilidad de una sustancia en un solvente es la cantidad mxima de sustancia quepuede ser disuelta en una cierta cantidad de solvente, a temperatura y presin definida.Una solucin que contenga la mxima cantidad de un soluto se dice que est saturadarespecto al soluto. Es importante distinguir entre el tipo de electrolito y su solubilidad.Algunas sustancias muy solubles (sacarosa) son no-electrlitos, otros como NaCl sonelectrlitos fuertes, y otros como HgCl2 son electrlitos dbiles. Por ejemplo, una solucin


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saturada de AgCl en agua contiene slo 1,0 x 10-5 M de AgCl. Sin embargo, en la solucinsaturada tenemos 1,0 x 10-5 M Ag+ y 1,0 x 10-5 M Cl- y no existen cantidades medibles demolculas de AgCl. As, aunque AgCl sea levemente soluble en agua, es un electrolitofuerte en el sentido que todo el AgCl en solucin existe en la forma de Ag+ y Cl-.Diferentes rangos de solubilidad estn descritos cualitativamente como sigue:SOLUBILIDAD TERMINO

> 0,1 M Soluble0,1 a 0,01 M Moderadamente soluble< 0,01 M Levemente soluble

OBJETIVOS

En este laboratorio comenzaremos nuestra investigacin de disociaciones electrolticas y dereacciones qumicas que involucran electrlitos.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1

a) Para su primer trabajo el profesor le proporcionar un dispositivo elctrico. Lave losextremos metlicos de este dispositivo y squelo antes de sumergirlos en cada solucin.

Solucin 0,1 M Solucin 0,1 M(Frmula)

Observacin Experimental Clasificacin

cido sulfrico

Acetona

Nitrato de potasio

Agua potable

Agua destilada

Amoniaco

Glucosa

A partir de sus observaciones clasifique las soluciones en: soluciones de electrlitos fuertes soluciones de electrlitos dbiles


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soluciones de no electrlitosDiscuta cualquier anomala o resultado inesperado.

Experimento 2

En tres tubos de ensayo, previamente etiquetados, ponga 5 mL de las siguientes soluciones:1) 0,10 M cloruro de sodio, NaCl2) 0,10 M cido clorhdrico HCl3) 0,10 M cloruro de bario BaCl2Luego agregue a cada uno 0,5 mL de nitrato de plata, AgNO3 0,10 M.

Escriba en su cuaderno de laboratorio todas sus observaciones (por ej. cambio de color,separacin de fases: lquido, slido o gas, y su color, etc.). El slido blanco que se obtieneen los tres casos es AgCl. Para cada caso escriba la ecuacin molecular, la inica y la neta.

En la confeccin de su informe considere discutir los siguientes aspectos.1. Cuales son las sustancias principales presentes en cada una de las soluciones?2. Qu cantidad de cada una de las sustancias principales est presente (en moles)?3. Cul es la concentracin molar de cada una de las sustancias principales?

Experimento 3

En 3 vasos de precipitado de 50 mL, previamente etiquetados, ponga una punta de esptulade las siguientes sustancias slidas y agregue unos 20 mL de agua destilada. Agite el vasotratando de disolver el slido, puede ayudarse con una varilla de vidrio. Anote susobservaciones respecto de las solubilidades de estas tres sales.

Vaso N Sustancia Slida Escriba la frmula de la sal Solubilidad de la sal1 Carbonato de sodio

2 Carbonato de potasio

3 Carbonato de plomo II

Evale la capacidad conductora de cada uno de las mezclas usando el dispositivo empleadoen el experimento 1. Clasifique las tres sales en orden de capacidad conductora, anote sus

observaciones En su informe haga un anlisis comparativo respecto a la solubilidad y lacapacidad conductora de cada sistema. Explique lo observado.


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Sal Comentario relacionado con la capacidad conductora

Luego agregue a cada vaso 2 mL de BaCl2 1,0 M. Anote sus observaciones, luego vuelva amedir la conductividad. Escriba en su cuaderno de laboratorio las reacciones qumicas queocurrieron en cada caso.

En la confeccin de su informe considere discutir los siguientes aspectos.1) Se aprecia alguna diferencia en la solubilidad de las tres sales?2) Qu podramos decir de la conductividad y la cantidad de iones presentes?, existe

alguna relacin?3) Qu ocurre al agregar BaCl2 a cada sistema?.4) Como se puede explicar lo observado en trminos de solubilidades?5) Qu podramos decir respecto de la conductividad y la cantidad de iones

presentes?.6) Si a travs del proceso de precipitacin disminuye la cantidad de iones en el

sistema, que debera esperar que ocurriera con la conductividad? En la prcticaqu ocurri?, Cmo se explica?


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LABORATORIO N 5

DIFERENCIA ENTRE CIDOS FUERTES Y DBILES. DETERMINACIN DELA CONCENTRACIN DE H+

INTRODUCCIN

cido FuerteLos cidos fuertes son un caso especial de electrolitos fuertes. Un cido fuerte es aquel queen solucin acuosa se disocia completamente en H+ y su respectivo anin.

