UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO ANZOÁTEGUI

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS

UNIDAD DE ESTUDIOS BÁSICOS

Practica N° 3

Determinación del Peso Equivalente de un Elemento

Estequiometria Química

PROFESORA: INTEGRANTES:

YELITZA MARTINEZ LAURENCY, JORGE

SECCIÓN 09 MÉNDEZ, MARIANELA

GRUPO N°7

BARCELONA, 17 DE MARZO DE 2016

ÍNDICE

Pág.

1. Introducción ........................................................................................................

2. Objetivos.............................................................................................................

3. Fundamentos teóricos ........................................................................................

4. Procedimiento experimental ...............................................................................

5. Materiales y equipo .............................................................................................

6. Tabla de datos ....................................................................................................

7. Tabla de resultados ............................................................................................

8. Discusión de resultados ......................................................................................

9. Conclusiones ......................................................................................................

10. Bibliografía ..........................................................................................................

11. Anexos ...............................................................................................................

INTRODUCCIÓN

Los gases son en diversos aspectos mucho más sencillos que los líquidos y

sólidos. El movimiento molecular de los gases resulta totalmente aleatorio, y las fuerzas

de atracción entre sus moléculas son tan pequeñas que cada una se mueve en forma

libre y fundamentalmente independiente de las otras. Sujeta a cambios de temperatura

y presión, los gases se comportan en forma más previsibles que los líquidos y sólidos.

Es de vital importancia para el entendimiento del comportamiento de la materia el

conocer como esta se representa y de qué manera esta se estructura. En esta ocasión

nos enfocaremos en explicar, cómo se comporta en su estado gaseoso y que

propiedades posee a diferencia de los otros estados físicos, para esto se debe tener un

conocimiento de las leyes de los gases, las cuales fueron hechas para explicar las

muchas de las cualidades de los mismos. Estas nos servirán a la hora del experimento

para no obviar datos de vital importancia y así entender el propósito del experimento.

Durante la práctica nos familiarizaremos con las forma de calcular las cantidades que se

consumen dentro de una reacción química, exponiéndolo mediante un experimento el

cual nos permitirá observar de qué manera se realiza. A este tipo de cálculo se le llama

peso equivalente y estos se pueden realizar ya sea en compuestos ácidos, sales, en

reacciones redox o en los mismos elementos.

Conjunto a esto explicaremos las formas de hallar los elementos que podrían

desprenderse dentro de la reacción en el laboratorio y también lo que ocurrió dentro de

la reacción mediante la observación y la corroboración de los datos.

También se podría decir que en la siguiente práctica reconoceremos las leyes naturales

que describen el comportamiento de los gases. Estas leyes relacionan la cantidad de un

gas con su volumen, temperatura y presión. Además determinaremos el peso

equivalente del magnesio, mediante el número de moles de H2 desprendidos tomando

en cuenta la ecuación de estado de los gases ideales y el volumen de H2 desalojado

con la ley combinada.

OBJETIVOS

a) Determinar el peso equivalente del magnesio.

b) Aplicar las leyes de los gases.

c) Calcular la relación estequiométrica en una reacción química.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Determinación del Peso Equivalente de un Elemento (Estequiometria Química):

En química, la estequiometria, es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre

los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química. Estas relaciones se

pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin

hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios.

El primero que enunció los principios de la estequiometría fue Jeremías Benjamín

Richter (1762-1807), en 1792, quien describió la estequiometría de la siguiente manera:

“La estequiometría es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de

masa de los elementos químicos que están implicados (en una reacción química)”

También estudia la proporción de los distintos elementos en un compuesto químico y la

composición de mezclas químicas.

Los Principios dichos Jeremías llevaron a las siguientes leyes:

1. Ley de conservación de la masa

El número total de átomos antes y después de la reacción química no cambia.

El número de átomos de cada tipo es igual antes y después de la reacción.

2. Ley de conservación de la carga

La suma total de cargas antes y después de la reacción química permanece

constante.

En estequiometria química existe lo que llamamos peso equivalente, el cual se puede

definir como:

El peso equivalente, también conocido como equivalente gramo, es un término que se

ha utilizado en varios contextos en química. En la mayor parte de los usos, es

la masa de un equivalente, que es la masa de una sustancia dada que:

Se deposita o se libera cuando circula 1 mol de electrones

Sustituye o reacciona con un mol de iones hidrógeno (H+) en una reacción ácido-

base; o

Sustituye o reacciona con un mol de electrones en una reacción redox.1

El peso equivalente tiene dimensiones y unidades de masa, a diferencia del peso

atómico, que es una magnitud adimensional. Los pesos equivalentes fueron

determinados originalmente de forma experimental, pero (tal como se utilizan ahora) se

obtienen de las masas molares.

Existe una ley que embarca esta definición y dice:

Ley de las proporciones recíprocas o equivalentes: también ley de Richter-

Wenzel es una de las llamadas leyes estequiométricas y fue enunciada por primera vez

por Jeremías Benjamín Richter en 1792 en el libro que estableció los fundamentos de

la estequiometría, que completó el trabajo realizado previamente por Carl Friedrich

Wenzel, quien en 1777 publicó por primera vez tablas de pesos de equivalencia

para ácidos y bases (ver figura 1 en anexos). Es de importancia para la historia de la

química y el desarrollo del concepto de mol y de fórmula química, más que para la

química actual. Esta ley permite establecer el peso equivalente o peso-equivalente-

gramo, que es la cantidad de un elemento o compuesto que reaccionará con una

cantidad fija de una sustancia de referencia.

El enunciado de la ley es el siguiente:

“Las masas de dos elementos diferentes que se combinan con una misma cantidad de

un tercer elemento, guardan la misma relación que las masas de aquellos elementos

cuando se combinan entre sí”.

En la ciencia moderna, se usa el concepto de peso equivalente sobre todo en el

contexto de las reacciones ácido-base o de las reacciones de reducción-oxidación. En

estos contextos, un equivalente es la cantidad de materia que suministra o consume un

mol de iones hidrógeno o que suministra o consume un mol de electrones.

Por otro lado, estequiométricamente hablando, existen leyes para los líquidos y los

sólidos, pero también existen algunas leyes para los gases, sobre un gas podemos

decir:

Se denomina gas (palabra inventada por el científico flamenco Jan Baptista van

Helmont en el siglo XVII, sobre el latín chaos) al estado de agregación de la materia en

el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan

solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el

volumen del recipiente que las contiene y tendiendo a separarse, esto es, expandirse,

todo lo posible por su alta energía cinética. Los gases

son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios

de densidad con la presión y la temperatura.

Por otro lado, para la compresión de los gases se desarrollaron algunas leyes, estas

son:

Ley de Avogadro: Toma el nombre de Amedeo Avogadro, quien en 1811 afirmó

que: “El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad del

mismo”; Esto significa que: Si aumentamos la cantidad de gas, aumentará el

volumen del mismo, si disminuimos la cantidad de gas, disminuirá el volumen del

mismo. Su fórmula es: 𝑉

𝑛= 𝐾, lo que quiere decir:

𝑉1

𝑛1=

𝑉2

𝑛2, donde V=

volumen y n= cantidad de moles. (Ver figura 2 en anexos).

Ley de Boyle-Mariotte: O ley de Boyle, formulada independientemente por el

físico y químico irlandés Robert Boyle (1662) y el físico y botánico francés Edme

Mariotte (1676), es una de las leyes de los gases que relaciona el volumen y

la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante.

Esta ley dice: “a temperatura constante el volumen ocupado por un gas es

inversamente proporcional a la presión aplicada”, esto quiere decir: Si la presión

aumenta, el volumen disminuye, si la presión disminuye, el volumen aumenta. Su

fórmula es: 𝑃𝑉 = 𝐾, lo que quiere decir: 𝑃1 𝑉1 = 𝑃2𝑉2, donde P= presión y

V= volumen. (Ver figura 3.1 y 3.2 en anexos).