Por lo anterior cuando tenemos una solucin de un cido fuerte, de cualquierconcentracin, las especies que encontramos en disolucin son exclusivamente los iones H+y su anin respectivo. En ningn caso encontramos la molcula de cido.

Si se quiere conocer la concentracin de las especies generadas en la solucin acuosa de uncido fuerte, debemos conocer su ecuacin de disociacin y la molaridad inicial del cido.Por ejemplo:

Para una solucin 1,5 M de cido clorhdrico, HClEcuacin de disociacin HCl (ac) H

+(ac) + Cl

-(ac)

Concentracin inicial 1,5 M 0 0Despus de la disociacin 0 1,5 M 1,5 M

Los cidos fuertes son:

Frmulas NombreHCl cido Clorhdrico

HNO3 cido NtricoHBr cido BromhdricoHI cido Yodhdrico

HClO3 cido ClricoHClO4 cido PerclricoH2SO4 cido Sulfrico


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cido Dbil

Un cido dbil es un ejemplo de electrolito dbil. Por lo tanto, en disolucin acuosa, sedisocia parcialmente. Por lo general la disociacin es menos de un 5%.El nmero de especies que existen en la solucin de un cido dbil son siempre tres: elprotn, H+, el respectivo anin y el cido que no se disoci. Por ejemplo

cido dbil Protn AninCH3COOH (ac) H

+(ac) + CH3COO

-(ac)

H2CO3(ac) H+(ac) + HCO3

-(ac)

Para conocer la concentracin de todas las especies que existen en solucin es necesarioestablecer la ecuacin de disociacin, considerar que se establece el equilibrio y hacer usode la constante de acidez del cido, Ka.El valor de Ka indica el grado de ionizacin del cido dbil. Los cidos con constantes de

ionizacin grandes se ionizan en mayor grado que los que tienen constantes de ionizacinmenores.Si se conoce la constante de ionizacin de un cido dbil, pueden calcularse lasconcentraciones de todas las especies en solucin, (ver anexo de ecuacin cuadrtica).

Los cidos dbiles ms comunes son:

Frmulas NombreHF cido Fluorhdrico

HNO2 cido Nitroso

HCN cido CianhdricoCH3COOH cido ActicoHClO cido HipoclorosoH3PO4 cido FosfricoH2CO3 cido CarbnicoH2SO3 cido Sulfuroso

La Escala de pH

La concentracin molar de H+(ac)en una disolucin acuosa es por lo general muy pequea.Por lo tanto, por conveniencia expresaremos [H+] en trminos de pH, el cual es el logaritmo

negativo de base 10 de [H+

] pH = - log [H+]

Por ejemplo en una solucin acuosa neutra a 25 C la [H+] = 1,0x10-7 M. El pH respectivoes

pH = -log (1,0x10-7) = -(-7,00) = 7,00


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Observe que el pH se informa con dos cifras significativas.Qu le ocurre al pH de una solucin conforme hacemos que la solucin se vuelva cida?.Una solucin cida es aquella en la que [H+] >1,0 x10-7 M. Debido al signo negativo de ladefinicin de pH, el pH disminuye conforme [H+] aumenta.Por ejemplo, el pH de una solucin cida, en la que [H+] = 1,0x10-3M es

pH = -log (1,0x10-3) = -(-3,00) = 3,00

A 25 C el pH de una solucin cida es menor que 7,00.

Relaciones entre [H+], [OH-] y pH a 25 CTipo de solucin [H+] M [OH-] M Valor de pH

cida > 1,0 x10-7 < 1,0 x10-7 < 7,00 Neutra = 1,0 x10-7 = 1,0 x10-7 = 7,00Bsica < 1,0 x10-7 > 1,0 x10-7 > 7,00

Medicin de pH

El pH de una solucin puede determinarse mediante tres formas experimentales diferentes:1. Uso del pH metro2. Uso de papel pH universal3. Uso de indicadores cido-base.

El pH de una solucin puede medirse con rapidez y exactitud por medio de un instrumentollamado medidor de pH o pH-meter. En trminos sencillos un medidor de pH se componede un par de electrodos conectados a un detector capaz de medir voltajes pequeos, del

orden de los milivoltios. Cuando los electrodos se colocan en una solucin se genera unvoltaje, el que vara con el pH. El medidor lee este voltaje y lo transforma a pH. Para estose requiere de una calibracin previa.

Los indicadores cido-base, aunque menos precisos, son ampliamente usados para conocerrangos de pH de una solucin. Los indicadores cido-base son compuestos orgnicos(cidos dbiles) que pueden existir en forma cida o bsica. Las dos formas tienen coloresintensos distintos. As el indicador adquiere un cierto color en un medio cido y cambia auno diferente si se pone en un medio bsico. Si se conoce el pH en el cual el indicadorcambia de una forma a otra, se puede determinar un rango de pH relativamente exacto.En la tabla anexa aparecen algunos de los indicadores ms comunes. Por ejemplo el

anaranjado de metilo tiene un rango de pH de 3,1 a 4,4. Bajo 3,1 el indicador se encuentraen su forma cida, de color rojo. En el intervalo 3,1 a 4,4 se convierte gradualmente a laforma bsica, de color amarillo. Sobre 4,4 la conversin es completa y la solucin esamarilla.

OBJETIVOS


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En este laboratorio investigaremos la disociacin del cido clorhdrico HCl, cido ntricoHNO3, cido actico CH3COOH y cido saliclico C7H6O3. Estudiaremos las propiedadesdel H+ producido por la disociacin de estos cidos.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1: Uso de Indicadores

A partir de una solucin de HCl 1,0 M prepare, por dilucin, 50 mL de HCl 0,1 M (10-1 M).Calcule el volumen que se debe tomar de la solucin ms concentrada (1M). Este volumenextrigalo con una pipeta total y depostelo en su matraz de aforo de 50 mL. Complete elvolumen con agua destilada, tape y agite fuertemente. No olvide etiquetar el matraz.A partir de la solucin de HCl 0,1 M recin preparada, prepare por dilucin, 50 mL deHCl 0,01 M (10-2 M). Calcule el volumen que se debe tomar de la solucin msconcentrada (10-1 M). Complete el volumen de su matraz de aforo con agua destilada, tapey agite fuertemente. No olvide etiquetar el matraz.

Las dems soluciones: 10-3

M, 10-4

M 10-5

M, se preparan de la misma forma, esto esdiluyendo la solucin preparada previamente.

Para el HNO3 se procede de igual manera.

Finalmente usted tendr seis soluciones de cada cido, incluyendo la 1,0 M inicial.

En una gradilla tome 12 tubos de ensayo y etiqutelos por duplicado. Es decir, dos tubos deensayo debern decir HCl 1,0 M; el siguiente par de tubos deber decir HCl 10-1 M y assucesivamente.Tome una batera de tubos de concentraciones 1,0 M hasta 10-5 M y agregue 5,0 mL de lasolucin indicada en la etiqueta y una o dos gotas de indicador rojo congo. Con los otrosseis tubos se hace lo mismo agregando en este caso una o dos gotas de anaranjado demetilo.

Soluciones de HCl (5,0 mL) con gotas del indicador respectivo. Los nmeros indican la M.

1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5

Rojo Congo Anaranjado de metilo

Este procedimiento se repite para el cido ntrico, HNO3. Anote en su cuaderno el color decada solucin usando la siguiente tabla. La cuarta columna se completa con el valor de pHque usted obtendr al medir cada solucin contenida en cada tubo con papel pH.

Concentracin Rojo Congo Anaranjado de Metilo pH medido


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de HCl (M)1,0

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

Concentracinde HNO3 (M)

Rojo Congo Anaranjado de Metilo pH medido

1,010-1

10-2

10-3

10-4

10-5

Guarde las gradillas con los tubos de ensayo para los siguientes experimentos. Note que silos colores se desvanecen, puede agregar otras gotas de indicador.

En su informe deber discutir si existe diferencia apreciable entre los colores formados almezclar rojo congo con HCl y rojo congo con HNO3, y lo mismo con el otro indicador.En otras palabras qu iones dan el color a la solucin: H+, Cl-, NO3

-.

Experimento 2: Muestra Problema

Su profesor le asignar una muestra problema (una solucin de HCl o de HNO3). Tome dostubos de ensayo y en cada uno ponga 5,0 mL de la muestra problema. A un tubo agreguegotas de rojo congo y al otro, anaranjado de metilo. Por comparacin con sus bateras

encuentre la concentracin molar de su muestra problema. Incluya este resultado en suinforme.

Experimento 3: Disociacin de un cido dbil


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Tome dos tubos de ensayo limpios y secos y en cada uno ponga 5,0 mL de cido saliclico0,10 M. Agregue a cada tubo una o dos gotas de cada indicador. Compare los tubos con susbateras. Por comparacin estime la concentracin de H+ en la solucin.

En su informe responda las siguientes preguntas (seccin resultados)

1. Qu tipo de electrolito es el cido saliclico?2. Cmo es la disociacin de este cido?3. Cules son las especies presentes en solucin?4. Una vez que la disociacin alcance su equilibrio:

Cul es la concentracin del salicilato?Cul es la concentracin del cido saliclico?Qu % de disociacin tiene el cido saliclico?

Busque la frmula y el valor de Ka para el cido saliclico, realice los siguientes clculos yanote sus resultados en la siguiente tabla: recuerde que son concentraciones de equilibrio,no son concentraciones iniciales.