Ley de Charles: Fue descubierta en 1778 por Jacques Charles; el enunciado de

esta dice: “a presión constante el volumen ocupado por un gas es directamente

proporcional a la temperatura aplicada”, esto quiere decir: Si aumenta la

temperatura aplicada al gas, el volumen del gas aumenta, si disminuye la

temperatura aplicada al gas, el volumen del gas disminuye. Su fórmula es:

𝑉

𝑇= 𝐾, lo que quiere decir:

𝑉1

𝑇1=

𝑉2

𝑇2, donde V= volumen y T= temperatura. (Ver

figura 4.1 y 4.2 en anexos).

Ley de Gay-Lussac: En 1802, Gay-Lussac fue el primero en formular la ley según

la cual un gas se expande proporcionalmente a su temperatura (absoluta) si se

mantiene constante la presión (Ley de Charles) y que aumenta

proporcionalmente su presión si el volumen se mantiene constante (Ley de Gay-

Lussac). Esta ley dice: “La presión del gas es directamente proporcional a su

temperatura”, esto quiere decir: si aumentamos la temperatura, aumentará la

presión, si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión. Su fórmula es:

𝑃

𝑇= 𝐾, esto quiere decir:

𝑃1

𝑇1 =

𝑃2

𝑇2, donde P= presión y V= temperatura. (Ver figura

5.1 y 5.2 en anexos).

Ley general de los gases: Esta es una ley que combina todas las anteriores y

dice: “La relación entre el producto presión-volumen y la temperatura de un

sistema permanece constante”, esta fórmula nos dice: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇, donde P=

presión, V= volumen, n= cantidad, T= temperatura y R= constante de

proporcionalidad, la cual pueden ser: 0,0821 (atm.1)/(k.mol), 8,314 J/(mol.K) o

8,314 (KPa.dm3)/(mol.K).

Los gases son muy complejos, por ello los científicos investigaron y desarrollaron las

leyes de los gases, para así poder comprender su comportamiento y la aplicación de

estos en la vida cotidiana. Gases como el oxigeno, helio, oxido de carbono, entre otros,

son muy comunes en la vida diaria del ser humano, sobre todo el oxigeno ya que sin él

no viviríamos.

La ley de Boyle se puede ver aplicada en las bombonas de butano debido a que según

esta ley, al aumentar la presión de un gas, disminuye su volumen. Por tanto, si

aumentamos la presión de hasta aproximadamente 180 atmósferas, el volumen de gas

será de unos 25 litros, que es el volumen que suele haber en las bombonas.

El funcionamiento de un globo aerostático se basa en la Ley de Charles, según la cual,

el volumen de un gas aumenta con la temperatura. Primero se llena el globo con aire

con unos aspiradores y posteriormente se calienta el aire que hay en el interior del

globo. Al calentar el aire, éste aumenta su volumen, y por tanto disminuye su densidad.

Al tener ahora el aire caliente menor densidad que el aire frío se eleva, como se eleva

el aceite sobre el agua, por diferencia de densidades.

Otra aplicación sería la de la ley general de los gases, que se puede utilizar para

explicar la mecánica que se ven afectados de presión, temperatura y volumen. Por

ejemplo: los acondicionadores de aire, refrigeradores y la formación de nubes.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Determinación del peso equivalente del magnesio por desplazamiento de agua:

Una cinta de magnesio de peso conocido por parte del profesor.

Una cacerola hasta las ¾ partes de su capacidad.

30mL de HCl 3M en un cilindro graduado de 100mL.

Agua de chorro al cilindro hasta el borde.

La cinta dentro del cilindro. Tapar con la mano, e inmediatamente invertirlo y colocarlo en la cacerola.

Que la cinta se consuma por completo en el ácido.

El volumen de agua desalojado por el H2 en el cilindro.

La altura de la columna de agua (presión).