Especies Frmula Concentracin

molar en elequilibrio

cido saliclico

Salicilato

Protn

% disociacin

Experimento 4: Reaccin entre H+ y el anin de un cido dbil

Ponga 5,0 mL de HCl 1,0 M (o de HNO3 1,0 M) en un tubo de ensayo y agregue gotas delindicador rojo congo. Luego agregue 1,0 mL de acetato de sodio 1,0 M y mezcle bien.Anote el color de su solucin. Comprelo con su batera de colores. Anote susobservaciones.Continu agregando porciones de 1,0 mL de la solucin de acetato de sodio hasta agregar5,0 mL. Anote los cambios de color que van ocurriendo por cada mL agregado.Recuerde que el acetato de sodio es un electrolito fuerte (como todas las sales), y por lotanto esta 100% disociado en solucin acuosa.Discuta lo observado en base a la reaccin qumica que esta ocurriendo. Se recomiendaplantear los equilibrios y ecuaciones de disociacin existentes.

Experimento 5: Reaccin entre un cido dbil y una base fuerte.


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En un crisol de porcelana mezcle 5,0 mL de hidrxido de sodio NaOH 6,0 M con 5,0 mLde cido saliclico 6,0 M. Toque el fondo del crisol, puede detectar algn cambio detemperatura?, esta reaccin es endotrmica o exotrmica?Determine el pH de la solucin final con papel pH, analice los resultados.Cree usted que ocurri una reaccin de neutralizacin?

Qu especies principales estn presentes en solucin?Escriba la ecuacin. Discuta sus resultados.


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LABORATORIO N 6

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS

INTRODUCCIN

Las enzimas que catalizan la mayora de los procesos bioqumicos son generalmenteactivas slo dentro de un rango pequeo de pH. Es esencial pues, que los organismos vivostengan algn sistema para controlar el pH de las mezclas acuosas en las cuales actan lasenzimas. Estos controles de pH debern evitar fluctuaciones grandes de la acidez delmedio ambiente cuando se presentan especies qumicas conocidas como cidos y bases.Por ejemplo, la sangre se mantiene a un pH aproximado de 7,4; rara vez este valor vara enms de 0,1 unidades de pH, una variacin de 0,4 unidades o ms podra causar la muerte.La composicin de los sistemas de control de pH a nivel celular, son generalmentecomplejos, pero los principios bsicos de su funcionamiento son relativamente simples.Las soluciones que resisten cambios de pH son llamadas soluciones amortiguadoras,tampones o simplemente buffer. Los amortiguadores resisten los cambios de pH porquecontienen al mismo tiempo una especie cida que neutraliza los iones OH - y una especie bsica que neutraliza los iones H+. Esto se logra mezclando un cido dbil, o una basedbil, con una sal del cido o la base, lo cual proporciona un par conjugado cido-basedbil como por ejemplo CH3COOH/CH3COO

- o NH4+/NH3.

Disoluciones Amortiguadoras.Para entender como funciona un amortiguador consideremos una mezcla de un cido dbilHX y una de sus sales MX, donde M+ podra ser Na+, K+. Al disolverse el cido seestablece el siguiente equilibrio

HX H+ + X-

La constante de equilibrio correspondiente es

[ ][ ][ ]HX

XHK

+

=

Despejando la concentracin de H+ se obtiene


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[ ] [ ][ ]

+ =X

HXKH a

De aqu se ve claramente que [H+

] y por lo tanto el pH, dependen de la constante deequilibrio Ka y de la razn entre las concentraciones del par conjugado cido-base,[HX]/[X-]. Para calcular el pH tomemos el logaritmo negativo a ambos lados de la ecuacin

[ ] [ ][ ]

[ ][ ]

+ =

=

X

HXlogKlog

X

HXKlogHlog aa

puesto que log [H+] = pH, y log Ka = pKa,

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]HX

XlogpK

X

HXlogpKpH

-

aa +==

En general[ ][ ]cidobase

logpKpH a +=

donde [cido] y [base] son las concentraciones de equilibrio del par conjugado cido-base.Ntese que cuando [cido] = [base], el pH es igual a pKa. Esta relacin se conoce comoecuacin de Henderson-Hasselbach.Capacidad amortiguadora y pHLa capacidad amortiguadora es la cantidad de cido o base que el amortiguador puedeneutralizar antes que el pH comience a cambiar de manera apreciable. Esta capacidaddepende de las cantidades de cido y base presentes en el amortiguador. Por ejemplo, de laecuacin anterior se ve que la [H+] es la misma si usamos una mezclaCH3COOH/CH3COO

- 1 M, o 0.1 M en cada componente. Obviamente, la primera mezclatendr una capacidad amortiguadora mayor que la segunda ya que la concentracin del parcido-base es mayor.

OBJETIVOS

1. Preparar una solucin amortiguadora mezclando un cido dbil y su base conjugadaen diferentes proporciones.

2. Medir el pH de la solucin amortiguadora.3. Determinar la capacidad amortiguadora de una estas disoluciones.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1:


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Preparacin de soluciones amortiguadoras.

Prepare 250 mL de una solucin 0,1 M de acetato de sodio y 250 mL de cido actico 0,1M. Mezcle los volmenes indicados en la siguiente tabla y mida el pH de cada mezcla.Complete la siguiente tabla con los datos que all se piden.