I

Recibir

Llenar

Colocar

Agregar

Poner

Dejar

Leer

Medir

F

MATERIALES Y EQUIPOS

a) Materiales:

b) Equipos:

TABLA DE DATOS

Peso de la cinta

Volumen de hidrógeno formado

Altura de la columna de agua

Temperatura del agua

Presión de vapor de agua

Presión Barométrica

Peso equivalente del magnesio (teórico)

TABLA DE RESULTADOS

Métodos de Cálculo

N° de mol de H2 desprendidos Volumen de H2 desalojado

Peso equivalente % desviación Peso equivalente % desviación

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

(S/A). Leyes de los gases. http://www.profesorenlinea.cl/fisica/GasesLeyes.htm. (25 de

Mayo de 2015).

(S/A). Gas. https://es.wikipedia.org/wiki/Gas#Leyes_de_los_gases. (23 de julio de

2012).

(S/A). Ley de las Proporciones definidas.

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_las_proporciones_equivalentes. (25 de abril de

2007).

(S/A). Peso equivalente. https://es.wikipedia.org/wiki/Equivalente. (26 de noviembre de

2015).

ANEXOS

Figura 1. Primera tabla de pesos equivalentes de los elementos.

Figura 2. Ley de Avogadro. Tan simple como: más gas, mayor volumen.

Figura 3.1. Ley de Boyle-Mariotte. Figura 3.2. Fórmula de la ley de Boyle-

Presión y volumen: si una sube, el otro baja. Mariotte representada gráficamente.

Figura 4.1. Ley de Charles. A mayor Figura 4.2. Fórmula de la ley de Charles

Temperatura, mayor volumen. representada gráficamente.

Figura 5.1. Ley de Gay-Lussac. A mayor Figura 5.2. Fórmula de la ley de de Gay-

Temperatura, mayor presión. Lussac representada gráficamente.

GLOSARIO DE TÉRMINOS

Acido: Un ácido (del latín acidus, que significa agrio) es considerado tradicionalmente

como cualquier compuesto químico que, cuando se disuelve en agua, produce una

solución con una actividad de catión hidronio mayor que el agua pura, esto es,

un pH menor que 7.

Análisis cualitativo: En química, el análisis cualitativo busca descubrir y desglosar los

componentes existentes en una sustancia o materia.

Análisis cuantitativo: En química se conoce como análisis cuantitativo a la

determinación de la abundancia absoluta o relativa (muchas veces expresada

como concentración) de una, varias o todas las sustancias químicas presentes en una

muestra.

Átomo: Porción material menor de un elemento químico que interviene en las

reacciones químicas y posee las propiedades características de dicho elemento.

Base: Una base o álcali es cualquier sustancia que presente propiedades alcalinas. En

primera aproximación (según Arrhenius) es cualquier sustancia que

en disolución acuosa aporta iones OH− al medio.

Cálculo: Acción de hacer las operaciones matemáticas necesarias para averiguar el

resultado, el valor o la medida de algo, en expresión numérica.

Compuesto químico: Un compuesto es una sustancia formada por la unión de dos o

más elementos de la tabla periódica. Una característica esencial es que tiene una

fórmula química. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrógeno y

oxígeno H2O.

Electrón: Partícula que se encuentra alrededor del núcleo del átomo y que tiene carga

eléctrica negativa.

Elemento químico: Un elemento químico es un tipo de materia constituida por átomos

de la misma clase. En su forma más simple posee un número determinado de

protones en su núcleo, haciéndolo pertenecer a una categoría única clasificada con el

número atómico, aún cuando este pueda desplegar distintas masas atómicas.

Equivalente: En química, cantidad de un elemento químico que se obtiene dividiendo su

masa atómica por su valencia.

Fórmula química: La fórmula química es la representación de los elementos que forman

un compuesto y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que

forman una molécula.

Masa: Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.

Materia: Componente principal de los cuerpos, susceptible de toda clase de formas y de

sufrir cambios, que se caracteriza por un conjunto de propiedades físicas o químicas,

perceptibles a través de los sentidos.

Mol: Es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia. Es una de las

siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

Peso: Fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo, por acción de la gravedad.

Reacción química: Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es

todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias (llamadas reactantes o

"reactivos"), se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras

sustancias llamadas productos.

Reactivo: Un reactivo o reactante es, en química, toda sustancia que interactúa con otra

en una reacción química y que da lugar a otras sustancias de propiedades,

características y conformación distinta, denominadas productos de reacción o

simplemente productos.

Sal: Una sal es un compuesto químico formado por cationes (iones con carga positiva)

enlazados a aniones (iones con carga negativa) mediante un enlace iónico. Son el

producto típico de una reacción química entre una base y un ácido, donde la base

proporciona el catión, y el ácido el anión.

Valencia: Es el número de electrones que tiene un elemento en su último nivel de

energía. Estos electrones son los que pone en juego durante una reacción química o

para establecer un enlace con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia,

por ello se reemplaza a este concepto con el de números de oxidación que finalmente

representa lo mismo.

CUESTIONARIO

1. Defina:

a) Peso equivalente:

Se define peso equivalente a la cantidad de una sustancia que reacciona, sustituye,

desplaza o contiene un mol de H2 (1 gramo). Un mol de una sustancia es la cantidad de

dicha sustancia que contiene 6.023x1023 moléculas de esa sustancia (este número es

una constante que se conoce como número de Avogadro).

b) Reactivo limitante:

El reactivo limitante, es el reactivo que en una reacción química determinada, da a

conocer o limita, la cantidad de producto formado, y provoca una concentración

específica o limitante.

Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometria se emplea para saber

los moles de un producto obtenido a partir de un número conocido de moles de un

reactivo. La relación de moles entre el reactivo y producto se obtiene de la ecuación

balanceada.

Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se encuentran

en cantidades estequiometricamente exactas, es decir, en las proporciones que indica

su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente,

mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción. El reactivo que se consume

en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la cantidad de éste determina la

cantidad total del producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reacción se

detiene. El o los reactivos que se consumen parcialmente son los reactivos en exceso.

c) Presión de vapor de agua:

La presión de vapor, es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido

sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y

el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las

cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

Gráfica de la presión del vapor de agua.

2. ¿Cuál es el peso equivalente de las siguientes sustancias?:

a) FeSO4: 38 eq-g/mol

b) Ca(OH)2: 37 eq-g/mol

c) Cu2S: 159 eq-g/mol

d) Zn3(PO4)2: 192,5 eq-g/mol

3. 12,5gr de un metal producen 17,5gr de su cloruro. Calcule su peso

equivalente.

R: Xmetal: (12.5g) + Yelemento cloruro: (17,5g) (por ley de la conservación de la

masa).

17.5g – 12g = 5,5g por lo tanto Yelemento= 5.5g

4. ¿Cuál será el peso equivalente de un metal sabiendo que 3,121g de ese

metal se combinan con oxigeno para dar 4,561gr de oxido?

R: Xmetal: (3.121g) + O2 Oxido del metalY: (4,561g) (por ley de la conservación

de la masa).

4,561g – 3.121g = 1,44g por lo tanto el O2 peso: 1,44g

5. ¿Cuál es el peso equivalente teórico del magnesio?

R: 12 eq-g/mol

6. ¿Qué relación hay entre el punto de ebullición y la presión de vapor de un

líquido?

R: La relación que existe, es que ambos se necesitan, es decir, el punto de ebullición es

el valor de temperatura en donde un liquido se convierte en gaseoso, al convertirse en

un gas este se vuelve vapor de ese liquido y allí comienza la presión de vapor; sin una

no puede existir la otra así que ambas se complementan.

7. ¿Cuál es el factor de convenio entre atmósfera y dinas/cm2?

R: Para convertir 1 atm a Dinas/cm2 se multiplica la masa en gramos por la aceleración

de la gravedad:

Dina/cm2= (1033 g/cm2)x(980,7 dinas/g)

1atm= 1013x106 dina/cm2

En caso contrario:

1Dina/cm2= 9.869x107atm.