Luego introduzca dentro de cada tubo de ensayo una lmina del metal respectivo, segn seindica en la tabla siguiente. Previamente lije con una lija metlica y limpie las lminasmetlicas.

Solucin N Volumen deCH3COONa

0,1 M

Volumen deCH3COOH

0,1 M

pH Concentracin deCH3COONaen la mezcla

Concentracin de

CH3COOHen la mezcla

1 90 mL 0 mL2 75 mL 15 mL3 45 mL 45 mL4 15 mL 75 mL5 0 mL 90 mL

Experimento 2:Medicin de la capacidad amortiguadora

Separe la solucin 3 en dos porciones de 45 mL cada una. Vierta 45 mL de la solucin en elvaso que se le indique. Monte el sistema para medir el pH con el peachmetro

implementado con un agitador. Mida y anote el pH de la solucin. Agregue HCl 0,5 Mdesde una bureta en alcuotas de 0,5 mL. Mida y anote el pH de cada solucin. Agreguehasta 10 mL de HCl hasta que note un cambio brusco en el pH. Grafique pH versusvolumen de HCl agregado.

Repita este experimento sustituyendo la solucin de HCl por NaOH 0,5 M.

Escriba los equilibrios involucrados y las ecuaciones que permiten calcular el pH. Comparesus resultados con los valores esperados. Interprete el grfico obtenido.


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LABORATORIO N 7 (RECUPERATIVO)

TITULACIN DE UN CIDO FUERTE CON UNA BASE FUERTE

INTRODUCCIN

Cmo podemos determinar la concentracin de una solucin? Una forma comn es utilizar

una segunda solucin de concentracin conocida, llamada solucin estndar.Esta solucin estndar se somete a una reaccin qumica de estequiometra conocida almezclarse con la solucin de concentracin desconocida. Este procedimiento se llamatitulacin.

Por ejemplo, suponga que tiene una solucin de HCl de concentracin desconocida y unasolucin de NaOH que se sabe que su concentracin es 0,1 M. Para determinar laconcentracin de la solucin de HCl tomamos un volumen medido de ella (pipeta aforada)y agregamos lentamente (desde la bureta) la solucin estndar de NaOH hasta que lareaccin de neutralizacin entre HCl y NaOH sea total (esto lo podemos visualizar con unindicador cido-base). El punto en que se renen cantidades estequiomtricas equivalentes

se denomina punto de equivalencia de la titulacin.

Como ya se dijo arriba, para poder titular una solucin desconocida con una solucinestndar, debe haber una forma de determinar cundo se ha llegado al punto deequivalencia de la titulacin, para ello se hace uso de un indicador cido-base.Por ejemplo, la fenolftaleina, es incolora en una solucin cida pero rosada en una solucinbsica. Si agregamos fenolftaleina a una solucin cida de concentracin desconocida, lasolucin ser incolora. Luego podemos agregar desde una bureta, una solucin bsica, previamente estandarizada, hasta que la solucin apenas pase de incolora a rosada. Estecambio de color indica que el cido se ha neutralizado y que la gota de base que hizo que lasolucin adquiera el color levemente rosado, no encontr cido con el cual reaccionar. Por

tanto, la solucin se vuelve bsica y el indicador vira de incoloro a rosado. El cambio decolor marca el punto final, que por lo regular coincide con mucha exactitud con el punto deequivalencia.

Otra manera de seguir el avance de la reaccin es con un medidor de pH (pH-meter).


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Un grfico de pH en funcin del volumen de titulante adicionado se conoce como curvade titulacin. En esta curva se aprecia claramente un salto en el valor de pH a un ciertovolumen de base agregada. Este salto corresponde al punto de equivalencia. H2SO4

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25

V(NaOH, mL)

pH

OBJETIVOS

1. Estandarizacin de una solucin de NaOH haciendo uso de un patrn primario.2. Realizar una titulacin potenciomtrica.3. Obtener la grfica de la curva de titulacin. Identificar algunas zonas de la curva.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento 1: Preparacin de la solucin de NaOH

Prepare 250 mL de solucin de NaOH aproximadamente 0,1 M. Previamente realice susclculos para saber que cantidad (gramos) de soluto (NaOH) debe pesar.En un vaso de precipitado de 50 mL disuelva el NaOH slido con un poco de aguadestilada, una vez disuelto transfiralo cuidadosamente a un matraz de aforo de 250 mL.Enjuague el vaso con agua destilada y agregue esta agua al matraz. Finalmente afore elmatraz con agua destilada. Tape, agite fuertemente y etiquete su matraz.

Experimento 2: Estandarizacin de la solucin de NaOH

Para la estandarizacin de la solucin de NaOH se usa un patrn primario conocido comohidrgenoftalato de potasio: KC8H5O4 (se abrevia KHP, pero tenga presente que no esta

abreviacin no es su frmula qumica)Pese 0,3063 g de KC8H5O4 con una aproximacin de 0,0001 (balanza analtica). Ponga lasal en un matraz erlenmeyer y disulvala en 5,0 mL de agua destilada (volumenaproximado) Agregue 1 o 2 gotas del indicador cido base fenolftaleina.Llene la bureta (previamente ambientada) con el NaOH preparado. Ajuste el volumeninicial en el valor cero (0). Coloque un papel blanco debajo del matraz. Agregue NaOHlentamente mientras agita levemente el matraz. Cuando usted se aproxime al punto final


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podr observar que aparece un color rosado plido, en torno al punto en que cae la gota deNaOH dentro del matraz. Cuando suceda esto agregue agua destilada (con su pisceta) almatraz y as lavar las paredes de ste. Ahora agregue gota a gota el NaOH hasta que elcolor rosado persista en toda la solucin por al menos 1 minuto. En el punto final, lasolucin completa toma el color rosado plido.

Tenga presente que al agregar ms base de la necesaria, se comete un error experimental yaque el punto final ya ocurri. Usted podr visualizarlo porque la intensidad del color rosadoaumenta.

Registre la lectura final de la bureta con NaOH. Repita el procedimiento haciendo unanueva valoracin.

Realice sus clculos y obtenga la concentracin molar real de la solucin de NaOH,infrmela con tres decimales. Antela en su cuaderno. Si en las dos valoraciones anteriores

obtiene valores de concentracin semejantes, no es necesario realizar una terceravaloracin.

Experimento 3: Titulacin pH mtrica de una solucin de cido clorhdrico

Una vez que estandarice su solucin de NaOH realice la curva de titulacin para el HCl.Para ello prepare el equipo de titulacin tal como se lo indiquen sus profesores.

Verifique que el medidor de pH est bien calibrado usando los tampones que sus profesoresle facilitarn.

Con una pipeta total de 20,0 mL tome una alcuota de solucin de HCl de concentracindesconocida que se le proporcionar y pngala en un matraz erlenmeyer limpio y seco.Proceda a la titulacin agregando pequeos volmenes de NaOH (gotas) desde la bureta,con el fin de producir variaciones de 0,5 a 0,9 unidades de pH aproximadamente. Haga unatabla de pH y volumen de base agregada. Agregue base hasta que el valor del pH seaconstante.Luego grafique en papel milimetrado pH (eje y) versus volumen agregado de NaOH (eje x).

En la preparacin de su informe de Laboratorio incluya la respuesta a las siguientespreguntas:

1. Qu es un patrn primario?

2.

Cul es la reaccin qumica que ocurre en la reaccin de estandarizacin del NaOHcon el KHP?3. Por qu la solucin de NaOH preparada es aproximadamente 0,1 M?4. A partir del grfico calcule el volumen de NaOH en el punto de equivalencia.5. Determine la concentracin molar del HCl, desde el grfico y a travs de clculos.


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ANEXO I

TRATAMIENTO DE DATOS EXPERIMENTALES1

Toda medida est sujeta a errores. Para que un resultado sea considerado vlido deberincluir una estimacin de los errores inherentes a su determinacin. Las fuentes de estoserrores pueden ser de carcter instrumental pero tambin incluyen factores humanos. Loserrores en una medida directa o experimental se extendern a los clculos que involucrandichas cantidades a travs de las frmulas o ecuaciones matemticas donde aparecen. Porejemplo si quisiramos determinar la densidad de un lquido determinando su masa y suvolumen, usaramos la frmula:

m

V

=

Puesto que la masa y el volumen Vson cantidades experimentales que incluyen errores propios y , respectivamente, es de esperar que dicha incertidumbre necesariamentese propague al valor calculado de la densidad,

m

m V( , )f m V = .

Los errores suelen ser clasificados en distintas categoras: Los errores accidentales ocrasos ocurren de manera ocasional llevando a resultados claramente atpicos. Ejemplosson: tratamiento inadecuado, contaminacin de la muestra analizada, errores deoperatividad. Tambin tenemos errores sistemticos o determinados, que puedenencontrarse y posiblemente evitarse o corregirse. Estos afectan los resultados siempre en elmismo sentido. Por ejemplo: impurezas en los reactivos, errores instrumentales (malcalibrado de balanzas, pH-metros), errores de operacin, errores de mtodo (co- precipitacin de impurezas, ligera solubilidad de precipitados, pobre recuperacin). Sonjustamente los errores sistemticos los que afectan principalmente a la exactitud del mtodode medida. Finalmente, se tienen errores aleatorios o indeterminados, que ocurren al azary cuya magnitud y signo no pueden predecirse ni calcularse. Se infieren a partir depequeas diferencias en mediciones sucesivas efectuadas bajo las mismas circunstancias.Estos errores constituyen la principal fuente de incertidumbre en una determinacin. Seatribuyen a: cambios en las condiciones ambientales tales como temperatura, presin ohumedad; fluctuaciones en el suministro elctrico; corrientes de aire cuando se usa una balanza de precisin. Estos errores afectan principalmente a laprecisin de ladeterminacin experimental.La precisin cuantifica el grado con que una serie repetida de medidas coinciden o se parecen entre s. Cuanto menores sean los errores aleatorios mayor precisin tendr el

1 Para una presentacin detalla se recomienda al estudiante ver por ejemplo: Captulos 5 y 6 de Fundamentosde Qumica Analtica. Octava Edicin. D. A. Skoog, D. M. West, F. J. Holler y S. R. Crouch. InternationalThomson Editores S.A. Mxico 2005.


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proceso de medicin. La precisin solo afecta la dispersin de los resultados, no a sudesviacin del valor aceptado como verdadero. Por otra parte, la exactitud cuantifica elgrado en que una cierta medida se aproxima al valor correcto o aceptado como verdadero.Es claro que una medida precisa no necesariamente es exacta. Por ejemplo podramosrealizar varios ensayos diferentes del mismo experimento y obtener resultados muysimilares. En este caso la medicin experimental resultara precisa. Pero podra suceder queel instrumento de medida estuviese descalibrado o defectuoso lo que llevara a un valorbajo de exactitud (ver Figura 1)

Alta precisinBaja exactitud

Baja precisinAlta exactitud

Alta precisinAlta exactitud

Baja precisinBaja exactitud

Figura 1.

El trmino repetibilidad se refiere al grado de concordancia entre resultadosindependientes obtenidos con un mismo mtodo, una misma muestra, y las mismascondiciones (e.g., mismo operador, equipos, laboratorio y en un corto intervalo de tiempo),mientras que con el trmino reproducibilidad se indica el grado de concordancia entre

resultados independientes obtenidos con el mismo mtodo, la misma muestra, perodiferentes condiciones (distinto operador, aparatos, laboratorios, e intervalo de tiempodiferente).

El tratamiento estadstico para estimar los errores aleatorios asume en primeraaproximacin que stos siguen una distribucin gaussiana o normal.

Cuantificacin de los errores

Para poder expresar la exactitud de una medida, se supone siempre que existe un valorverdadero (o de referencia) para establecer la comparacin.Se puede calcular entonces el

error absoluto (E) y/o error relativo ( ).rEEl error absoluto es la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero ,

, y se expresa en las mismas unidades que la medicin.i

vr

v

iE v v=

r

Cuando el valor medido es un promedio de mediciones repetidas,N1

1 Nii

vN =

= v , el error

absoluto se llama error medio, E .


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El error relativo es el error absoluto o medio expresado como % del valor verdadero:

100i rrr

v vE

v

= o 100

r

r

r

v vE

v

=

Por otra parte, la precisin puede expresarse en trminos de desviaciones. En este contexto,la desviacin promedio por ejemplo corresponde a la suma de las desviaciones de las

medidas individuales respecto del valor promedio ( )11 N

iid v

N =v= .

Para una muestra pequea de datos (que forman parte de una poblacin o universo generalde ellos), la desviacin estndar ( s ) expresa la dispersin de un resultado en torno a la

media de dicha muestra: ( )1 ( 1)N

iv N

==

)

is v .

Al cuadrado de la desviacin estndar se le llama varianza ( ) de la muestra, y constituyeuna aproximacin a la varianza de la poblacin. El trmino

2s

( 1N corresponde al nmero

de grados de libertad (valores asignados arbitrariamente) que medidas de un solacantidad puede tener.

N

La desviacin estndar relativa (DER) corresponde a la forma ms apropiada de expresarla precisin en trminos comparativos. Constituye un ejemplo de error relativo, es decir,una estimacin del error dividido por una estimacin del valor absoluto de la cantidadmedida: /DER s v= . A la desviacin estndar relativa se le llama Coeficiente de Variacin(CV), y proporciona una imagen ms clara de la calidad de los datos quela desviacin estndar absoluta.

100%CV DERx=

Ejemplo: Se repiti cinco veces la determinacin de la densidad de una sustancia:

0,82 g/mL 0,83 g/mL 0,85 g/mL 0,81 g/mL 0,84 g/mL

El valor promedio viene dado por

5

1 4,15 0,835 5

i

i

x

x == = =

g/mL

Con esto, la desviacin estndar es:

2 2 2 2 2(0,82 0,83) (0,83 0,83) (0,85 0,83) (0,81 0,83) (0,84 0,83)0,02

4

+ + + + = =

El valor experimental informado debera ser 0,83 0, 02x = g/mL.

Los resultados experimentales han de ir acompaados de una estimacin de los erroresocurridos durante la medida, escribiendo por ejemplo para la determinacin de la cantidad


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x , despus de varias medidas repetidas de su magnitud que x v s= , donde v es su valorpromedio y la desviacin estndar, un indicativo de la precisin.sEstimacin de la desviacin estndar de medidas indirectas (resultados calculados)

La Tabla A1 resume la forma de calcula la desviacin estndar de operaciones algebraicascomunes con cantidades procedentes de medidas experimentales. Hay ocasiones en que nose pueden repetir mediciones conducentes a un resultado ms de una vez, como ocurrefrecuentemente en el laboratorio. En tales casos, slo se puede informar el errorexperimental debido a los instrumentos usados (error sistemtico), que se denomina errormximo. Dicho error mximo constituye una aproximacin al valor de desviacin estndar( ) antes discutido. Como error mximo de un instrumento se puede considerar a la mitadde la divisin ms pequea de la escala usada. As por ejemplo, una balanza graduada enmiligramos (sensibilidad 1 mg) tiene un error de 0,0005 g y una bureta graduada en 0,1mL tiene un error de 0,05 mL. Por lo general el valor de una medida se da estimando el

valor ledo ms probable

s

x y su error x . Escribirx x significa que cabe esperar que elvalor exacto de la cantidad este entre x x y x x+ , con x como el valor ms probable.La operacin algebraica con cantidades con errores mximos sigue tambin las reglas de laTabla A1.

Cifras significativas y redondeo

Los resultados obtenidos directamente de una medicin siempre estn sujetos aincertidumbre. La escala de medicin tiene un lmite que viene determinado por lasensibilidad del instrumento empleado. Las cifras significativas del resultado de unamedicin son las cifras exactamente conocidas ms la cifra incierta (la ltima). Porejemplo, si el resultado de cierta medicin de masa fuera 8,03 0,01 g, la incertidumbre

absoluta sera de 1 en las centsimas. El valor real de la masa debera estar entre 8,02 y8,04 g. Los criterios habituales para escribir las cifras significativas son los siguientes:

Todos los dgitos que no sean ceros son significativos. Por ejemplo la expresin delongitud 457 cm tiene tres cifras significativas y la expresin de masa 0,25 gtiene dos cifras significativas.

Los ceros entre dgitos diferentes de cero son significativos. Por ejemplo la cantidad20003 Mg tiene cinco cifras significativas, y la cantidad 1,003 km tiene cuatrocifras significativas.

Los ceros a la izquierda del primer dgito diferente de cero en un nmero, no soncifras significativas, solamente indican la posicin del punto decimal. Por ejemplo0,00005 g tiene una cifra significativa y 0,00011 cm tiene dos cifrassignificativas.


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Los ceros que estn al final de un nmero o a la derecha del punto decimal, sonsignificativos. Por ejemplo en la cantidad 0,001000 g se tienen cuatro cifrassignificativas.

Las operaciones matemticas con nmeros que provienen de mediciones deben reportarse

con un nmero correcto de cifras significativas, como se especifica a continuacin: El nmero de cifras decimales en el resultado de operaciones de adicin y/o

sustraccin, est determinado por el sumando que tenga menor nmero de ellas.Por ejemplo, el resultado de la operacin: 0,011 m + 325,1 m 22,34 m = 302,771m, debe reportarse como 302,8 m ya que el sumando 325,1 m tiene un solo decimal.As, en la adicin y la sustraccin, el nmero de cifras significativas a la derecha delpunto decimal en la operacin final est determinado por el nmero ms pequeo decifras significativas a la derecha del punto decimal en cualquiera de los nmerosoriginales. Por ejemplo: 79,442 + 3,5 = 82,942 ~ 82,9; 2,097- 0,12 = 1,977~1.98.

El nmero de cifras significativas en el resultado de un producto y/o cuociente es

igual al nmero de cifras significativas en el factor con menos cifras significativas.Por ejemplo, el resultado de la operacin:

1 1

(0,322 atm) (514,3 L)5,7374 moles

(0,082 atm L mol )(352 K)K =

debe reportarse como 5,7 moles ya que el menor nmero de cifras significativas enlos factores es dos (0,082).

Note que es necesario redondear el resultado de operaciones matemticas con nmeros que provienen de mediciones para expresar dicho resultado correctamente. Es aconsejableredondear slo el resultado final al nmero apropiado de cifras significativas y no duranteoperaciones intermedias. Las reglas bsicas para efectuar tal redondeo son:

Si la cifra siguiente a la que se ha de redondear es menor que 5, la cifra a redondearno se cambia. Por ejemplo, al redondear a 4 cifras el nmero 0,165234 se escribircomo 0,1652.

Si la cifra siguiente a la cifra a redondear es mayor que 5, sta se aumenta en unaunidad. As, el nmero 0,446756 redondeado a 3 cifras significativas queda como0,447.

Si la cifra siguiente a la que se ha de redondear es exactamente 5, sta se aumenta

en una unidad si es impar, o se deja como tal si es par. Por ejemplo, al redondear ados cifras significativas los nmeros 1,1500; 1,2500 el resultado es 1,2 en amboscasos.

Tabla A1. Resumen de frmulas para el clculo de la propagacin de la incertidumbre enoperaciones algebraicas simples

Operacin Ejemplo Resultado de la operacin y


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estimacin del error estndar delresultado (

xs )

Suma y Resta ( ) ( ) ( )x a bx s a s b s =

x a b= ;

1/ 22 2x a bs s s = +

Multiplicacionesy divisiones

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Manual Lab Oratorio QUI101 Primavera 2009

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